Пример 1: Вычисление константы равновесия реакции по равновесным концентрациям реагирующих веществ и определение их исходных концентраций.

При синтезе аммиака N2 +3H2 = 2NH3 равновесие установилось при следующих концентрациях реагирующих веществ (моль/л): . Рассчитайте константу равновесии этой реакции и исходные концентрации азота н водорода.

Определяем константу равновесия Кс этой реакции:

Исходные концентрации азота и водорода находим на основе уравнения реакции. На образование 2 моль NH3, расходуется 1 моль азота, а на образование 3,6 моль аммиака потребовалось 3,6/2 = 1,8 моль азота. Учитывая равновесную концентрацию азота, находим его первоначальную концентрацию:

На образование 2 моль NH3 необходимо израсходовать 3 моль водорода, а для получения 3,6 моль аммиака требуется 3∙3,6/2 = 5,4 моль; учитывая равновесную концентрацию водорода, находим его исходную концентрацию:

Таким образом, реакция начиналась при концентрациях (моль/л): С(N2) = 4,3; С(H2) = 7,2.

Пример 2: Вычисление равновесных концентраций реагирующих веществ.

Реакция протекает по уравнению А+В = 2C. Определите равновесные концентрации реагирующих веществ, если исходные концентрации веществ А и В соответственно равны 0,5 и 0,7 моль/л, а константа равновесия реакции Кс =50.

К моменту равновесия концентрации веществ А и В понизятся, а концентрация вещества С увеличится. На каждый моль веществ А и В образуется 2 моль вещества С; поэтому, если понижение концентрации веществ А и В обозначить через x моль, то увеличение концентрации вещества С будет равно 2x моль.

Равновесные концентрации реагирующих веществ будут: [A] = (0,5-х) моль/л; [B] = (0,7-х) моль/л; [С] = 2х моль/л.

Кс =

Решая это уравнение, получаем: x1 = 0,86; x2 = 0,44. По условию задачи справедливо значение х2. Отсюда равновесные концентрации реагирующих веществ равны: [A] = (0,5-0,44) = 0,06 моль/л; [B] = (0,7-0,44) = 0,26 моль/л; [С] = 0,44∙2 = 0,88 моль/л.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Лучшие изречения: Увлечёшься девушкой-вырастут хвосты, займёшься учебой-вырастут рога 9819 — | 7684 — или читать все.

78.85.5.224 © studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам | Обратная связь.

Отключите adBlock!
и обновите страницу (F5)
очень нужно

Химическим равновесием называется такое состояние обратимой химической реакции

при котором с течением времени не происходит изменения концентраций реагирующих веществ в реакционной смеси. Состояние химического равновесия характеризуется константой химического равновесия:

, (9.1)

где Ci – концентрации компонентов в равновесной идеальной смеси.

Константа равновесия может быть выражена также через равновесные мольные доли Xi компонентов:

. (9.2)

Для реакций, протекающих в газовой фазе, константу равновесия удобно выражать через равновесные парциальные давления Pi компонентов:

. (9.3)

Константа равновесия связана с rG o химической реакции:

(9.5)

(9.6)

Изменение rG или rF в химической реакции при заданных (не обязательно равновесных) парциальных давлениях Pi или концентрациях Ci компонентов можно рассчитать по уравнению изотермы химической реакции (изотермы Вант-Гоффа):

. (9.7)

. (9.8)

Согласно принципу Ле Шателье, если на систему, находящуюся в равновесии, оказать внешнее воздействие, то равновесие сместится так, чтобы уменьшить эффект внешнего воздействия. Так, повышение давления сдвигает равновесие в сторону уменьшения количества молекул газа. Добавление в равновесную смесь какого-либо компонента реакции сдвигает равновесие в сторону уменьшения количества этого компонента. Повышение (или понижение) температуры сдвигает равновесие в сторону реакции, протекающей с поглощением (выделением) теплоты.

Количественно зависимость константы равновесия от температуры описывается уравнением изобары химической реакции (изобары Вант-Гоффа)

(9.9)

и изохоры химической реакции (изохоры Вант-Гоффа)

. (9.10)

Интегрирование уравнения (9.9) в предположении, что rH реакции не зависит от температуры (что справедливо в узких интервалах температур), дает:

(9.11)

(9.12)

где C – константа интегрирования. Таким образом, зависимость ln KP от 1/Т должна быть линейной, а наклон прямой равен – rH /R.

(9.13)

(9.14)

По этому уравнению, зная константы равновесия при двух разных температурах, можно рассчитать rH реакции. Соответственно, зная rH реакции и константу равновесия при одной температуре, можно рассчитать константу равновесия при другой температуре.

ПРИМЕРЫ

Пример 9-1. Рассчитать константу равновесия для реакции

при 500 K. fG o для CO(г) и CH3OH(г) при 500 К равны –155.41 кДж . моль –1 и –134.20 кДж . моль –1 соответственно.

