Помощничек
Главная | Обратная связь


Археология
Архитектура
Астрономия
Аудит
Биология
Ботаника
Бухгалтерский учёт
Войное дело
Генетика
География
Геология
Дизайн
Искусство
История
Кино
Кулинария
Культура
Литература
Математика
Медицина
Металлургия
Мифология
Музыка
Психология
Религия
Спорт
Строительство
Техника
Транспорт
Туризм
Усадьба
Физика
Фотография
Химия
Экология
Электричество
Электроника
Энергетика

Вычисления в состоянии химического равновесия

Методические рекомендации

По решению задач

«Химическая кинетика. Химическое равновесие»

для специальностей 19.02.03 «Технология хлеба, кондитерских и макаронных изделий»; 19.02.05 «Технология бродильных производств и виноделие»; 19.02.10 «Технология продукции общественного питания»

 

 

 

г. Санкт-Петербург

2015г.

Вычисление скоростей химических реакций

Теоретические положения

Ä Скорость реакции определяется скоростью образования продуктов или скоростью использования реагентов. Судят о скорости реакции по изменению концентрации веществ за единицу времени в данном объёме.

Ä Скорость реакции можно вычислить:

υ = ,

∆n = n2 – n1 (моль)

∆t = t2 – t1 (сек.)

V – объём, л или м3

Ä Скорость реакции зависит от:

а) концентрации или давления реагентов(закон действия масс: скорость гомогенной химической реакции прямо пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ, взятых в степенях из стехиометрическими коэффициентами).

Для реакции: аА + bВ → сС + dD

υ = κ ∙ САа ∙ СВb,

υ – скорость гомогенной реакции;

κ – константа скорости реакции;

СА и СВ – концентрации реагирующих веществ;

а, b – стехиометрические коэффициенты.

б) от температуры (правило Вант-Гоффа: при повышении температуры на каждые 100С скорость реакции возрастает в 2 ‑ 4 раза).

,

υ2 – скорость реакции при температуре t2;

υ1 – скорость реакции при температуре t1;

γ – температурный коэффициент реакции.

Задача №1

Реакционный сосуд объёмом 10 л содержит 0,5 моль оксида серы (ІV) и кислород. Через 8 сек. количество вещества SO2 равно 0,46 моль. Вычислить скорость реакции в течении данного времени.

Дано:

V = 10 л

n1 = 0,5 моль

n2 = 0,46 моль

∆t = 8сек

Вычислить: υ ‑ ?

Решение:

Запишем выражение для скорости реакции:

υ =

После подстановки численных значений получим:

υ = = 0,0005 моль/(л∙сек).

Ответ: скорость реакции за данный отрезок времени составляет 0,0005 моль/(л∙сек).

Задача № 2

Взаимодействие между оксидом углерода (ІІ) и хлором происходит по уравнению: СО + СІ2 → СОСІ2.

Концентрации СО и СІ2 соответственно составляют 0,3моль/л и 0,2 моль/л. Как изменится скорость реакции при увеличении концентрации хлора до 0,6 моль/л, а концентрации оксида углерода (ІІ) до 1,2 моль/л?

Дано:

С (СО) = 0,3 моль/л

С (СІ2) = 0,2 моль/л

С′ (СІ2) = 0,6 моль/л

С′ (СО) = 1,2моль/л

Вычислить: ‑ ?

Решение:

Химическая реакция: СО + СІ2 → СОСІ2

Запишем закон действия масс для скорости υ і υ′:

υ = κ ∙ С (СО) ∙ С(СІ2)

υ′ = κ ∙ С(СО) ∙ С′(СІ2)

После подстановки численных значений:

υ = κ ∙ 0,3 ∙ 0,2 = κ ∙ 0,06

υ′ = κ ∙ 0,6 ∙ 1,2 = κ ∙ 0,72

Находим отношение:

= = 12

Ответ: скорость реакции увеличивается в 12 раз.

Задача № 3

Как изменится скорость реакции 2NO + О2 ↔ 2NO2 (происходит в газовой фазе и закрытом сосуде) при увеличении давления в 4 раза.

Дано:

= 4

Вычислить: ‑ ?

Решение:

Уравнение химической реакции: 2NO + О2 ↔ 2NO2.

