Студопедия — Хімічна кінетика і рівновага
Студопедия Главная Случайная страница Обратная связь

Разделы: Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Хімічна кінетика і рівновага






Кінетика – навчання про швидкості різних процесів, у тому числі хімічних реакцій. Критерієм принципової здійсненності реакцій є нерівність Δ GT < 0. Але ця нерівність не є ще повною гарантією фактичного перебігу процесу в даних умовах, не є достатнім для оцінки кінетичних можливостей реакції. Так, Δ G0298(H2O)= –28, 59кДж/моль, а Δ G0298(AlI3) = –313, 8кДж/моль і, отже, при Т = 298K і P = 1, 013× 105 Па можливі реакції, що йдуть по рівнянням:

H2(г)+ l/2O2(г) = H2O(г) (1)

2Al(к) + 3I2(к) = 2Al3(к) (2)

Однак ці реакції при стандартних умовах йдуть тільки в присутності каталізатора (платини для першої і води для другої). Каталізатор як би знімає кінетичне „гальмо”, і тоді виявляється термодинамічна природа речовини. Швидкість хімічних реакцій залежить від багатьох факторів, основні з яких – концентрація (тиск) реагентів, температура і дія каталізатора. Ці ж фактори обумовлюють і досягнення рівноваги в реагуючій системі.

Приклад 1. У скільки разів зміниться швидкість прямої і зворотної реакції в системі: 2SO2 (г) + O2(г) ↔ 2SO3(г), якщо об’єм газової суміші зменшити в три рази? В яку сторону зміститься рівновага системи?

Рішення. Позначимо концентрації реагуючих речовин: [SO2] = а, [O2] = b, [SO3] = c. Відповідно до закону дії мас швидкості прямій (Vпр.) і зворотної (Vзв.) реакції до зміни об’єму: Vпр. = kпр.a2b; Vзв. = kзв.с2.

Після зменшення об’єму гомогенної системи в три рази концентрація кожної з реагуючих речовин збільшиться в три рази: [SO2] =3а, [O2] = 3b, [SO3] = 3c. При нових концентраціях швидкості прямої і зворотної реакції:

V  пр.= kпр.(3a)2(3b) = 27 kпр.a2b; V  зв. = kзв.(3с)2 = 9kзв.с2.

Звідси:

Отже, швидкість прямої реакції збільшилася в 27 разів, а зворотної – тільки в дев’ять разів. Рівновага системи зміститься убік утворення SO3.

Приклад 2. Обчислить, у скільки разів збільшиться швидкість реакції, що протікає в газовій фазі, при підвищенні температури від 30 до 70°С, якщо температурний коефіцієнт швидкості реакції дорівнює 2.

Рішення. Залежність швидкості хімічної реакції від температури обумовлюється емпіричним правилом Вант-Гоффа по формулі:

Отже, швидкість реакції V(T2) – при температурі 70°C більше швидкості реакції V(T1)при температурі 30°С в 16 разів.

Приклад 3. Константа рівноваги гомогенної системи:

СО(г) + Н2О(г) ↔ СО2(г) + Н2(г)

при 850°С дорівнює 1. Обчислить концентрації всіх речовин до моменту встановлення рівноваги, якщо вихідні концентрації: [СO]вих. = 3моль/дм3, [Н2O]вих. = 2моль/дм3.

Рішення. При рівновазі швидкості прямій і зворотної реакцій рівні, а відношення констант цих швидкостей постійно і називається константою рівноваги даної системи:

Vпр.=kпр.[CO] [H2O]; Vзв..= kзв. [CO2] [H2];

Vпр. = Vзв.; kпр..[CO] [H2O] = kзв. . [CO2] [H2];

.

В умові задачі дані вихідні концентрації, тоді як у вираз Kр входять тільки рівноважні концентрації всіх речовин системи. Припустимо, що до моменту рівноваги концентрації [CO2]р = x моль/дм3. Відповідно до рівняння системи число молей водню, що утворилося, при цьому буде також х моль/дм3. По стільки ж молей (моль/дм3) СО і H2О витрачається для утворення по х молей СО2 і Н2. Отже, рівноважні концентрації всіх чотирьох речовин:

[CO2]р = [H] = х моль/дм3; [CO]р = (3–х) моль/дм3; [H2О]р = (2–х) моль/дм3

Знаючи константу рівноваги, знаходимо значення х, а потім вихідні концентрації всіх речовин:

Таким чином, шукані рівноважні концентрації:

[CO2]р = 1, 2 моль/дм3; [H]р =1, 2 моль/дм3;

[CO]р = 3 – 1, 2 = 1, 8 моль/дм3; [H2О]р = 2 – 1, 2 = 0, 8 моль/дм3.

Приклад 4. Ендотермічна реакція розкладання пентахлориду фосфору протікає по рівнянню:

PCI5(г) ↔ PCI3(г) + CI2(г); Δ H = + 92, 59кДж.

Як треба змінити: а) температуру; б) тиск; в) концентрацію, щоб змістити рівновагу убік прямої реакції – розкладання PCI5?