Решение. G o реакции:

rG o = fG o (CH3OH) – fG o (CO) = –134.20 – (–155.41) = 21.21 кДж . моль –1 .

= 6.09 10 –3 .

Пример 9-2. Константа равновесия реакции

равна KP = 1.64 10 –4 при 400 o C. Какое общее давление необходимо приложить к эквимолярной смеси N2 и H2, чтобы 10% N2 превратилось в NH3? Газы считать идеальными.

Решение. Пусть прореагировало моль N2. Тогда

N2(г)+3H2(г)=2NH3(г)
Исходное количество11

0

Равновесное количество1–1–32 (Всего: 2–2 )Равновесная мольная доля:

Следовательно, KX = и KP = KX . P –2 = .

Подставляя = 0.1 в полученную формулу, имеем

1.64 10 –4 =, откуда P = 51.2 атм.

Пример 9-3. Константа равновесия реакции

при 500 K равна KP = 6.09 10 –3 . Реакционная смесь, состоящая из 1 моль CO, 2 моль H2 и 1 моль инертного газа (N2) нагрета до 500 K и общего давления 100 атм. Рассчитать состав равновесной смеси.

Решение. Пусть прореагировало моль CO. Тогда

CO(г)+2H2(г)=CH3OH(г)
Исходное количество:120
Равновесное количество:1–2–2
Всего в равновесной смеси:3–2 моль компонентов + 1 моль N2 = 4–2 моль
Равновесная мольная доля

Следовательно, KX = и KP = KX . P –2 = .

Таким образом, 6.09 10 –3 = .

Решая это уравнение, получаем = 0.732. Соответственно, мольные доли веществ в равновесной смеси равны: = 0.288, = 0.106, = 0.212 и = 0.394.

Пример 9-4. Для реакции

при 298 К KP = 6.0 10 5 , а fH o (NH3) = –46.1 кДж . моль –1 . Оценить значение константы равновесия при 500 К.

Решение. Стандартная мольная энтальпия реакции равна

rH o = 2 fH o (NH3) = –92.2 кДж . моль –1 .

Согласно уравнению (9.14), =

= ln (6.0 10 5 ) + = –1.73, откуда K2 = 0.18.

Отметим, что константа равновесия экзотермической реакции уменьшается с ростом температуры, что соответствует принципу Ле Шателье.

ЗАДАЧИ

Указание: во всех задачах считать газы идеальными.

    При 1273 К и общем давлении 30 атм в равновесной смеси

содержится 17% (по объему) CO2. Сколько процентов CO2 будет содержаться в газе при общем давлении 20 атм? При каком давлении в газе будет содержаться 25% CO2?

При 2000 o C и общем давлении 1 атм 2% воды диссоциировано на водород и кислород. Рассчитать константу равновесия реакции

Константа равновесия реакции

при 500 o C равна Kp = 5.5. Смесь, состоящая из 1 моль CO и 5 моль H2O, нагрели до этой температуры. Рассчитать мольную долю H2O в равновесной смеси.

Константа равновесия реакции

при 25 o C равна Kp = 0.143. Рассчитать давление, которое установится в сосуде объемом 1 л, в который поместили 1 г N2O4 при этой температуре.

Сосуд объемом 3 л, содержащий 1.79 10 –2 моль I2, нагрели до 973 K. Давление в сосуде при равновесии оказалось равно 0.49 атм. Считая газы идеальными, рассчитать константу равновесия при 973 K для реакции

при 250 o C rG o = –2508 Дж . моль –1 . При каком общем давлении степень превращения PCl5 в PCl3 и Cl2 при 250 o C составит 30%?

константа равновесия KP = 1.83 10 –2 при 698.6 К. Сколько граммов HI образуется при нагревании до этой температуры 10 г I2 и 0.2 г H2 в трехлитровом сосуде? Чему равны парциальные давления H2, I2 и HI?

Сосуд объемом 1 л, содержащий 0.341 моль PCl5 и 0.233 моль N2, нагрели до 250 o C. Общее давление в сосуде при равновесии оказалось равно 29.33 атм. Считая все газы идеальными, рассчитать константу равновесия при 250 o C для протекающей в сосуде реакции

Константа равновесия реакции

при 500 K равна KP = 6.09 10 –3 . Рассчитать общее давление, необходимое для получения метанола с 90% выходом, если CO и H2 взяты в соотношении 1: 2.

  • При 25 o C fG o (NH3) = –16.5 кДж . моль –1 . Рассчитать rG реакции образования NH3 при парциальных давлениях N2, H2 и NH3, равных 3 атм, 1 атм и 4 атм соответственно. В какую сторону реакция будет идти самопроизвольно при этих условиях?
  • Экзотермическая реакция

    • находится в равновесии при 500 K и 10 бар. Если газы идеальные, как повлияют на выход метанола следующие факторы: а) повышение T; б) повышение P; в) добавление инертного газа при V = const; г) добавление инертного газа при P = const; д) добавление H2 при P = const?

