С (графит) 298 – 2300 к

СО₂ (г) 298 – 2500 К

СО (г) 298 – 2500 К 

Искомая область температур: 982 ÷ 2300 к

ЗАДАЧА

Рассчитайте К_р и К_с реакции

С_(к) + СО_2(г) 2СО_(г)

при 298 К и 1000 К. Сделайте вывод о выходе продукта реакции и определите знак энтальпии реакции.

Решение:

К_р = ; К_с =

∆_r G⁰_Т = –RT lnК_р Þ K_p = exp(–∆G⁰_Т /RT)

∆_r G⁰₂₉₈ = 120,15 кДж; ∆_r G⁰₁₀₀₀ = –3,16 кДж

К_р298 = exp(–120 · 10³ / 8,31· 298) = ехр( –48,5) = 8 × 10^–22

K_p1000 = exp(+3160 / 8,31 · 1000) = ехр(0,38) = 1,46

(Обратите внимание на размерность!)

К_с = = = 0,018

∆ν = 2-1=1

- изменение числа молей газообразных веществ!

• При 298 К: К_р ® 0 Þ в равновесной смеси практически отсутствуют продукты Þ смещение равновесия в сторону исходных веществ

• При 1000 К: К_р > 1 Þ в равновесной смеси начинают преобладать продукты, их выход растет с ↑ Т

• с ↑ Т значение К_р увеличивается Þ ∆_r H⁰ > 0

З

Для реакции (Р,Т = const): А_(г) 2В_(г)

К_р = 0,02 при 400 К и К_р = 4,00 при 600 К.

Определите ∆r h0298, ∆r s0298 и Кр при 800 к.

АДАЧА

Решение:

Пусть ∆_rH⁰ и ∆_rS⁰ не зависят от температуры

Составим систему из двух уравнений с двумя неизвестными (T₁=400 K, T₂=600 K):

∆ _r G⁰_Т1 = ∆_r H⁰₂₉₈ –T₁∆_r S⁰₂₉₈ = -RT₁lnК_р1

∆_r G⁰_Т2 = ∆_r H⁰₂₉₈ –T₂∆_r S⁰₂₉₈ = -RT₂lnК_р2

x – 400y = -8,31.400 ln2^.10^-2

x – 600y = -8,31^.600 ln4

х = ∆_r H⁰₂₉₈ = 52833(Дж) = 52,833 кДж;

y = ∆_r S⁰₂₉₈ = 99,575 Дж/К.

ln = ln = ( )= 7,95; К₈₀₀ = 56,55

ЗАДАЧА

Определите равновесное давление СО₂ при Т = 990 К в реакции СаСО₃(к) СаО(к) + СО₂(г)

Решение:

К_р = р_СО2,

Считаем, что ∆_r H⁰ и ∆_r S⁰ не зависят от Т:

∆_r G⁰_Т = ∆_r H⁰₂₉₈ – T∆_r S₀²⁹⁸ = –RT lnК_р

∆_r H⁰₂₉₈ = ∆_f H⁰_{298 , СаО} + ∆_f H⁰_{298, СО2} – ∆_f H⁰_{298, СаСО3} = 178,1кДж;

∆_r S⁰₂₉₈ = S⁰_298,CаО+ S⁰_298,СО2 - S⁰_{298, СаСО3} = 160,5 Дж/К

178,1 · 10³ – 990 · 160,5= – 8,31·990 lnК_р Þ К_р = 0,1

Кр = р_СО2 / 10⁵ = 0,1 Þ р_СО2 = 10⁴ Па

ЗАДАЧА

Определить равновесный состав системы

С(к) + СО₂(г) 2СО(г)

Т= 1000 К Р_общ = 2атм n_{исх, CO2} = 5 моль

Решение:

Реакция идет при P = const отличным от 1!

K_p =exp(- ∆G⁰_Т /RT)

K_p1000 = exp(+3160/8,31^.1000)= ехр(0,38) = 1, 46

Компонент	С	СО2	2СО
Начальный состав, моль	-	5	0
Изменение состава, моль	-	х	2 x
Равновесный состав, моль	-	5 – x	2 x

К_р = = =

= = 1,46  х = 1,7 моль.

Равновесный: n(СО₂) = 5 - 1,7 = 3,3

состав: n(СО) = 2×1,7 = 3,4.

ЗАДАЧА

Определите с_равн СО₂ и СО для реакции

С(к) + СО₂(г) 2СО(г)

Т = 1000 К , V_сосудa = 2 л, m_исх (СО₂) = 44 г,

Рассчитайте, на сколько изменится давление в системе при равновесии по сравнению с исходным

Решение:

Реакция идет при V = const!

с_СО2 = = = 0,5 моль/л; К_{с, 1000} = 0,018

Таблица материального баланса:

Компонент	С	СО2	2СО
сисх, моль/л	-	0,5	0
Δс, моль/л	-	х	2 x
сравн, моль/л	-	0,5 – x	2 x

К_с = = = 0,018 Þ х = 0,0387 моль/л

с_{СО, равн} = 2^. 0,0387 = 0,0774 моль/л

с_{СО2, равн} = 0,5 - 0,0387 = 0,4613 моль/л

Р₀ = сRT = 0,5^.0,082•1000 = 41атм

Р_равн = (0,5 – х + 2х)RT = 44,173 атм Þ DР = 3,173атм

ЗАДАЧА

Как увеличить выход продуктов реакции

С(к) + СО₂(г) 2СО(г)?

Решение:

Повысить выход продукта СО Þ

сместить равновесие вправо:

• ↑ Т _{системы}, т. к. ∆_r H⁰₂₉₈ > 0

• ↓ Р_{системы} , т. к. прямая реакция идет с увеличением

числа молей газообразных веществ

• ↑ Р_СО2 и ↓ Р_СО (выводить продукт из сферы реакции)