Рішення. Зсувом або зміщенням хімічної рівноваги називають зміну рівноважних концентрацій реагуючих речовин у результаті зміни однієї з умов реакції. Напрямок, у якому змістилася рівновага, визначається за принципом Ле Шателье: а) оскільки реакція розкладання PCI5 ендотермічна, то для зсуву рівноваги убік прямої реакції потрібно підвищити температуру; б) оскільки в даній системі розкладання PCI5 веде до збільшення об’єму (з однієї молекули газу утворяться дві газоподібні молекули) то для зсуву рівноваги убік прямої реакції треба зменшити тиск; в) зсуву рівноваги в зазначеному напрямку можна досягти як збільшенням концентрації PCI5, так і зменшенням концентрації PCI3 або Cl2.

Контрольні питання

121. Окислювання сірки і її діоксиду протікає за рівняннями:

а) S(к) + О2 = SO2(г); б) 2SO2(г) + О2 = 2SO3(г). Як зміняться швидкості цих реакцій, якщо об’єми кожної із систем зменшити в чотири рази?

122. Напишіть вираз для константи рівноваги гомогенної системи:

N2 +3H2 = 2NH3. Як зміниться швидкість прямої реакції – утворення аміаку, якщо збільшити концентрацію водню в три рази?

123. Реакція йде по рівнянню: N2 + O2 = 2NO. Концентрації вихідних речовин до початку реакції були: [N2]вих. = 0, 049 моль/дм3; [О2]вих. = 0, 01 моль/дм3. Обчислить концентрацію цих речовин у момент, коли [NO] = 0, 005 моль/дм3. Відповідь: [N2] = 0, 0465 моль/дм3; [О2] = 0, 0075 моль/дм3.

124. Реакція йде по рівнянню: N2 + 3Н2 = 2NН3. Концентрації речовин, що беруть участь у ній, були: [N2] = 0, 80 моль/дм3; 2] = 1, 5 моль/дм3; [NH3] = 0, 10 моль/дм3. Обчислить концентрацію водню й аміаку, коли [N2] = 0, 5 моль/дм3. Відповідь: [NН3] = 0, 70 моль/дм3; [Н2] = 0, 60 моль/дм3.

125. Реакція йде по рівнянню: Н2 + I2 = 2HI. Константа швидкості цієї реакції при деякій температурі дорівнює 0, 16. Вихідні концентрації реагуючих речовин: [Н2]ВИХ. = 0, 04 моль/дм3; [I2]ВИХ. = 0, 05 моль/дм3. Обчислить початкову швидкість реакції і її швидкість, коли [Н2] = 0, 03 моль/дм3. Відповідь: 3, 2× 10–4; 1, 92× 10–4.

126. Обчислить, у скільки разів зменшиться швидкість реакції, що протікає в газовій фазі, якщо понизити температуру від 120 до 80°С. Температурний коефіцієнт швидкості реакції 3.

127. Як зміниться швидкість реакції, що протікає в газовій фазі, при підвищенні температури на 60°С, якщо температурний коефіцієнт швидкості даної реакції 2?

128. В гомогенній системі: СО + Cl2 = COCl2 рівноважні концентрації реагуючих речовин: [СО] = 0, 2 моль/дм3; [Cl2] = 0, 3 моль/дм3; [COCl2] = 1, 2 моль/дм3. Обчислить константу рівноваги системи і вихідні концентрації хлору і СО. Відповідь K = 20; [Cl2]вих. = 1, 5моль/дм3; [CО]вих. = 1, 4 моль/дм3.

129. В гомогенній системі: A + 2B = C рівноважні концентрації реагуючих газів: [A] = 0, 06 моль/дм3; [B] = 0, 12 моль/дм3; [C] = 0, 216 моль/дм3. Обчислить константу рівноваги системи і вихідні концентрації речовин A і B. Відповідь: K = 250; [A]вих. = 0, 276 моль/дм3; [B]вих. = 0, 552 моль/дм3.

130. В гомогенній системі: A + B = C + D рівновага установилася при концентраціях: [B] = 0, 05 моль/дм3; [C] = 0, 02 моль/дм3. Константа рівноваги системи дорівнює 0, 04. Обчислить вихідні концентрації речовин A і B. Відповідь: [A]вих. = 0, 22 моль/дм3; [B]вих. = 0, 07 моль/дм3.

131. Константа швидкості реакції розкладання N2O, що протікає по рівнянню: 2N2O = 2N2 + O2, дорівнює 5× 10–4. Початкова концентрація N2O = 6, 0 моль/дм3. Обчислить початкову швидкість реакції і її швидкість, коли розкладеться 50% N2O. Відповідь: 1, 8× 10–2; 4, 5× 10 –3.

132. Напишіть вираз для константи рівноваги гетерогенної системи: СО2 + С = 2СО. Як зміниться швидкість прямої реакції – утворення СО, якщо концентрацію СО2 зменшити в чотири рази? Як треба змінити тиск, щоб підвищити вихід СО?

133. Напишіть вираз для константи рівноваги гетерогенної системи: С(к) + Н2О(г) = СО(г) + Н2(г). Як треба змінити концентрацію і тиск, щоб змістити рівновагу убік зворотної реакції – утворення водяної пари?

