Задачи по химической термодинамике (стр. 1 )

Министерство образования и науки РФ

Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Новгородский государственный университет имени Ярослава Мудрого

Институт сельского хозяйства и природных ресурсов

__________________________________________________________

Кафедра фундаментальной и прикладной химии

ЗАДАЧИ

ПО ХИМИЧЕСКОЙ ТЕРМОДИНАМИКЕ

ЧАСТЬ 2

Великий Новгород

2013

5 Вычисление степени диссоциации или константы равновесия по степени диссоциации

5-1. Йодоводород диссоциирует при нагревании по реакции

2HI↔ H2 + I2(г).

При некоторой температуре константа равновесия этой реакции Кс равна 1/64. Вычислите степень диссоциации йодоводорода при этой температуре, если его начальная концентрация равнялась 0,01 моль∙ л−1.

5-2. При 2400 К и давлении 0,507·105 Па для реакции

H2O ↔ H2 + 1/2 O2

lgKp = −2,41. Вычислите степень диссоциации водяного пара в этих условиях.

5-3. Константа равновесия реакции

PCl5 ↔ PCl3 + Cl2

при 500 К равна Kp=3,38·104 Па. Определите степень диссоциации пента-хлорида фосфора при этой температуре, если общее давление в системе равно 8,104·105 Па?

5-4. Вычислите степень диссоциации аммиака при 600°С и 10,13·105 Па, если константа равновесия реакции

NH3 ↔ 1/2 N2 + 3/2 H2

равна Kp= 669,7·105 Па.

5-5. Вычислите степень диссоциации аммиака при 400°С и 101,3·105 Па, если константа равновесия реакции

2NH3 ↔ N2 + 3 H2

равна Kp= 78,59·105 Па.

5-6. Вычислите степень диссоциации диоксида углерода

2 СO2 ↔ 2 СO + O2

при температуре 2273 К и давлении 10,133∙104 Па, если константа равновесия при заданных условиях равна 24,93 Па.

5-7. При 830°С и 1,013·105 Па степень диссоциации сероводорода согласно уравнению

2 H2S ↔ 2 H2 + S2

равна 8,7%. Вычислите константу равновесия Кр этой реакции при заданных условиях.

5-8. При 1500 К и 0,1013·105 Па степень диссоциации CO2 по уравнению

2 СO2 ↔ 2 СO + O2

равна 1,04·10-3. Вычислите константу равновесия Кр этой реакции при заданных условиях.

5-9. При температуре 283К и давлении 1,0133∙105 Па степень диссоциации фосгена по уравнению

COCl2(г) ↔ CO + Cl2

равна 77%. Вычислите константы равновесия Кр и Кс.

5-10. При 49,7°С и 261,4 Торр N2O4 диссоциирует на 63% по уравнению

N2O4 ↔ 2 NO2.

Вычислите константу равновесия Кр, если парциальные давления выражены: а) в Торр; б) в Па; в) атм. Рассчитайте значение Кс для этой реакции.

5-11. Для галогенов при 1000 К и 1,013·105 Па получены следующие значения степени термической диссоциации на свободные атомы: для Cl2 α = 3,5·10-4, для Br2 α = 2,3·10-3и для I2 α = 2,8·10-2. Рассчитайте константы равновесия для систем: Cl2 ↔ 2Cl, Br2 ↔ 2Br, I2 ↔ 2I. Какие выводы можно сделать о прочности связей в молекулах хлора, брома и йода?

5-12. При 727°С константа равновесия реакции

2 SO3 ↔ 2 SO2 + O2

Кр = 2,93·104 Па. Под каким давлением степень диссоциации SO3 составит 20%?

5-13. Для реакции

PCl5 ↔ PCl3 + Cl2

при 250°С ∆G0 = –2508 Дж·моль-1. При каком общем давлении степень диссоциации пентахлорида фосфора при этой температуре составит 30%?

5-14. При 494°С и 0,99·105 Па диоксид азота диссоциирован на 56,5% по уравнению:

2 NO2 ↔ 2 NO + O2.

Вычислите Кр и Кс, а также давление, при котором степень диссоциации NO равна 80%.

