Химия (стр. 7 )

на образование 2 моль NH3 →(расходуется) 3 моль Н2,

на образование 0,30 моль NH3 ––––––→(расходуется) у;

отсюда у= 0,45 моль, n(H2)npop = 0,45 моль

Находим концентрацию прореагировавшего Н2:

с(Н2) = n/V=0,45/1= 0,45 моль/ дм3

Следовательно, исходные концентрации азота и водорода равны:

с(H2) = [H2] + с(H2) прор.= 3,00 + 0,15 = 3,15 моль/ дм3;

с(N2) = [N2] + с(N2) прор.= 2,0 + 0,45 = 2,45 моль/ дм3;

Находим константу равновесия, используя выражение (3.13):

Кр = [NН3]2/[N2] • [Н2]3

Кр = 0,30 2 / 3,00• 2,00 3 = 3,75• 10–3

Ответ: с(H2) = 3,15 моль; с(N2) = 2,45 моль; Кр = 3,75• 10–3

Подставляя константу равновесия в уравнения (3.10), получаем:

D rG0 = - RTln Кр = -2,3 RTlg Кр (3.12)

Кр = ехр (DrG0/RT) (13)

Принцип Ле Шателье

Химическое равновесие динамическое. При внешнем воздействии на систему происходит смещение химического равновесия, т. е. изменяются равновесные концентрации исходных веществ и продуктов реакции. Характер смещения под влиянием внешних воздействий можно прогнозировать, применяя принцип Ле Шателье: если на систему, находящуюся в равновесии, оказывается внешнее воздействие, то в результате протекающих в ней процессов, равновесие смещается в таком направлении, которое ослабляет внешнее воздействие.

Химическое равновесие может смещаться при изменении температуры, давления или концентрации.

1)  при увеличении температуры равновесие смещается в сторону эндотермического процесса, при понижении температуры — в сторону экзотермического процесса;

2)  при увеличении давления (уменьшении объема) равновесие смещается в ту сторону, где содержится меньшее количество молекул газообразных веществ; при понижении давления (увеличении объема) — в сторону большего количества молекул. Если количество молекул газов в обеих частях уравнения одинаково, то изменение давления не влияет на смещение равновесия;

3) при увеличении концентрации реагентов равновесие смещается в сторону прямой реакции, при увеличении концентрации продуктов – в сторону обратной реакции. Введение катализатора не влияет на смещение равновесия, поскольку в равной мере изменяет скорость как прямой, так и обратной реакции.

Пример 12. Какое влияние на состояние равновесия реакции S (K) + О2 (г) ⇄ SO2 (г) + Q окажут: а) повышение температуры; б) увеличение давления; в) введение дополнительной порции серы или кислорода; г) введение в систему катализатора?

Решение. а) повышение температуры сместит равновесие влево, т. е, в сторону эндотермической реакции; б) увеличение давление не сместит химическое равновесие, т. к., количества молекул газов в обеих частях уравнения равны (по 1 моль; в) изменение концентрации твердого вещества, серы, также не изменит равновесие, а увеличение концентрации кислорода сместит равновесие вправо: быстрее пойдет прямая реакция, в которой кислород расходуется; г) равновесие не сместится, т. к., катализатор в равной мере ускоряет как прямую, так и обратную реакцию

ИНДИВИДУАЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ

1.  Как влияют на смещение равновесия в системе N2 (г) +3H2 (г) ⇄ NH3(г); ΔГН0 = –92,4 кДж: а) понижение давления; б) повышение температуры; в) увеличение концентрации исходных веществ?

2.  В системе установилось равновесие: 2СО (г) + О2 (г) ⇄ 2СО2 (г). Количества СО, О2 и СО2 в системе равны 1 моль 2 моль и 3 моль соответственно. Определите исходные количества оксида углерода (II) и кислорода.

3.  Используя справочные данные по ΔfН° и S°, вычислить константы равновесия при 298 К и при 1000 К реакции Н2О(Г} + СО(Г) ⇄ СО2 (г)+ Н2 (г).

