Задачі для розв’язування на занятті:

1. Рівноважні концентрації речовин у реакції СО + СІ₂ ⇄СОСІ₂ дорівнюють: [СІ₂]=0,3 моль/л, [СО]=0,2 моль/л, [СОСІ₂]= 1,2 моль/л. Визначити константу рівноваги.

2. При синтезі йодиду водню із водню та пари йоду Н₂ + І₂ ⇄ 2НІ початкові концентрації водню та йоду дорівнювали 0,2 моль/л. Рівноважна концентрація йодиду водню виявилась рівною 0,3 моль/л. Визначити рівноважні концентрації водню та йоду.

3. Визначити вихідні концентрації СО та Н₂О, коли відомо, що рівноважні концентрації оксиду вуглецю (Ⅲ) з парою води СО + Н₂О ⇄ СО₂ + Н₂ дорівнюють: [СО]р=0,4 моль/л, [Н₂О]р=0,3 моль/л, [СО₂]р=1,2 моль/л.

4. Константа рівноваги для реакції А + В ⇄ С + D дорівнює 1. Вихідна концентрація речовини А дорівнює 2 моль/л, речовини В – 4 моль/л. Скільки при цьому прореагувало речовини В?

Контрольні питання:

1. Які реакції називають зворотними?

2. Що таке стан хімічної рівноваги? Як можна визначити, що у системі настала рівновага?

3. Що визначає константа хімічної рівноваги? Від яких факторів вона залежить?

4. Сформулюйте принцип зсуву хімічної рівноваги Ле Шательє.

5. Як змінюється хімічна рівновага при зміні температури, концентрації та тиску?

Задачі:

1. Розрахувати константу рівноваги Кр та Кс реакції утворення метану, яка протікає за рівнянням: 2СО + 2Н₂ ⇄ СН₄ + СО₂ при 1000К та тиску 20,26*10⁵Па, якщо рівноважна рідина газів за об’ємом містить 22,2% СН₄, 31,8% СО₂, 25,8% Н₂, 20,2% СО.

2. При підігріві суміші СО₂ та Н₂ до 850⁰С утворилась рівновага:

СО₂ + Н₂ ⇄ СО + Н₂О

Константа рівноваги при даній температурі дорівнює 1. В яких об’ємних співвідношеннях були змішані СО₂ та Н₂, якщо до моменту рівноваги 90% водню перетворилося у воду?

3. Для реакції С_кокс + СО₂ ⇄ 2СО при температурі 800⁰С та тиску 1,013*10⁵Па розрахувати молярну долю СО у рівноважній суміші, якщо Кр при зазначеній температурі дорівнює 6,44*10⁵.

4. При 27⁰С та нормальному тиску ступінь дисоціації N₂O₄ на NO₂ дорівнює 20%. Визначити значення Кр.

Лабораторна робота № 5. Фазова рівновага і фізико – хімічний аналіз

Мета роботи – ознайомитися з правилом фаз та основними принципами фізико – хімічного аналізу, навчитися надавати характеристику та проводити розрахунки з використанням діаграм стану хімічних речовин.

ТЕОРЕТИЧНА ЧАСТИНА

Фаза – однорідна частина системи, що має однаковий склад та властивості і яка відокремлена від інших частин системи поверхнями поділу. Отже, різні фази гетерогенної системи відокремлені одна від другої поверхнями розділу. Фаза хоч і однорідна, але вона не обов’язково повинна складатися з молекул одного й того ж виду. Наприклад, розчин цукру у воді, спирту у воді, суміш газів, твердий однорідний сплав представляють собою одну фазу. Якщо дві рідини обмежено розчинні одна в одній або зовсім нерозчинні, то вони утворюють дві фази, наприклад, вода та ефір або емульсія бензолу у воді.

Системи можуть відрізнятися не тільки за числом фаз, але й за числом компонентів. Компонентом називається речовина, яка входить до складу системи і може існувати поза системою. Наприклад, розчин гідроксиду калію у воді є двокомпонентною системою, тобто складається з двох компонентів КОН і Н₂О. Йони К⁺ та ОН^- як компоненти не розглядають, оскільки в індивідуальному вигляді вони не існують. Під числом компонентів (компонентністю) розу­міють мінімальне число речовин, за допомогою яких можна виразити склад системи. Якщо речовини, що входять до складу системи, між собою не реагують (наприклад, СН₄, С₂Н₆, Н₂), компонентність дорівнює взятому числу речовин (у наведеному прикладі трьом). Але в системі, що скла­дається з довільних кількостей Н₂, О₂ та Н₂О, за високих температур компонентність дорівнює двом, бо третій ком­понент може утворитися з двох інших завдяки перебігу оборотної реакції:

2Н₂ + О₂ = 2Н₂О.

Таким чином, компонентність систем знаходять як різ­ницю між загальним числом речовин у системі і числом можливих реакцій між ними.

Речовини, концентрацію (тиск) яких у рівноважній системі можна задавати, називають незалежними складовими частинами або її компонентами. Речовини, концентрації (тиск) яких у рівноважній системі установлюються у результаті хімічних реакцій без втручання дослідника, називаються залежними складовими частинами системи. Наприклад, при температурі 2000⁰С існує рівноважна хімічна система: 2Н₂О⇄ 2Н₂ + О₂. Якщо ми завчасно задамо парціальні тиски водню та кисню, то при даних умовах само собою утвориться парціальний тиск парів води у відповідності з законом діючих мас. Якщо завчасно установити парціальний тиск парів води та водню, то сам собою установиться парціальний тиск кисню. Таким чином, складові частини у цій системі три, а компонентів – два.

Установлено, що в фізичних системах (де відсутні хімічні реакції) число компонентів дорівнює числу складових частин системи, а в хімічних системах число компонентів завжди менше числа складових частин на число зворотних хімічних взаємодій, які протікають у системі у даних умовах.