134. Рівновага в гомогенній системі: 4HCl(г) + О2(г) = 2Н2О(г) + 2Cl2(г) установилася при наступних концентраціях реагуючих речовин: [Н2О] = 0, 14 моль/дм3; [Cl2] = 0, 14 моль/дм3; [HCl] = 0, 20 моль/дм3; [O2] =0, 32 моль/дм3. Обчислить вихідні концентрації хлороводню і кисню. Відповідь: [HCl]вих. = 0, 48 моль/дм32]вих. = 0, 39 моль/дм3.

135. Обчислить константу рівноваги для гомогенної системи: СО(г) + Н2О(г) = СО2(г) + Н2(г), якщо рівноважні концентрації реагуючих речовин: [СО] = 0, 004 моль/дм3; [Н2О] = 0, 064 моль/дм3; [СО2] = 0, 016 моль/дм3; [Н2] = 0, 016 моль/дм3. Чому дорівнюють вихідні концентрації води і СО? Відповідь: K = 1; [Н2О]вих. = 0, 08 моль/дм3; [СО]вих. = 0, 02 моль/дм3.

136. Константа рівноваги гомогенної системи: СО(г) + Н2О(г) = СО2(г) + Н2(г) при деякій температурі дорівнює 1. Обчислить рівноважні концентрації всіх реагуючих речовин, якщо вихідні концентрації: [СО]вих. = 0, 10 моль/дм3; [Н2О]вих. = 0, 40 моль/дм3. Відповідь: [СО2] = [Н2] = 0, 08 моль/дм3; [СО] = 0, 02 моль/дм3; [Н2O] = 0, 32 моль/дм3.

137. Константа рівноваги гомогенної системи: N2(г) + 3H2(г) = 2NH3(г) при деякій температурі дорівнює 0, 1. Рівноважні концентрації водню й аміаку відповідно рівні 0, 2 і 0, 08 моль/дм3. Обчислить рівноважну і вихідну концентрацію азоту. Відповідь: [N2] = 8 моль/дм3; [N2]вих. = 8, 04 моль/дм3.

138. При деякій температурі рівновага гомогенної системи: 2NO(г) + O2(г)= 2NO2(г) встановилася при наступних концентраціях реагуючих речовин: [NO] = 0, 2 моль/дм3; [О2] = 0, 1 моль/дм3; [NO2] = 0, 1 моль/дм3. Обчислить константу рівноваги і вихідну концентрацію NO і O2. Відповідь: K = 2, 5; [NO]ВИХ. = 0, 3 моль/дм3; [О2]вих. = 0, 15 моль/дм3.

139. Чому при зміні тиску зміщується рівновага системи: N2(г) + 3H2(г)= 2NH3(г) і не зміщається рівновага системи: N2(г) + O2(г) = 2NO(г)? Відповідь мотивуйте на основі розрахунку швидкості прямій і зворотної реакції в цих системах до, і після зміни тиску. Напишіть вираз для констант рівноваги кожної з даних систем.

140. Вихідні концентрації [NO]вих. і [Cl2]вих. у гомогенній системі: 2NO(г) + Cl2(г) = 2NOCl(г) становлять відповідно 0, 5 і 0, 2 моль/дм3. Обчислить константу рівноваги, якщо до моменту настання рівноваги прореагувало 20% NO. Відповідь: 0, 417.







Дата добавления: 2014-10-22; просмотров: 2455. Нарушение авторских прав; Мы поможем в написании вашей работы!



Расчетные и графические задания Равновесный объем - это объем, определяемый равенством спроса и предложения...

Кардиналистский и ординалистский подходы Кардиналистский (количественный подход) к анализу полезности основан на представлении о возможности измерения различных благ в условных единицах полезности...

Обзор компонентов Multisim Компоненты – это основа любой схемы, это все элементы, из которых она состоит. Multisim оперирует с двумя категориями...

Композиция из абстрактных геометрических фигур Данная композиция состоит из линий, штриховки, абстрактных геометрических форм...

Различия в философии античности, средневековья и Возрождения ♦Венцом античной философии было: Единое Благо, Мировой Ум, Мировая Душа, Космос...

Характерные черты немецкой классической философии 1. Особое понимание роли философии в истории человечества, в развитии мировой культуры. Классические немецкие философы полагали, что философия призвана быть критической совестью культуры, «душой» культуры. 2. Исследовались не только человеческая...

Обзор компонентов Multisim Компоненты – это основа любой схемы, это все элементы, из которых она состоит...

Понятие о синдроме нарушения бронхиальной проходимости и его клинические проявления Синдром нарушения бронхиальной проходимости (бронхообструктивный синдром) – это патологическое состояние...

Опухоли яичников в детском и подростковом возрасте Опухоли яичников занимают первое место в структуре опухолей половой системы у девочек и встречаются в возрасте 10 – 16 лет и в период полового созревания...

Способы тактических действий при проведении специальных операций Специальные операции проводятся с применением следующих основных тактических способов действий: охрана...

Studopedia.info - Студопедия - 2014-2024 год . (0.007 сек.) русская версия | украинская версия