Примеры решения задач. 1.Указать правильное выражение константы равновесия следующей реакции: S(k) + O2<=> SO2(г).

1.Указать правильное выражение константы равновесия следующей реакции: S_(k) + O₂ <=> SO_2(г).

а) ; б) ; в) ; г)

Решение:

К_р есть отношение произведения равновесных парциальных давлений газообразных продуктов реакции к произведению равновесных парциальных давлений исходных газообразных веществ, взятых в степенях, которые соответствуют коэффициентам в уравнении реакции. Тогда, для рассматриваемой реакции

Ответ:в)

 

2. Определить, как изменится скорость прямой реакции А_(г) + 2В_(г) = 2С_(г).

если увеличить давление в системе в 2 раза.

а) не изменится;
б) увеличится в 4 раза;
в) уменьшится в 4 раза;
г) увеличится в 8 раз.

Решение:

а) определим зависимость между изменением парциального давления газообразного участника прямой реакции, изменением его концентрации и увеличением общего давления в системе при условиях, что масса вещества в системе и температура системы не изменялись, т.е. . Из уравнения Клапейрона-Менделеева следует:

· → →

· → →

· увеличение общего давления в 2 раза равносильно увеличению парциального давления каждого компонента также в два раза:

·

 

,

 

 

б) применив закон действующих масс, определим изменение скорости реакции при изменении парциального давления каждого компонента в два раза:

 

 

Ответ: б) увеличится в 8 раз.

 

3. На основании принципа Ле Шателье определить направление смещения равновесия в следующей реакции: 2SO_2(г) + O_2(г) <=> 2SO_3(г), Δ_rH⁰(298K) = -284,2 кДж при: а) понижении температуры и б) повышении давления.

1а) ← б) →

2а) → б) ←

3а) ← б) не сместится

4а) → б) →

Решение: а) Константа равновесия реакции

Смещение равновесия реакции зависит от знака Δ_rH⁰(298K). Т.к. Δ_rH⁰(298K)<0, т.е. реакция экзотермическая, то при понижении температуры равновесие сместится в сторону прямой реакции (→), идущей с выделением теплоты т.е. вправо.

б) В соответствии с принципом Ле Шателье увеличение давления смещает равновесие в сторону той (прямой или обратной) реакции, которая сопровождается уменьшением суммарного числа моль газообразных веществ.

Следовательно, при повышении давления равновесие системы смещается вправо (→).

Ответ: 4а) → б) →.

 

4. Указать во сколько раз изменится скорость реакции, энергия активации, которой равна 60 кДж/моль: а) при повышении температуры от 320 до 360 К? б) если она протекает при 298 К в присутствии катализатора ( = 48 кДж/моль)?

Дано: Еак = 60 кДж/моль а) Т1 = 320К, Т2 = 360К б) Т = 298К, = 48кДж/моль а) -? а) -?

Решение: а) Из уравнения Аррениуса получаем: = = = 1,09 где 103 – коэффициент пересчета кДж в Дж, тогда =101,09 = 12,3раза

б) Зависимость скорости реакции от наличия катализатора выражается уравнением:

= 2,11

откуда = 10^2,11 ~ 129

Ответ:

а) при повышении температуры от 320 до 360 К скорость реакции возрастает в 12,3 раза;

б) в присутствии катализатора скорость реакции возрастает в 129 раз.

 

5.Используя справочные данные по Δ_fH⁰(298K) и S⁰(298K) веществ, определить температуру при которой константа равновесия реакции CO_2(г) + C_(k) <=>2CO_(г) равна единице. Записать выражение для константы равновесия данной реакции.

Решение: CO2(г) + C(k) <=> 2CO(г) Значения ΔfH0(298K) и S0(298K) веществ берем из табл.

CO_2(г) + С_(к) <=> 2CO_(г)

Δ_fH⁰(298K), кДж/моль -393,5 0 2(-110,5)

S⁰(298K), Дж/моль, К 213,7 5,7 2(197,5)

-2,3RTlgK_p = Δ_rH⁰(298K) – TΔ_rS⁰(298K)

Если К_р = 1, то lgK_p = 0, тогда Δ_rH⁰(298K) - TΔ_rS⁰(298K) = 0, а

 

T =

 

где 10³ – коэффициент пересчета кДж в Дж

Δ_rH⁰(298K) = 2Δ_fH⁰(298K, CO_(г)) – [Δ_fH⁰(298K, CO_2(г)) + Δ_fH⁰(298K, C_к)]

Δ_rH⁰(298K) = 2·(-110,5) – [(-393,5) + 0] = 172,47 кДж.

Δ_rS⁰(298K) = 2 S⁰(298K, CO_(г)) – [S⁰(298K, CO_2(г)) + S⁰(298K, C_(k))] = 2·197,5 – (213,7 + 5,74) = 175,6 Дж/К

Т = =982K

Ответ: К_р = 1 при 982 К.

 

6.Вычислить константу равновесия для реакции: 4NH_3(г) +3O_2(г)<=>2N_2(г) + 6H₂O_(г),

если исходные концентрации NH_3(г) и O_2(г) соответственно равны 6,0 и 5,0 моль/л и равновесная концентрация N_2(г) равна 1,8 моль/л.

Решение: Расчет количеств, прореагировавших и образовавшихся веществ, производится по уравнению реакции.

а) Определим по уравнению реакции количества вещества всех компонентов, прореагировавших или образовавшихся в ходе реакции. Обозначим а – количество вещества аммиака, вступившего в реакцию.

a х y z моль

4NH_3(г) +3O_2(г)<=>2N_2(г) + 6H₂O_(г),

4 моль NH₃ - 3 моль O₂ 4 моль NH₃ - 2 моль N₂ 4 моль NH₃ - 6 моль H₂O

а моль NH₃ - х моль O₂ а моль NH₃ - 1,8 моль N₂ а моль NH₃ - z моль H₂O

х = а = z =

х = z =

б) определим равновесные концентрации исходных веществ и продуктов реакции. Примем объем системы равным 1 л. Тогда значения концентраций численно будут равны количествам вещества в равновесной смеси.

	NH3	O2	N2	H2O
Исходная концентрация веществ, моль/л,	6,0	5,0
Прореагировало исходных веществ и образовалось продуктов реакции, моль/л	3,6	2,7	1,8	5,4
Равновесные концентрации веществ, моль/л	6,0 – 3,6 = 2,4	5,0 – 2,7= 2,3	1,8	5,4

 

Константа равновесия =

Ответ: K_C = 198,95