5-15. При 49,7°С и 2,43·104 Па N2O4 диссоциирует по уравнению

N2O4 ↔ 2 NO2

на 68%. Вычислите константу равновесия Кр. Рассчитайте степень диссоциации N2O4 при общем давлении 1,25·104 Па.

5-16. Взято 42,0 г N2O4 в объеме 0,01835 м3 при 50°С и 0,946·105 Па. N2O4 диссоциирует по уравнению:

N2O4 ↔ 2 NO2.

Вычислите степень диссоциации N2O4 и константу равновесия Кс.

5-17. В объеме 0,001м3 находится 0,99 г фосгена при 600°С. Общее давление равно 1,377·105 Па. Определите степень диссоциации фосгена и константу равновесия Кс реакции:

COCl2 ↔ CO + Cl2.

5-18. Баллон емкостью 3,4 л , в котором находится 5г фосгена, нагрет до 673 К. При этом в баллоне установилось давление 1,0133∙105 Па. Рассчитайте степень диссоциации фосгена константы равновесия Кр и Кс реакции:

COCl2(г) ↔ CO + Cl2.

5-19. Если нагреть 1,518·10-3 моль йода до 800 К под давлением 0,581·105, то пары его займут объем 2,493·10-4 м3. Вычислите константы равновесия Кр и Кс для процесса диссоциации йода по уравнению I2(г) ↔ 2I(г).

5-20. Определите константу равновесия реакции I2(г) ↔ 2I(г) и степень диссоциации паров йода при температуре 973К, если 0,1835г йода поместили в сосуд емкостью 1л, в котором установилось давление 6,32∙103 Па.

5-21. При температуре 1396К и давлении 1,0133∙105 Па степень диссоциации водяного пара на водород и кислород равна 5,67∙10−5, а степень диссоциации диоксида углерода на монооксид углерода и кислород при тех же условиях − 1,551∙10−4. Определите константу равновесия Кр реакции:

2СO + H2O(г) ↔ СO2 + H2.

5-22. При 900К константа равновесия реакции

2HCl ↔ H2 + Cl2

Кc =3,236∙1011. Степень диссоциации водяного пара на водород и кислород при этих же условиях равна 2,661∙10−8. Рассчитайте при заданной температуре константы равновесия Кр и Кс реакции:

4HCl + O2 ↔ 2H2O(г) + 2Cl2

6. Вычисление состава равновесной смеси газов

по известному значению константы равновесия

6-1. Для реакции

2HI(г) ↔ H2(г) + I2(г)

при 444°С Кр = 0,02. 1 моль йодоводорода нагревают до 444°С. Какое количество HI при этом разложится? Чему будет равна степень диссоциации йодоводорода?

6-2. Константа равновесия реакции

Н2 + Cl2 ↔ 2HCl

при некоторой температуре равна 1. Определите состав равновесной смеси, %(об.), если исходная смесь состояла из 2л водорода и 3л хлора.

6-3. Константа равновесия реакции

Н2(г) + Br2(г) ↔ 2HBr(г)

при некоторой температуре равна 1. Определите состав равновесной смеси, %(об.), образующейся из 5л водорода и 1л брома.

6-4. Константа равновесия Кр реакции

С(графит) + 2Н2 ↔ СН4(г)

при 500К равна 0,03 Па−1. Определите состав равновесной смеси, %(об.), образующейся из 1 моль графита и 2 моль водорода.

6-5. Константа равновесия Кр реакции

С(графит) + 2Н2 ↔ СН4(г)

при 1000К равна 1,38∙10−6 Па−1. Определите состав равновесной смеси, %(об.), если исходная смесь состоит из 1 моль графита, 2 моль водорода и 1 моль метана.

6-6. Константа равновесия реакции

N2 + O2 ↔ 2NO

при 2673К равна 0,0035. Вычислите равновесный выход NO при этой температуре, если состав исходной газовой смеси а) 50% (об.) кислорода и 50% (об.) азота; б) 21% (об.) кислорода и 79% (об.) азота.

