Закон действия масс Константы равновесия и связь между ними

Закон действия масс. Константы равновесия и связь между ними. Зависимость констант равновесия от температуры.
82 Смещение химического равновесия. Влияние температуры, давления и концентрации на химическое равновесие.
83 Изотерма Вант-Гоффа. Изменение энергии Гиббса и энергии Гельмгольца при химической реакции.
84 Уравнения изобары и изохоры реакции и их термодинамический вывод.
85 Связь константы химического равновесия с максимальной работой реакции.
86 Гетерогенные химические равновесия и особенности их термодинамического описания.
87 Реакция между веществами А и В выражается уравнением
А + 2В = С.
Начальная концентрация вещества А равна 0.3 моль/л, а вещества В – 0,5 моль/л. Константа скорости реакции равна 0,4. Определить начальную скорость реакции и скорость реакции по истечении некоторого времени, когда концентрация вещества А уменьшится на 1,0 моль.
88 При нагревании смеси углекислого газа и водорода в закрытом сосуде устанавливается равновесие. Константа равновесия реакции
CO2 + H2 ↔ CO + H2O
при температуре 850°С равна единице. Сколько процентов углекислого газа превратится в окись углерода, если смешать 1 моль углекислого газа и 4 моль водорода?
89 При температуре 3000°С 40% двуокиси углерода диссоциирует по уравнению
2CO2 ↔ 2CO + O2.
Определить Kp при этой температуре.
90 Определить константу равновесия реакции
CO + H2O ↔ CO2 + H2
при температуре 1000 К на основании следующих данных:

H2 H2O CO CO2
ΔН°(кал/моль) 0 57778 26416 94052
ΔS° (кал/град∙моль) 31,211 45,106 47,301 51,06
ΔСp = 1,72 кал/моль.
91 При 693 К константа равновесия реакции H2 + I2 = 2HI Кс = 50,25. Вычислите массу образующегося иодида водорода, если в реактор введено 0,846 г I2 и 0,0212 г Н2.
92 При 693 К константа равновесия реакции H2 + I2 = 2HI КС = 50,25. В каком направлении будет протекать данный процесс, если исходные концентрации Н2 , I2 и HI соответственно равны: а) 2,0; 5,0; 10,0 моль/л; б) 1,5; 0,25; 5,0 моль/л; в) 1,0; 1,99; 10,0 моль/л.
93 Определите константу равновесия реакции SO2 + 1/2O2 = SO3 при 700 К, если при 500 К Кр = 588,9 Па-1/2, а тепловой эффект реакции в этом диапазоне температур равен –99,48 кДж/моль.
94 При 2000 °С и общем давлении 1 атм 2 % воды диссоциировано на водород и кислород. Рассчитайте константу равновесия реакции Н2О(г) = Н2(г) + 1/2О2(г) при этих условиях.
95 Константа равновесия реакции СО(г) + Н2О(г) = СО2(г) + Н2(г) при 500 °С равна Кр = 5,5. Смесь, состоящую из 1 моль СО и 5 моль Н2О, нагрели до этой температуры. Рассчитайте мольную долю Н2О в равновесной смеси.
96 Константа равновесия реакции N2O4(г) = 2NO2(г) при 25 °С равна Кр = 0,143. Рассчитайте давление, которое установится в сосуде объемом 1 л, содержащем 1 г N2O4 при этой температуре.
97 Сосуд объемом 3 л, содержащий 1,79∙10-2 моль I2, нагрели до 973 К. Давление в сосуде при равновесии оказалось равно 0,49 атм. Считая газы идеальными, рассчитайте константу равновесия при 973 К для реакции I2(г) = 2I(г).
98 Сосуд объемом 1 л, содержащий 0,341 моль РCl5 и 0,233 моль N2, нагрели до 250 °С. Общее давление в сосуде при равновесии оказалось равно 29,33 атм. Считая все газы идеальными, рассчитайте константу равновесия при 250 °С для протекающей в сосуде реакции: РСl5(г) = РСl3(г) + Сl2(г).
99 Для реакции 2HI(г) = H2(г) + I2(г) константа равновесия Кр = 1,83∙10-2 при 698,6 К. Сколько граммов HI образуется при нагревании до этой температуры 10 г I2 и 0,2 г H2 в трехлитровом сосуде? Чему равны парциальные давления H2, I2 и HI?
100 Константа равновесия реакции H2(г) + I2(г) = 2HI(г) при 717 К равна 46,7. Определите количество разложившегося HI при нагревании 1 моль HI до этой температуры.
101 Константа равновесия реакции CO(г) + H2O(г) = CO2(г) + H2(г) при 800 К равна 4,12. Смесь, содержащая 20 % СO и 80 % Н2О нагрета до 800 К. Определите состав смеси при достижении равновесия, если взят 1 кг водяного пара.
102 При 1273 К и общем давлении 30 атм в равновесной смеси СO2 (г) + С(тв) = = 2СО(г) содержится 17 % (по объему) СО2. Сколько процентов СО2 будет содержаться в газе при общем давлении 20 атм?
103 При смешении 1 моль уксусной кислоты и 1 моль этилового спирта реакция протекает по уравнению CH3COOH(г) + C2H5OH(г) = CH3COOC2H5(г) + H2O(г). При достижении равновесия в реакционной смеси находится 1/3 моль кислоты, 1/3 моль спирта, 2/3 моль эфира и 2/3 моль воды. Вычислите количество моль эфира, которое будет в реакционной смеси по достижению равновесия при следующих условиях: 1 моль кислоты, 1 моль спирта и 1 моль воды.
104-123 Многовариантная задача. Вычислите величину константы равновесия при заданной температуре Т. Примите, что тепловой эффект реакции в этом температурном интервале не зависит от температуры. Примечание: если агрегатные состояния не указаны, вещества находятся в газовой фазе.

