|
8. Равновесие. Константа равновесия, принцип Ле-Шателье
|
|
| FilIgor | Дата: Четверг, 08.11.2012, 11:18 | Сообщение # 1 |
 Эксперт
Группа: Супермодераторы
Сообщений: 6490
| 8. Равновесие химических процессов. Константа равновесия, принцип Ле-Шателье.
Выражение константы равновесия для реакции aA + bB <--> cC + dD
K = (Сc * [D]d) / ([A]a * [В ]b )
Принцип Ле-Шателье:
Если на систему, находящуюся в равновесии, оказать какое-либо воздействие, равновесие сместится таким образом, что оказанное воздействие уменьшится.
8.1. Смещение равновесия.
Задание.
Для равновесной системы:
2SO2 + O2 <=> 2SO3 + Q
определить, в какую сторону сместится равновесие при:
а) увеличении давления,
б) увеличении температуры
в) увеличении концентрации кислорода.
Решение.
Из принципа Ле-Шателье следует, что:
а) При увеличении давления равновесие должно сместиться таким образом, чтобы скомпенсировать это увеличение, т.е. в ту сторону, которая повлечет за собой снижение давления. Из уравнения видно, что слева 3 моль газов, а справа - 2. Значит, сместив равновесие вправо, кол-во моль газов уменьшится и давление снизится. Вывод: сместится вправо.
б) При увеличении температуры равновесие должно сместиться таким образом, чтобы скомпенсировать это увеличение, т.е. в ту сторону, которая повлечет за собой снижение температуры. Видно (+ Q), что реакция идет с выделением тепла. Значит, для отвода тепла должна идти обратная реакция. Вывод: сместится в сторону обратной реакции, т.е. влево.
в) При увеличении концентрации кислорода, как очевидно, должен идти процесс, в котором кислород расходуется, чтобы скомпенсировать увеличение его концентрации. То есть, прямая реакция. Вывод: сместится вправо.
charset="utf-8">
data-yashareType="button" data-yashareQuickServices="yaru,vkontakte,facebook,twitter,odnoklassniki,moimir,lj"
>
Поддержать проект
|
|
|
It's futile to speculate about what might have been |
| |
| |
| FilIgor | Дата: Четверг, 08.11.2012, 11:21 | Сообщение # 2 |
|
Эксперт
Группа: Супермодераторы
Сообщений: 6490
| 8.2. Контанта равновесия и концентрации.
Задание.
Константа равновесия реакции А + В = С + D равна 1. Начальная концентрация [В]0 = [А]0 = 2 моль/л. Сколько процентов вещества А подвергается превращению?
Решение.
Запишем выражение для константы равновесия. К = [С]*[D]/[А]*[В].
Поскольку К = 1, значит, [А]*[В] = [С]*[D ]
Обозначим количество прореагировавшего вещества как Х.
Из уравнения следует, что В прореагирует столько же, сколько и А, т.е. тоже Х.
И из уравнения же следует, что образуется Х моль [С] и Х моль [D].
Тогда равновесные концентрации составят:
[A]= (2 - x) моль/л.
[В ]= (2 - x) моль/л.
[с]= x моль/л.
[D]= x моль/л.
Из выражения [А]*[В] = [С]*[D],
(2-х)(2-х) = х2
Решая уравнение, получаем: Х = 1.
Значит, вещества А прореагировало 1 моль/л, что составляет w = 1*100%/2 = 50%.
Задание.
Константа равновесия химической реакции H2 + I2 = 2HI при некоторой температуре равна 4. Рассчитайте равновесную концентрацию HI, если исходные концентрации H2 и I2 соответственно равны 0,08 моль/л и 0,1 моль/л.
Решение.
Запишем выражение для K.
K = [HI]2/[H2][I2]
Обозначим количество прореагировавшего вещества как Х.
Йодоводорода образуется, по уравнению, [HI]= 2Х. С учетом этого, подставим данные в уравнение.
4 = (2х)2/(0,08 - x)(0,1 - x)
Решая уравнение, получим: х = 0,044
Определим равновесную концентрацию HI:
[HI]= 2x = 0,088 моль/л.
Задание.
Вычислите, сколько моль водяного пара необходимо ввести на каждый моль оксида углерода (II), чтобы 90% CO превратить в CO2 по реакции
CO(г) + H2O(г) = H2(г) + CO2(г), если константа равновесия реакции K = 1.
Решение.
Пусть изначально было 1 моль СО и х моль воды. Когда 90% CO превратить в CO2 , останется 0,1 моль СО. Следовательно, его прореагирует 0,9 моль.
Тогда, по уравнению реакции, прореагирует столько же воды, которой останется (х - 0,9) моль и образуется по 0,9 моль водорода и СО2.
K = [H2][CO2]/[CO][H2O]
1 = 0,1*(x - 0,9)/0,9*0,9
x = 7,2 моль.
charset="utf-8">
data-yashareType="button" data-yashareQuickServices="yaru,vkontakte,facebook,twitter,odnoklassniki,moimir,lj"
>
Поддержать проект
|
|
|
It's futile to speculate about what might have been |
| |
| |
| FilIgor | Дата: Четверг, 08.11.2012, 11:26 | Сообщение # 3 |
|
Эксперт
Группа: Супермодераторы
Сообщений: 6490
| 8.3. Определение константы равновесия.
Задание.
Исходная смесь состоит из 0,30 моль/л H2 и 0,20 моль/л N2. Равновесие наступит, когда прореагирует 0,24 моль/л H2, вычислите константу равновесия (К) химической реакции 3H2(г) + N2(г) = 2NH3(г).
Решение.