Запишем выражение закона действия масс для υ1 и υ2:

υ1 = κ ∙ С2 (NO)∙ С(О2)

υ2 = κ ∙ С2 (NO)∙ С(О2)

Обозначим, С(NO)=х моль/л, С(О2) = х моль/л. Подставим в уравнение для υ1 вместо С (NO) и С (О2):

υ1 = κ ∙ х2 ∙ х = κ ∙ х3

При повышении давления в 4 раза концентрации NO и О2 увеличиваются в 4 раза и составляют:

С (NO) = 4∙х моль/л, С (О2)=4∙х моль/л.

После подстановки в уравнение для υ2 получим:

υ2 = κ ∙ (4∙х)2 ∙ 4∙х = κ ∙ 64∙х3

Находим соотношение:

= 64

Ответ: при увеличении давления в 4 раза скорость реакции увеличивается в 64 раза.

Задача № 4

Во сколько раз уменьшится скорость реакции, происходящей в газовой фазе, при снижении температуры с 1200С до 800С. Температурный коэффициент реакции равен 3.

Дано:

γ = 3

t1 = 1200С

t2 = 800С

Вычислить: ‑ ?

Решение:

Запишем правило Вант-Гоффа:

После подстановки численных значений, получим:

= 3 = 3– 4 =

Ответ: скорость реакции уменьшится в 81 раз.

Вычисления в состоянии химического равновесия

Теоретические положения

ü Три признака того, что система находится в состоянии химического равновесия:

Ÿ скорость прямой реакции равна скорости обратной реакции;

Ÿ в системе не происходят никакие изменения;

Ÿ система является изолированной.

ü Для реакции общего вида:

а А + b В → с С + d D,

согласно закону действия масс, константа равновесия:

Кр = ,

ü В выражение для константы равновесия не входят члены, принадлежащие к чистым твёрдым и жидким веществам, а также растворители.

Задача № 5

Равновесие в системе Н2 + І2 ↔ 2НІ установилось при следующих концентрациях веществ: [Н2] = 0,25моль/л, [НІ] = 0,9 моль/л; [І2] = 0,05моль/л. Вычислить константу равновесия и исходные концентрации йода и водорода.

Дано:

2] = 0,25 моль/л

[НІ] = 0,9 моль/л

2] = 0,05 моль/л

Вычислить: Кр. ‑ ?; Сисх.2) ‑ ?; Сисх.(Н2) ‑ ?

Решение:

Химическая реакция: Н2 + І2 ↔ 2НІ

Запишем выражение для константы равновесия реакции:

Кр. =

После подстановки численных значений:

Кр. = = 64,8

По уравнению реакции вычислим количество вещества водорода и йода, которые реагируют с образованием 0,9моль НІ:

из 1 моль Н2 образуется 2 моль НІ

из х моль Н2 ‑ 0,9 моль НІ

n (Н2) = = 0,45моль

Вычислим исходные концентрации водорода и йода:

Сисх.2) = [Н2] + nпрореаг.2) = 0,25 + 0,45 = 0,7 моль/л

из 1 моль І2 образуется 2 моль НІ

из х моль І2 ‑ 0,9 моль НІ

nпрореаг..2) = = 0,45 моль

Сисх. 2) = [І2] + nпрореаг. 2) = 0,45 + 0,05 = 0,5 моль/л

Ответ: Кр. = 64,8; Сисх..2) = 0,7 моль/л; Сисх.2) = 0,5 моль/л.

Задача № 6

Вычислить равновесные концентрации водорода и йода в системе Н2 + І2 ↔ 2НІ, если исходные концентрации водорода и йода составляют по 0,02 моль/л, а равновесная концентрация НІ равна 0,03моль/л. Вычислить константу равновесия.

Дано:

Сисх.2) = 0,02 моль/л

Сисх. 2) = 0,02 моль/л

[НІ] = 0,03 моль/л

Вычислить:Крівн ‑ ? [Н2] ‑ ? [Н2] ‑ ?