Таблица 2.1 Уравнения реакций для различных вариантов
№ п/п Реакция Т, К КТ1 КТ2 ΔH0 ,
кДж/ моль
104 2СО + 4Н2= С2Н5ОН + Н2О 450 7,0∙10-8
(Т1 = 400 К) 8,4∙10-8
(Т2 = 500 К) –
105 2HgO(тв) = 2Hg + О2 723 1,37∙1014
(Т1 = 693 К) – 307
106 Ag2CO3(тв) =Ag2O(тв) + CO2 400 3,98∙10-4
(Т1 = 350 К) 1,86∙10-4
(Т2 = 450 К) –
107 2СН3ОН = С2Н4 + 2Н2О 800 1,9
(Т1 = 700 К) 5,57
(Т2 = 1000 К) –
108 2C3H6 = C2H4 + C4H8 450 5,03∙10-2
(Т1 = 300 К) 8,77∙10-2
(Т2 = 600 К) –
109 Hr(aq) + O2 = HrO2(aq)
(Hr – гемеритрин, кислородпереносящий пигмент) 260 9120
(Т1 = 273 К) 380
(Т2 = 298 К) –
110 СН3ОН = НСНО + Н2 600 6,1∙10-4
(Т1 = 700 К) 5,6∙10-4
(Т2 = 500 К) –
111 4HCl + O2 = 2H2O + Cl2 800 6,72∙10-4
(Т1 = 700 К) 3,96∙10-6
(Т2 = 900 К) –
112 С3Н6 + 3/2О2 = СН3СНО + НСООН 700 9,1∙1015
(Т1 = 600 К) – 168,15
113 NH4Cl(тв) = NH3 + HCl 455 3,80∙107
(Т1 = 400 К) 1,81∙1012
(Т2 = 500 К) –
114 СО + 2Н2 = СН3ОН 500 3,88∙10-11
(Т1 = 400 К) – 113,13
115 Mg(OH)2 (тв) = MgO(тв) + H2O 400 7,26∙105
(Т1 = 350 К) 5,59∙109
(Т2 = 500 К) –
116 2C5H11 + 2H2 = 2C4H10 +C2H6 413 1,46
(Т1 = 373 К) – 3,18
117 S2 + 4CO2 = 2SO2 + 4CO 900 1,58∙1011
(Т1 = 850 К) 3,39∙1011
(Т2 = 950 К) –
118 SO2 + Cl2 = SO2Cl2 400 8,51∙10-6
(Т1 = 350 К) 2,27∙10-7
(Т2 = 450 К) –
119 C6H6 + 3H2 = C6H12 600 9,54∙10-6
(Т1 = 350 К) 2,30∙10-6
(Т2 = 450 К) –
120 H2 + Cl2 = 2HCl 950 3,25∙1011
(Т1 = 900 К) 2,67∙1010
(Т2 = 1000 К) –
121 H2 + I2 = 2HI 700 61,6
(Т1 = 633 К) 41,7
(Т2 = 718 К) –
122 C6H5C2H5 + 3H2 = C6H11C2H5 500 5,98∙10-14
(Т1 = 485 К) 9,30∙10-17
(Т2 = 565 К) –
123 I2 = 2I 100 1,15∙102
(Т1 = 950 К) 7,41∙102
(Т2 = 1050 К) –

3 ФАЗОВЫЕ РАВНОВЕСИЯ

Общие закономерности, которым подчиняются равновесные системы, содержащие любое число фаз и компонентов, устанавливаются правилом фаз Гиббса, согласно которому
,(3.1)
где К – число компонентов системы, Ф – число фаз, n – число внешних факторов, определяющих существование системы (p, T, c), С – число степеней свободы, показывающая число переменных, которым можно придавать произвольные значения, не изменяя число фаз.
Количественно условие равновесия фаз в однокомпонентных системах выражается уравнением Клаузиуса:
,(3.2)
где – производная, описывающая изменение давления пара над жидкостью или твердым телом при испарении или возгонке; – молярная теплота равновесного фазового перехода при температуре и давлении ; – температура фазового перехода; – изменение объема одного моля вещества при фазовом переходе.
Интегрирование уравнения Клаузиуса из предположения для равновесия газ-жидкость и газ-твердое тело приводит к уравнению Клаузиуса-Клапейрона:
.(3.3)
Поэтому для системы газ-жидкость тангенс угла наклона зависимости ln р =f( 1/Т) дает значение , а для системы газ-твердое тело – значение . Точка пересечения этих прямых дает координаты тройной точки.
Температуру кипения Ткип вещества при нормальном давлении определяют по формуле, полученной из уравнения Клаузиуса-Клапейрона:
.(3.4)
Для проверки применимости правила Трутона к данной системе необходимо найти отношение . Если оно отличается от значения 89 , то правило Трутона не применимо.
Взаимосвязь параметров в равновесной системе газ-твердое тело выражается уравнением:
.(3.5)
Теплоту плавления вещества при температуре тройной точки определяют исходя из теплоты возгонки и теплоты испарения:
.(3.6)
Параметры процесса возгонки определяют по следующим формулам:
, (3.7)
, (3.8)
, (3.9)
(3.10)
Литература: [1], с. 70 – 78, 88-112; [2], с. 65 – 91.

Примеры решения задач

Пример 3.1 Определить число степеней свободы системы
CaCO3 ↔ CaO + CO2

На странице представлен фрагмент работы. Его можно использовать, как базу для подготовки.

Заказать полное решение

Часть выполненной работы