Часть-1 дз метода

Константа равновесия данного процесса определяется из уравнения:

Go298 RTln(Kp)298,

т.е.

24560 2,303 8,31 298 lg(Kp)298,

откуда

(Kp)298 2 104.

Пример 4. В сосуде объёмом 4 л при некоторой температуре установилось равновесие

CO(г) 3H2(г) CH4(г) H2O(г).

Начальные количества веществ СО и H2 составляли соответственно 4 и 8

моль. Вычислить равновесные концентрации реагентов и константу равновесия процесса Kc, если к моменту установления равновесия процесса образовалось 2 моль CH4.

Решение.

Равновесные количества реагентов рассчитываются по уравнению реакции, учитывая стехиометрические соотношения между ними. В связи с тем, что продукты реакции (CH4 и H2O) получаются в молярном соотношении 1:1, то равновесные их количества вещества одинаковы и составляют по 2 моль. Следовательно, для получения 2 моль метана (или

паров воды), расходуется в 3 раза бóльшее количество вещества водорода,

120

т.е. 6 моль. Тогда равновесное количество вещества H2 составляет

(8−6) = 2 моль. Количество вещества СО, которое вступило в реакцию,

составляет 2 моль, так как количество прореагировавшего вещества СО

равно количеству образовавшихся веществ CH4 и H2O. Следовательно,

равновесное количество вещества СО равно (4−2) = 2 моль.

Вычисляем равновесные концентрации реагентов:

Пример 5. Вычислить температуру, при которой давление газообразных веществ вследствие термической диссоциации хлорида аммония будет равно атмосферному (101,325 кПа), используя следующие данные:

При вычислении принять, что величины Hо и Sо термического разложения хлорида аммония не зависят от температуры.

Решение. Для рассматриваемого гетерогенного химического равновесия

NH4Cl(к) NH3(г) HCl(г)

пусть Т является температурой, при которой хлорид аммония подвергается термическому разложению. Предполагая, что аммиак и хлороводород при этой температуре подчиняются законам идеального газового состояния,

121

можно считать, что парциальные давление этих газов в смеси одинаковы и составляют по 0,5 атм (суммарное давление образовавшейся газовой смеси равно 1 атм (101,325 кПа), т.е. атмосферному давлению).

Таким образом, PNH3 PHCl 0,5атм

(или PNH3 PHCl 101,325кПа 50,6625 кПа).

2

Константа равновесия реакции при температуре Т равна

а lg(Kp)T 0,602 (под знаком логарифма должна стоять безразмерная

величина).

Если давления компонентов выражены в кПа, величина lg(Kp)T не

Используя справочные данные о стандартных энергиях Гиббса

образования веществ, вычисляем величину Go298 для рассматриваемой

химической реакции

вычислить логарифм константы химического равновесия при 298 К:

91190 8,31 298 2,303 lg(Kp)298 , 12

откуда

122

91190

lg(Kp)298 8,31 298 2,303 15,990.

Находим величину Ho298 реакции термического разложения

хлорида аммония:

( Ho298)х.р. ( HoT)х.р. Ho;

( So298)х.р. ( SoT)х.р. So,

получаем, что

т.е.

откуда T = 595 K.

Пример 6. При некоторой температуре и давлении 101,325 кПа степень термической диссоциации иодоводорода по уравнению

2HI(г) H2(г) I2(г)

составляет 30 %. Вычислить константы равновесия данного процесса Kс и

Kp, если начальное количество вещества иодоводорода составляло 1 моль.

123

Решение. Пусть α – количество вещества иодоводорода,

подвергшегося термическому разложению. Вычислим равновесные

количества и равновесные концентрации веществ:

где V – объём сосуда, в котором проходит реакция.

Данная реакция идёт без изменения объёма, поэтому величины Kс и

Kp равны друг другу:

Подставляя в последнее выражение величину α = 0,3, имеем:

0,32

Kс Kp 4 (1 0,3)2 0,046.

Вариант 1

1. Привести уравнения для вычисления констант равновесия Kp и

Kс следующих процессов:

а) Hg(NO3)2(к) Hg(ж) 2NO2(г) O2(г);

Для реакций, протекающих в газовой фазе, установить соответствие

между Kp и Kс.

2. Исходные концентрации метана и оксида углерода(IV) в системе

CH4(г) СO2(г) 2CO(г) 2H2(г)

составляли соответственно 0,4 моль/л и 0,6 моль/л. Вычислить константу равновесия данного процесса, если к моменту наступления равновесия прореагировало 25 мол.% метана. (Kс 0,011)

3. Вычислить при 298 К константу равновесия процесса

1

SO2(г) 2O2(г) SO3(г),

используя справочные данные о стандартных энтальпиях образования и стандартных энтропиях веществ:

(Kp 1,86 1012)

4. В реакторе при некоторой температуре установилось равновесие

2CH4(г) O2(г) 2CO(г) 4H2(г).