Решение:

Согласно уравнению реакции Н2 + І2 ↔ 2НІ вычислим количество вещества Н2 і І2, вступивших в реакцию с образованием 0,03моль НІ:

nпрореаг 2) = = 0,015 моль

nпрореаг 2) = = 0,015 моль

Равновесные концентрации Н2 и І2 соответственно равны:

2] = Сисх 2) – nпрореаг.2) = 0,02 – 0,015 = 0,005 моль/л

2] = Сисх 2) – nпрореаг.2) = 0,02 – 0,015 = 0,005 моль/л

Вычислим константу равновесия данной реакции:

Кр = Кр = = 36

Ответ:2] = 0,005 моль/л, [І2] = 0,005 моль/л, Кр = 36.

Задача № 7

Как изменится скорость прямой реакции СО2 + С « 2СО при уменьшении концентрации СО2 в четыре раза. Запишите выражение константы равновесия данной реакции. Как сместить равновесие в данной системе в сторону прямой реакции, регулируя давление?

Дано:

Вычислить:

Решение:

Уравнение химической реакции: СО2 + С « 2СО

Запишем выражение закона действия масс для υ1:

υ1 = κ ∙ С (СО2)

Обозначим, С(СО2) = х моль/л. Подставим в уравнение для υ1 вместо С (СО2) –х, тогда υ1 = κ∙х.

После уменьшения концентрации СО2 в 4 раза, она составит ¼ х моль/л: υ2 = κ∙1/4 х

Ответ: После уменьшения концентрации СО2 в 4 раза скорость прямой реакции уменьшится в 4 раза.

СО2 + С(тв.) « 2СО(гетерогенная реакция)

Для гетерогенных реакций в выражение Кр. входят концентрации веществ, находящиеся в газовой или жидкой фазе.

Кр. =

Ответ: так как прямая реакция (образование СО) сопровождается увеличением объёма системы (количество моль реагентов – 1, количество моль продуктов – 2), то согласно принципу Ле Шателье, для смещения равновесия в сторону прямой реакции (увеличение выхода СО) необходимо уменьшать давление.

Задача № 8

Вычислить исходную и равновесную концентрации азота в системе N2 + 3H2 « 2NH3, если равновесные концентрации водорода и аммиака соответственно равны 0,2 та 0,08 моль/л, а константа равновесия – 0,1.

Дано:

Кр = 0,1

[H2] = 0,2 моль/л

[NH3] = 0,08 моль/л

Вычислить:[N2] = ?; Cисх (N2) = ?

Решение:

Химическая реакция:N2 + 3H2 « 2NH3

Кр. =

[N2] = = 8 моль/л

Вычислим количество моль азота, вступившего в реакцию с водородом с образованием 0,08 моль аммиака, согласно уравнения химической реакции:

; х = n (N2) =

Исходная концентрация азота равна:

Cисх (N2) = n (N2) + [N2]

После подстановки численных значений, одержимо:

Cисх (N2)= 0,04 + 8 = 8,04моль/л

Ответ: Cисх (N2)= 8,04 моль/л; [N2] = 8 моль/л

Пример 1

Определить, в какую сторону сместится равновесие, если 1) в равновесную смесь водорода, азота и аммиака добавить азот; 2) в состоянии равновесия в реакции С + СО2 ó2СО увеличить давление; 3) повысить температуру при проведении реакции СО + СІ2 óСОСІ2, ΔН = ‑ 123кДж.

Ответ:

1)Равновесие сместится в сторону синтеза аммиака (прямая реакция) потому, что увеличивается концентрация одного из реагирующих веществ. Согласно принципу Ле Шателье равновесие смещается в сторону прямой реакции (образование аммиака) при увеличении концентрации реагента и уменьшении концентрации продукта.

2)Равновесие сместится влево в сторону обратной реакции (число частиц газообразных веществ уменьшается, что обусловливает снижение общего давления). Прямая реакция происходит с увеличением объёма. Согласно принципу Ле Шателье увеличение давления в реакциях, идущих с увеличением объёма, смещает равновесие в сторону обратной реакции (влево).

3)Равновесие смещается влево потому, что прямая реакция ‑ экзотермическая реакция. Согласно принципу Ле Шателье при повышении температуры равновесие смещается в сторону обратной реакции (влево).

 




Поиск по сайту:

©2015-2020 studopedya.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.