Изменениями энтальпии и энтропии с температурой пренебречь.

4.  На основании принципа Ле Шателье установить, в каком направлении сместится равновесие в системе СО(г) + Cl2(г) = COCl2(г), ΔГН0 = –113 кДж при: а) увеличении концентрации реагентов; б) увеличении температуры; в) уменьшении давления.

5.  В системе установилось равновесие:2SО2(г) + О2(г) ⇄ 2SО3(г). Равновесная концентрация SО3 равна 0,1 моль/дм3. Определите равновесную концентрацию О2, если известно, что к моменту установления равновесия прореагировало 40 % кислорода.

6.  Записать выражение константы равновесия для реакции СО2 (г)+ 2N2 (г)⇄ С (к) + 2N2O (г) и вычислить ее значение при 1000 К, используя справочные данные по ΔfН° и S°. Изменениями энтальпии и энтропии с температурой пренебречь.

7.  Для данной реакций: 2CO2 (г) ⇄ 2CO(г) + O2 (г); ΔГН0 = 566 кДж определить направление смещения равновесия при: а) увеличении температуры; б) понижении давления; в) уменьшении объема реакционного сосуда.

8.  В состоянии равновесия системы N2 (г) + 3H2 (г) ⇄ 2NН3 (г) концентрации веществ были равны: c(N2) = 0,01 моль/дм3; с(Н2) = 2 моль/дм3; c(NH3) = 0,04 моль/дм3. Рассчитайте исходные концентрации азота и водорода.

9.  Вычислить константу равновесия реакции А1203 (к) + 3SO3 (r) ⇄ Al2(SO4)3 (K) при температуре 1000 К, используя справочные данные по ΔfН° и S°. Записать выражение для константы равновесия данной реакции. Изменениями энтальпии и энтропии с температурой пренебречь.

10.Для данной реакций:4НCI(г) + O2 (г) ↔ 2CI2 (г) + 2Н2О(ж) ; ΔГН0 = - 202, 4 кДж определить направление смещения равновесия при: а) увеличении температуры; б) понижении давления; в) уменьшении объема реакционного сосуда.

11.Исходные концентрации N2 и Н2 равны 4 моль/дм3 и 10 моль/дм3 соответственно. Найдите равновесные концентрации газов в реакции: N2 (г) + 3H2 (г) ⇄ 2NН3 (г), если при установлении равновесия прореагировало 40% N2 (объем системы не изменялся).

12.Записать выражение константы равновесия для реакции СаО(к) + СО2(г)⇄ СаСО3 (к) и вычислить ее значение при 1000 К используя справочные данные по ΔfН° и S°. Изменениями энтальпии и энтропии с температурой пренебречь.

13.Для реакции: 2SО(г) + О2 (г) ⇄ 2SО3 (г) ; ΔГН0 = -98, 9 кДж указать все факторы, позволяющие увеличить выход SО3.

14.В сосуде находилась смесь трех газообразных веществ с концентрациями С(А)=1 моль/дм3, C(В) = 2 моль/дм3, C(С) = 0,01 моль/дм3. По истечении некоторого времени в сосуде установилось химическое равновесие ЗА + В⇄ 2С. Вычислите концентрации всех веществ в момент равновесия, если известно, что концентрация вещества А уменьшилась на 30%.

15.Используя справочные данные ко ΔfH° и S° вычислить значение константы равновесия при 400 К для реакции N2 (г) +3H2 (г) ⇄ NH3 (г) Записать выражение Кр для данной реакции. Изменениями энтальпии и энтропии с температурой пренебречь.

16.Как повлияет на состояние равновесия реакции CaCO3 (т) ⇄ CaO(т) + CO2 (г) введение дополнительного количества: а) CaCO3, б) CaO, в) CO2?

