5. Химическая термодинамика. Кинетика химических процессов. Химическое равновесие.

1. Для каждого варианта нижеперечисленных систем выполните следующие задания:

а) Вычислите тепловой эффект реакции на основании значений стандартных энтальпий образования Н⁰_обр (приложение 2) и укажите, какая это реакция: экзотермическая или эндотермическая.

б) Вычислите изменение энтропии S⁰ реакции на основании значений стандартных энтропий S⁰ (приложение 2) и объясните причину изменения энтропии.

в) Рассчитайте исходя из значений Н⁰ и S⁰ величину G химической реакции при постоянном давлении и укажите возможность ее самопроизвольного протекания в прямом направлении при стандартных условиях. При невозможности протекания реакции в прямом направлении при стандартных условиях рассчитайте температуру начала реакции.

г) Запишите выражения скоростей прямой и обратной реакции, константы химического равновесия.

д) Рассчитайте, во сколько раз изменятся скорости прямой и обратной реакции, и укажите, как сместится при этом химическое равновесие, если:

– уменьшить концентрацию реагирующих веществ в 5 раз (системы №1, 4, 7, 10, 13, 16, 19, 22, 25, 28, 31, 34, 37, 40, 43, 46);

– увеличить давление в системе в 4 раза (системы №3, 6, 9, 12, 15, 18, 21, 24, 27, 30, 33, 36, 39, 42, 45);

– увеличить объем системы в 2 раза (системы №2, 5, 8, 11, 14, 17, 20, 23, 26, 29, 32, 35, 38, 41, 44).

е) Объясните, каким образом можно сместить химическое равновесие в данной системе в целях достижения большего выхода продуктов реакции, меняя давление, температуру, концентрации исходных веществ и продуктов реакции.

Варианты систем:

1. 2H₂S_(г)+3O_{2 (г)}  2SO_{2 (г)}+2H₂O_(г)

2. 2SO_{2 (г)}+ O_{2 (г)}  2SO_{3 (г)}

3. 2N₂O _(г) 2N_{2 (г)} + O_{2 (г)}

4. 2NO _(г)+ O_{2 (г)}  2NO_{2 (г)}

5. CS_{2 (ж)}+3O_{2 (г)}  СO_{2 (г)}+2SO_{2 (г)}

6. Fe₃O_{4 (к)}+СO _(г)  3FeO _(к)+CO_{2 (г)}

7. CH_4(г)+2O_{2 (г)}  CO_{2 (г)}+2H₂O_(г)

8. 4HCl _(г)+ O_{2 (г)}  2H₂O_(г)+2Cl_{2 (г)}

9. CuO _(к)+H_{2 (г)}  Cu _(к)+H₂O _(г)

10. CO_2(г)+4H_{2 (г)}  CH_{4 (г)}+2H₂O_(ж)

11. 2N₂O_(г)+S _(к)  2N_{2 (г)}+SO_{2 (г)}

12. CO_(г)+H₂О _(г)  CO_{2 (г)}+H_2(г)

13. H_{2 (г)}+SO_{3 (г)}  SO_{2 (г)}+H₂O_(г)

14. 4NH_3(г)+3O_{2 (г)}  2N_{2 (г)}+6H₂O_(ж)

15. Fe₂O_{3 (к)}+3H_{2 (г)}  2Fe _(к)+3H₂O _(г)

16. 2CO_2(г)  2CO _(г)+O_2(г)

17. SO_{2 (г)}+ 2H_{2 (г)}  S _(к)+2H₂O

18. CuO _(к)+C _{(графит)}  CO _(г)+Cu _(к)

19. Fe₂O_{3 (к)}+3СO _(г)  2Fe _(к)+3CO_{2 (г)}

20. 2H₂S_(г)+SO_{2 (г)}  3S+2H₂O_(ж)

21. 2P _(к)+3Cl_{2 (г)}  2PCl_{3 (г)}

22. 2H_{2 (г)}+O_{2 (г)}  2H₂O _(г)

23. 2NO_{2 (г)}  2NO _(г)+O_2(г)

24. 3Fe _(к)+4H₂О _(г)  Fe₃O_{4 (к)}+4H_{2 (г)}

25. C _{(графит)}+2H_2(г)  CH_{4 (г)}

26. C₂H_4(г)+3O_{2 (г)}  2CO_{2 (г)}+2H₂O_(ж)

27. 3Fe₂O_{3 (к)}+СO _(г)  2Fe₃O_{4 (к)}+CO_{2 (г)}

28. 4NH_3(г)+5O_{2 (г)}  4NO _(г)+6H₂O_(г)