  • Константа равновесия газофазной реакции изомеризации борнеола (C10H17OH) в изоборнеол равна 0.106 при 503 K. Смесь 7.5 г борнеола и 14.0 г изоборнеола поместили в сосуд объемом 5 л и выдерживали при 503 K до достижения равновесия. Рассчитать мольные доли и массы борнеола и изоборнеола в равновесной смеси.
  • Равновесие в реакции

    • устанавливается при 227 o C и общем давлении 1.0 бар, когда парциальное давление NOCl равно 0.64 бар (изначально присутствовал только NOCl). Рассчитать rG o для реакции. При каком общем давлении парциальное давление Cl2 будет равно 0.10 бар?

    Рассчитать общее давление, которое необходимо приложить к смеси 3 частей H2 и 1 части N2, чтобы получить равновесную смесь, содержащую 10% NH3 по объему при 400 o C. Константа равновесия для реакции

    при 400 o C равна K = 1.60 10 –4 .

    При 250 o C и общем давлении 1 атм PCl5 диссоциирован на 80% по реакции

    Чему будет равна степень диссоциации PCl5, если в систему добавить N2, чтобы парциальное давление азота было равно 0.9 атм? Общее давление поддерживается равным 1 атм.

    При 2000 o C для реакции

    Kp = 2.5 10 –3 . В равновесной смеси N2, O2, NO и инертного газа при общем давлении 1 бар содержится 80% (по объему) N2 и 16% O2. Сколько процентов по объему составляет NO? Чему равно парциальное давление инертного газа?

  • Рассчитать стандартную энтальпию реакции, для которой константа равновесия
    а) увеличивается в 2 раза, б) уменьшается в 2 раза при изменении температуры от 298 К до 308 К.
  • Оксид ртути диссоциирует по реакции

    • При 420 o C давление газов равно 5.16 10 4 Па, а при 450 o C 10.8 10 4 Па. Рассчитать константы равновесия при этих температурах и энтальпию диссоциации на моль HgO.

    получены следующие данные по зависимости константы равновесия от температуры:

    3.98 10 –4

    1.41 10 –2

    1.86 10 –1

    Определить стандартную энтальпию реакции в этом температурном интервале.

  • Зависимость константы равновесия реакции 2C3H6(г) = C2H4(г) + C4H8(г) от температуры между 300 К и 600 К описывается уравнением

    • ln K = –1.04 –1088 /T +1.51 10 5 /T 2 .

    Рассчитать rG o , rH o и rS o реакции при 400 К.

    Сервер создается при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований
    Не разрешается копирование материалов и размещение на других Web-сайтах
    Вебдизайн: Copyright (C) И. Миняйлова и В. Миняйлов
    Copyright (C) Химический факультет МГУ
    Написать письмо редактору

    В гомогенной системе А+2В = С равновесные концентрации реагирующих газов: [A]p = 0,06 моль/л; [B]p = 0,12 моль/л; [C]p = 0,216 моль/л. (ΔH0>0). Вычислите константу равновесия системы и исходные концентрации веществ A и B. Как изменится состояние равновесия при: а) увеличении T; б) разбавлении системы инертным растворителем; в) поглощении C. б) разбавлении системы инертным растворителем; в) поглощении C.
    Решение
    А+2В → С
    Рассчитываем константу равновесия (Кр)
    Кр= С/([A][B] 2 ) =0,216/(0,06*0,12 2 ) =250
    Находим исходные концентрации веществ A и B
    Принимаем объем системы за 1 л. Так как начальная концентрация вещества С была равна нулю, то на образование 0,216 моль вещества С потребовалось 0,216 моль вещества А и 2*0,216=0,432 моль вещества В
    Тогда начальная концентрация вещества А равняется сумме его равновесной концентрации (после достижения равновесия) и количества пошедшего на образование С
    Анач=0,06+0,216=0,222 моль/л
    Аналогично, начальная концентрация вещества В равняется сумме его равновесной концентрации (после достижения равновесия) и количества пошедшего на образование С
    Анач=0,12+0,432=0,552 моль/л
    а) увеличении T;
    Так как ΔH0>0, то реакция эндотермическая (тепло поглощается)
    При увеличении температуры в системе равновесие сместится в сторону эндотермической реакции, тоесть вправо (в сторону образования С)
    б) разбавлении системы инертным растворителем;
    Не изменится, так как не измениться объем системы
    в) поглощении C.
    При поглощении С равновесие сместится в сторону образования вещества С (равновесие сдвинется вправо)