6-7. Константа равновесия Кс реакции

SO2 + Cl2 ↔ SO2Cl2

при 102°С равна 13,35м3∙кмоль-1. Какова будет равновесная концентрация SO2Cl2, если исходные концентрации SO2 и Cl2 имеют следующие значения: а) С(SO2) = С(Cl2) = 1 кмоль∙м-3; б) С(SO2) = 1 кмоль∙м-3, С(Cl2) = 2 кмоль·м-3.

6-8. Для реакции

CO + H2O(г) ↔ CO2 + H2

при 930К Кр = 1,0. Рассчитайте равновесный состав смеси, образующейся при внесении в реакционный объем 1 моль диоксида углерода и 5 моль водорода.

6-9. Для реакции

CO + H2O(г) ↔ CO2 + H2

при 930К Кр = 1,0. Смесь, состоящая из 20%(об.) CO и 80%(об.) H2O(г) нагревается до 930К. Определите равновесный состав смеси.

6-10. Для реакции

CO + H2O(г) ↔ CO2 + H2

при 1000К Кр = 1,37. Вычислите равновесное количество водорода, если исходная смесь содержит 0,4 моль моноокисда углерода и 0,6 моль водяного пара.

6-11. Газовую смесь, состоящую из 45%(об.) CO, 35%(об.) H2 и 20% (об.) H2O, нагревают до 1400°С. Рассчитайте равновесный состав смеси газов, если константа равновесия

CO + H2O(г) ↔ CO2 + H2

Кр = 2,21.

6-12. Константа равновесия реакции

CO(г) + 2H2О(г) ↔ CО2(г) + Н2(г)

при 500 К равна 5,5. Реакционная смесь, состоящая из 1 моль СО и 5моль Н2, нагрета до 500 К. Рассчитайте состав равновесной смеси.

6-13. Для реакции

C2H5OH(ж) + CH3COOH(ж) ↔ CH3CCOOC2H5(ж) + H2O(ж)

при 25°С Кс = 4. Определите выход эфира, если для реакции взяли 100 г спирта и 20 г уксусной кислоты.

6-14. Вычислите равновесный выход CO по реакции

C(кокс) + CO2 ↔ 2CO

при 800°С и 1,013·105 Па, если Кр = 6,683·105 Па.

6-15. В реакционный сосуд введены 1 моль водорода и 1 моль сульфида сурьмы (III) и нагреты до 713К. Константа равновесия реакции

Sb2S3(кр) + 3H2 ↔ 2Sb(кр) + 3H2S

при этой температуре Кр = 0,429. Определите, какое количество водорода расходуется по этой реакции при достижении равновесия и какое количество сурьмы образуется.

6-16. Константа равновесия реакции

CO(г) + 2H(г) ↔ CН3ОН(г)

при 500 К равна 6,09∙10−3 атм−2. Реакционная смесь, состоящая из 1 моль СО и 2моль Н2 нагрета до 500 К и общего давления 100 атм. Рассчитайте состав равновесной смеси

6-17. Для реакции

C2H4(г) + H2(г) ↔ C2H6(г)

при 230°С Кр = 0,128∙10−5 Па−1. Определите состав равновесной смеси, полученной из 2 моль этилена и 1 моль водорода при давлении 10,13∙105 Па.

6-18. Константа реакции дегидрирования этилена Кр

C2Н4(г) ↔ C2Н2(г) + H(г)

при 1000К равна 2,03∙103 Па. Определите состав равновесной смеси, если исходная смесь содержит по 1 моль этилена, ацетилена и водорода. Общее давление в системе равно 1,013∙105 Па.

6-19. Стандартное изменение энергии Гиббса реакции синтеза формальдегида

CO(г) + H2(г) ↔ CН2О(г)

при 400К составляет 34,0 кДж∙моль−1. Рассчитайте состав равновесной смеси, образующейся при внесении в реакционный сосуд, имеющий объем 2м3, 100 моль водорода и 120 моль оксида углерода (II). Примите, что все вещества, участвующие в реакции являются идеальными газами.