Равновесные концентрации веществ CH4, O2, CO составили,

соответственно, 0,06 моль/л, 0,04 моль/л, 0,05 моль/л. Вычислить начальные концентрации исходных веществ CH4 и O2, если начальные

125

концентрации продуктов CO и H2 были равны 0 моль/л.

([CH4]нач. 0,11моль/л; [O2]нач. 0,065моль/л)

5. Вычислить при 298 К и давлении 101,325 кПа константу

равновесия процесса

N2(г) 3H2(г) 2NH3(г),

используя справочные данные о стандартных энтальпиях образования и стандартных энтропиях веществ:

6. Вычислить константу равновесия Kp процесса

FeO(к) CO(г) Fe(к) CO2(г)

при 750 ºС и 101,325 кПа, если молярная доля CO2 в равновесной газовой смеси равна 0,40. (Kp 0,67)

Вариант 2

1. Привести уравнения для вычисления констант равновесия Kp и

Kс следующих процессов:

а) NH4HCO3(к) NH3(г) H2O(ж) 2CO2(г) ;

в) CO(г) Cl2(г) COCl2(г);

126

при этом количество вещества COCl2 уменьшилось в 3 раза. Вычислить равновесные концентрации всех реагентов.

([COCl2] 0,14 моль/л; [CO] [Cl2] 0,07 моль/л )

3.Используя справочные термодинамические данные, вычислить температуру, при которой давление кислорода, образующегося при термическом разложении оксида ртути(II), достигнет 101,325 кПа. (938 К)

4.При каком давлении в замкнутом сосуде установилось равновесие

всистеме

PCl5(г) PCl3(г) Cl2(г),

если парциальное давление PCl5 в состоянии равновесия стало равным

1 атм? Величина константы равновесия процесса при данной температуре

Kp 1,78. (Pобщ. 3,668 атм)

5.При 300 К и давлении 101,325 кПа степень диссоциации N2O4 по

уравнению

N2O4(г) 2NO2(г)

составляет 20 %. Вычислить величину константы равновесия (Kp)300 и

величину G300o для указанного процесса. Считать, что начальное

количество вещества N2O4 составляло 1 моль. ( G300o 4467 Дж/моль)

127

6. В сосуде объёмом 20 л вместе с катализатором содержится 126 г

азота и 30 г водорода при 127 ºС. К моменту наступления химического равновесия 60 мол.% водорода прореагировало с образованием аммиака.

Вычислить давление в сосуде в момент установления химического равновесия. (2243,7 кПа)

Вариант 3

1. Привести уравнения для вычисления констант равновесия Kp и

Kс следующих процессов:

Для реакций, протекающих в газовой фазе, установить соответствие

между Kp и Kс.

2. При некоторой температуре константа равновесия процесса

COCl2(г) CO(г) Cl2(г),

равна 0,072. Вычислить равновесные концентрации оксида углерода(II) и

хлора, если исходная концентрация фосгена составляла 0,32 моль/л, а

исходные концентрации CO и Cl2 были равны 0 моль/л.

([CO] [Cl2] 0,12 моль/л)

3. Вычислить средние значения величин Ho и So для процесса

SnBr2(к) SnBr2(г),

128

если давление насыщенного пара бромида олова(II) при 789 К и 909 К

составляет соответственно 13,332 и 101,325 кПа. ( Ho 100,73кДж/моль;

So 110,8 Дж/(моль К))

4. При постоянном объёме и некоторой температуре в системе установилось равновесие

4HCl(г) O2(г) 2H2O(г) 2Cl2(г).

Исходная смесь хлороводорода и кислорода имела относительную плотность по водороду, равную 16,9. Чему равно объёмное соотношение между реагентами в состоянии равновесия, если после его достижения выход хлора составляет 50 % от теоретического?

(V(HCl)равн.:V(O2)равн.:V(H2O)(г)равн.:V(Cl2)равн. 4:11:2:2)

5. При 500 К константа равновесия реакции Kс

PCl5(г) PCl3(г) Cl2(г)

равна 0,04. В сосуд ёмкостью 5 л было введено 0,2 моль PCl5 и 0,1 моль

PCl3. Вычислить:

а) равновесный состав смеси;

б) общее давление в сосуде в состоянии равновесия;

в) равновесные парциальные давления компонентов в смеси.

(n(Cl2)равн. 0,1моль; n(PCl3)равн. 0,2моль; n(PCl5)равн. 0,1моль;

(Pобщ.)равн. 332,4кПа; PPCl3 166,2 кПа; PCl2 PPCl5 83,1кПа).

6. При 333 К и давлении 35,46 кПа степень диссоциации N2O4 по

уравнению

N2O4(г) 2NO2(г)

129