29. 3N₂O _(г)+2NH_3(г) 4N_{2 (г)} + 3H₂O _(г)

30. 2NH₄NO_{3 (к)}  2N_{2 (г)}+4H₂O _(г) +O_2(г)

31. H_{2 (г)}+Cl_{2 (г)}  2HCl _(г)

32. 2C₂H_2(г)+5O_{2 (г)}  4CO_{2 (г)}+2H₂O_(г)

33. C₂H_4(г)+3O_{2 (г)}  2CO_{2 (г)}+2H₂O_(г)

34. 2PH_3(г)+4O_{2 (г)}  P₂O_{5 (к)}+3H₂O_(г)

35. MgCO_{3 (к)}  MgO _(к)+CO_{2 (г)}

36. H₂S_(г)+Cl_{2 (г)}  2HCl _(г)+S_(к)

37. СCl_4(ж)+ 2H_{2 (г)}  CH_4(г)+2Cl_2(г)

38. 2H₂S_(г)+О_{2 (г)}  2H₂О _(г)+2S_(к)

39. MgO _(к) +Cl_2(г)+С_{(графит)}  MgCl_{2 (к)}+CO _(г)

40. Al₂O_{3 (к)}+ 3SO_{3 (г)}  Al₂(SO₄)_{3 (к)}

41. N₂O_3(г)  NО _(г)+NO_{2 (г)}

42. 2NOCl _(г)  2NO_(г)+Cl_{2 (г)}

43. 4HBr _(г)+O_{2 (г)}  2Br_2(г)+2H₂O _(г)

44. 4HJ _(г)+ O_{2 (г)}  2J_2(г)+2H₂O _(г)

45. 2ZnS _(к)+3О_{2 (г)}  2ZnO _(к)+2SO_{2 (г)}

46. СS_2(ж)+ 2H₂O _(г)  CO_2(г)+2H₂S_(г)

2. Во сколько раз увеличится скорость химической реакции, если заданы значения начальной t₁, конечной t₂ температуры и температурного коэффициента скорости ? (Варианты приведены в таблице.)

Вариант	Температура, 0С					Вариант		Температура, 0С			
	t1	t2	t1					t2
1	30	60	2,7		16		52		82	3,7
2	82	122	3,0		17		20		40	2,2
3	40	100	3,3		18		15		75	2,0
4	25	55	2,0		19		36		66	3,4
5	45	85	2,6		20		22		72	2,2
6	72	102	2,0		21		55		105	2,5
7	73	113	3,0		22		38		98	3,4
8	60	90	3,6		23		10		100	2,0
9	52	82	2,8		24		25		65	2,8
10	47	77	3,2		25		18		48	3,6
11	38	78	2,5		26		35		75	2,2
12	17	57	3,0		27		40		70	3,3
13	20	50	2,5		28		10		80	2,0
14	50	100	2,0		29		28		48	3,5
15	85	145	2,2		30		55		75	3,8

3. Вычислите константу химического равновесия и начальные концентрации исходных веществ при заданных равновесных концентрациях (моль/л), учитывая, что во всех реакциях исходные вещества и продукты реакции – газы. По величине константы равновесия укажите, какие вещества (исходные или продукты реакции) будут преобладать в равновесной смеси веществ.

Варианты реакций:

1. H2 + Br2  2HBr 0,3 0,2 0,5	2. 2NO + O2  2NO2 0,3 0,2 0,6
3. 2NO + Br2  2NOBr 0,1 0,3 0,2	4. PCl3 + Cl2  PCl5 0,4 0,2 0,6
5. 2H2 + O2  2H2O 0,4 0,4 0,8	6. N2 + O2  2NO 0,02 0,03 0,05
7. 2CO + O2  2CO2 0,03 0,04 0,06	8. C2H2 + 2H2  C2H6 0,2 0,3 0,5
9. PBr3 + Br2  PBr5 0,1 0,1 0,1	10. 2H2O + O2  2H2O2 0,3 0,1 0,4
11. 2NO + F2  2NOF 0,6 0,3 0,5	12. CO + Cl2  COCl2 0,3 0,2 0, 5
13. C2H4 + H2  C2H6 0,04 0,06 1,0	14. C2H2 + H2  C2H4 2,0 3,0 5,0
15. 2NO + Cl2  2NOCl 0,8 0,8 1,6	16. H2 + Cl2  2HCl 0,3 0,3 0,5
17. 2SO2 + O2  2SO3 0,6 0,9 1,5	18. N2 + 3H2  2NH3 0,4 0,4 0,6