17.При синтезе фосгена устанавливается химическое равновесие CO(г) + Cl2 (г) ⇄ СОСl2 (г).Вычислите исходные концентрации хлора и оксида углерода (II), если равновесные концентрации [СОСl2] = 1 моль/дм3, [Cl2]=0,1 моль/дм3, [СО]= 0,05 моль/дм3.

18.Используя справочные данные по ΔfН° и S° вычислить значение константы равновесия при 1000 К для реакции: СО (Г) + Н2О (Г) ⇄ СО2 (г) + Н2 (г). Записать выражение константы равновесия для данной реакции. Изменениями энтальпии и энтропии с температурой пренебречь.

19.Указать все факторы, смещающие равновесие реакции влево: 4Fe(к) + 3О2 (г) ⇄ 2Fe2О3 (т) ; ΔГН = - 470 кДж.

20.Константа равновесия обратимой реакции А(г) + В (г) ⇄ С (г) + D (г) равна 1. Вычислить равновесные концентрации всех, веществ, если известно, что в начале реакции система содержала 6,0 моль вещества А и 4,0 моль вещества В. Объем системы 10.

21.Используя справочные данные по ΔfН° и S° вычислить значение константы равновесия при 900 К для реакции С (графит) + Н2О(Г) ⇄ СО(Г) + Н2 (г) Записать выражение Кр для данной реакции. Изменениями энтальпии и энтропии с температурой пренебречь.

22. Как будет влиять изменение температуры и давления на состояние равновесия реакции: N2 (г) +О2 (г) ⇄ 2NО (г) ; ΔГН = 180,6 кДж.

23.Химическое равновесие реакции СО2 (г)+ Н2 (г)⇄ СО(г) + Н2O (г) установилось при следующих концентрациях реагирующих веществ: [СО2] = 7 моль/дм3; [Н2] = 5 моль/дм3; [СО] = 10 моль/дм3; [Н2О] = 14 моль/дм3. Равновесие системы было нарушено из-за того, что концентрация Н2О была уменьшена до 11 моль/дм3. Вычислить равновесные концентрации реагирующих веществ после сдвига равновесия.

24. Используя справочные данные по ΔfН° и S° вычислить значение константы равновесия при 700 К для реакции NH4C1(K) ⇄ NH3(r) + HCI(r}. Записать выражение Кр для данной реакции. Изменениями энтальпии и энтропии с температурой пренебречь.

25. Для данной реакций: КCIО4 (к) ⇄ КCI (к) +2 O2 (г) ; ΔГН = - 33 кДж определить направление смещения равновесия при: а) увеличении температуры; б) понижении давления; в) уменьшении концентрации: КCIО4 (к).

26. Для реакции Н2 (г) + Вг2 (г) ⇄ 2НВг (г) при некоторой температуре константа равновесия равна единице. Найти равновесные концентрации всех компонентов системы, если исходные концентрации водорода и брома равны соответственно 6 моль/дм3 и 2 моль/дм3.

27. Используя справочные данные по ΔfН° и S° вычислить значение константы равновесия при 600 К для реакции: СО(г) + Н2O (г) ⇄ СО2 (г)+ Н2 (г). На основании полученного значения сделайте вывод о составе пара. Изменениями энтальпии и энтропии с температурой пренебречь.

28. Для данной реакций: N2O4 (ж) ⇄ 2NO2 (г) ; ΔГН = 180 кДж определить направление смещения равновесия при: а) увеличении температуры; б) понижении давления; в) уменьшении объема реакционного сосуда.

29. Равновесие в системе 2NO(г) + О2 (г) ⇄ 2NO2 (г) установилось при следующих концентрациях: [NO] = 0,020 моль/дм3; [NO2] = 0,030 моль/дм3. Константа равновесия реакции равна 2,2. Вычислить исходную концентрацию кислорода.

30. Записать выражение константы равновесия для реакции О2 (г)+ N2 (г)⇄ 2NO (г) и вычислить ее значение при 1000 К, используя справочные данные по ΔfН° и S°. Изменениями энтальпии и энтропии с температурой пренебречь.

3 РАСТВОРЫ