Запишем выражение для константы равновесия. K = [NH3]2/[H2]3[N2]
Из условия: [H2] = 0,30 - 0,24 = 0,06.
Далее, из уравнения видно, что соотношение H2 : N2 = 3:1,
Значит, если прореагировало 0,24 моль водорода, то азота прореагировало - 0,24/3 = 0,08 моль.
[N2] = 0,2 - 0,08 = 0,12 моль/л.
Наконец,
[NH3] = 0,24*(2/3) = 0,16 моль/л.
Подставляем все числа в уравнение:
K = [NH3]2/[H2]3[N2] = 0,162/(0,063*0,12) = 987.
charset="utf-8">
data-yashareType="button" data-yashareQuickServices="yaru,vkontakte,facebook,twitter,odnoklassniki,moimir,lj"
>
Поддержать проект
|
|
|
It's futile to speculate about what might have been |
| |
| |
| FilIgor | Дата: Четверг, 08.11.2012, 11:28 | Сообщение # 4 |
|
Эксперт
Группа: Супермодераторы
Сообщений: 6490
| 8.4. Равновесные концентрации.
Задание.
Исходные концентрации А и В равны 0,05моль/дм3.
Вычислите равновесные концентрации А, В, и Д в системе А + В = С + D, если равновесная концентрация С равнялась 0,01 моль/дм3. Вычислите константу равновесия.
Решение.
Т.к. в начальный момент времени С0( С) = C0(D) = 0, то равновесные концентрации веществ будут равны:
[A]= 0,04 моль/дм3
[В ] = 0,04 моль/дм3
[С] = 0,01 моль/дм3
[D]= 0,01 моль/дм3
Константа равновесия:
Kc = [С]*[D]/ ([A]*[В ]) = 0,01*0,01 / (0,04*0,04) = 6,25 * 10-2.
charset="utf-8">
data-yashareType="button" data-yashareQuickServices="yaru,vkontakte,facebook,twitter,odnoklassniki,moimir,lj"
>
Поддержать проект
|
|
|
It's futile to speculate about what might have been |
| |
| |
| FilIgor | Дата: Четверг, 08.11.2012, 11:31 | Сообщение # 5 |
|
Эксперт
Группа: Супермодераторы
Сообщений: 6490
| 8.5. Константа равновесия, равновесные концентрации.
Задание.
Равновесие реакции 2NО + О2 <--> 2NО2 при некоторой температуре установилось при следующих концентрациях реагирующих веществ:
[NО] = 0,2; [О2] = 0,1; [NО2] = 0,1 моль/л.
Вычислить константу равновесия и первоначальную концентрацию окиси азота.
Решение.
Константа равновесия:
К = [NО2]2 / ([NО]2 * [О2]) = 0,12 / (0,22 * 0,1) = 2,5.
В начальный момент концентрация оксида азота (IV) была равна 0. В момент равновесия в одном литре системы образовалось 0,1 моль NO2. Из уравнения реакции видно, что на образование 0,1 моль NO2 затрачивается 0,1 моль NO. Т.о. начальная концентрация оксида азота (II) будет равна:
Со(NО) = ([NО]*V + [NО2]*V) / V = [NО] + [NО2] = 0,2 + 0,1 = 0,3 моль/л.
Задание.
Равновесие в системе CO(г) + H2O(г) = H2(г) + CO2(г) установилось при следующих концентрациях веществ, моль/л: [CO]= 1; [H2O] = 4; [H2] = [CO2] = 2. Вычислить равновесные концентрации, которые установились после повышения
концентрации CO в три раза. В каком направлении сместится равновесие?
Решение.
Определим константу равновесия.
K = [H2][CO2]/[CO][H2O] = 2*2/1*4 = 1
После повышения концентрации CO в три раза в начальный момент времени [CO]= 3 моль/л. По принципу Ле-Шателье равновесие сместится вправо, т.е. СО начнет расходоваться. Пусть его израсходовалось х моль, тогда по уравнению реакции столько же (х) израсходуется моль воды и столько же образуется моль водорода и СО2.
Отсюда:
K = (2+x)(2+x)/(3-x)(4-x) = 1
Решая, получаем: х = 0,73.
Откуда,
[CO]= 3 - 0,73 = 2,27;
[H2O] = 4 - 0,73 = 3,27;
[H2] = 2 + 0,73 = 2,73;
[CO2] = 2 + 0,73 = 2,73 моль/л.
charset="utf-8">
data-yashareType="button" data-yashareQuickServices="yaru,vkontakte,facebook,twitter,odnoklassniki,moimir,lj"
>
Поддержать проект
|
|
|
It's futile to speculate about what might have been |
| |
| |
| FilIgor | Дата: Суббота, 17.11.2012, 14:36 | Сообщение # 6 |
|
Эксперт
Группа: Супермодераторы
Сообщений: 6490
| 8.6. Константа равновесия, энергия Гиббса.
Задание.
Вычислите константу равновесия реакции N2 + 3H2 = 2NH3 при 25 градусах Цельсия, если стандартная энергия Гиббса образования аммиака равняется ΔG = -16,71 кДж/моль.
Решение.
Воспользуемся формулой:
ΔG = - R*T*lnK
Учтем при этом, что аммиака образуется по реакции 2 моль, а размерность энергии Гиббса в кДж, которую переведем джоули.
ΔG = - R*T*lnK = - 2,3RTlgK
lgK = 16,71*2*1000/2,3*8,31*298 = 5,87.
K = 105,87 = 741310.
charset="utf-8">
data-yashareType="button" data-yashareQuickServices="yaru,vkontakte,facebook,twitter,odnoklassniki,moimir,lj"
>
Поддержать проект
|
|
|
It's futile to speculate about what might have been |
| |
| |
