ПРИМЕРЫ РЕШЕНИЯ ТИПОВЫХ ЗАДАЧ

Задача 1

Как изменится скорость прямой реакции (Т=const) 2SO_2(г) + O_2(г) ⇄ 2SO_3(г) при увеличении общего давления в реакционном сосуде в три раза?

Решение. Из уравнения Клапейрона–Менделеева следует, что p = n/VRT = CRT, где С - концентрация в моль/л. Согласно закону действующих масс скорость прямой реакции до повышения давления = [SO₂]²[O₂]. После повышения давления в 3 раза концентрация всех газовых компонентов возрастет также в 3 раза, при этом константа скорости реакции останется неизменной, так как она не зависит от концентрации реагирующих веществ.

Уравнение скорости прямой реакции будет иметь следующий вид: = [3SO₂]²[3O₂] = 27 [SO₂]²[O₂].

Таким образом, скорость прямой реакции возрастет в 27 раз.

Задача 2

Для реакции 2NO_2(г) ⇄ 2NO_(г) + O_2(г) константа скорости прямой реакции при 600К равна 83,9 л/моль∙с, а при 645К она составляет 407л/моль∙с. Рассчитать энергию активации этого процесса.

Решение. Константа скорости реакции связана с энергией активации уравнением Аррениуса

,

в котором предэкспоненциальный множитель А₀ и энергия активации Е_а считаются независимыми от температуры. Перейдя к десятичным логарифмам и прологарифмировав уравнение, получим lgk = + lgA₀. Запишем это уравнение для двух температур:

lgk₁ = + lgA₀ ; lgk₂ = + lgA₀ .

Вычитая из второго уравнения первое и решая относи-тельно энергии активации, получим E_a = lg . Подставляя численные значения величин в это уравнение, получим Е_а = lg = 113,2 кДж/моль.

Задача 3

При 500⁰С равновесие реакции N_2(г) + 3H_2(г) ⇄ 2NH_3(г) установилось при следующих концентрациях (моль/л) реагентов: [N₂] = 1,8; [H₂] = 7,4; [NH₃] = 0,4. Определить: а) исходные концентрации азота и водорода; б) давление в реакционном сосуде в начальный момент и в момент наступления равновесия.

Решение. Обозначим исходные концентрации веществ как [N₂]_исх, [H₂]_исх, количество исходных веществ, прореагиро-вавших к моменту наступления равновесия, как [N₂]_изр, [H₂]_изр, а равновесные концентрации как [N₂]_равн, [H₂]_равн, [NH₃]_равн. В начальный момент времени в реакционной смеси присутствуют только азот и водород в начальных концентрациях. В процессе реакции их концентрации убывают, а концентрация аммиака увеличивается. После установления равновесия (когда скорости прямой и обратной реакций равны) в равновесной смеси присутствуют не успевшие прореагировать азот и водород и успевший

образоваться аммиак, таким образом равновесные концен-трации исходных веществ будут равны разности между их исходными концентрациями и тем количеством, которое прореагировало к моменту равновесия

[N₂]_равн = [N₂]_исх - [N₂]_изр; [H₂]_равн = [H₂]_исх - [H₂]_изр.

Равновесные концентрации всех веществ даны в условии задачи, остается определить количества азота и водорода прореагировавших к моменту равновесия. Из уравнения реакции следует, что на каждые 2 моля образовавшегося аммиака затрачивается 1 моль азота и три моля водорода. По условию задачи к моменту равновесия успело образоваться 0,4 моля аммиака. Для этого потребовалось:

из 3 молей H₂ образуется 2 моля NH₃, а

из Х молей H₂ образуется 0,4 моля NH₃,

откуда Х = = 0,6 моля = [H₂]_изр.

Аналогично находим, что к моменту равновесия израсходовалось [N₂]_изр = = 0,2 моля.

Рассчитаем исходные концентрации веществ

[N₂]_исх = [N₂]_равн + [N₂]_изр = 1,8 + 0,2 = 2,0 моль/л; [H₂]_исх = [H₂]_равн + [H₂]_изр = 7,4 + 0,6 = 8,0 моль/л.

Для решения этой задачи удобно составить схему:

N_2(г) + 3H_2(г) ⇄ 2 NH_{3 (г)}

С_исх 2,0 8,0 0

С_изр 0,2 0,6 0

С_равн 1,8 7,4 0,4

С помощью этой схемы можно сделать любые расчеты, учитывая условия задачи;

б) согласно условию, Т = 500 + 273 = 773К, V= 1л. Исходное число молей реагентов n_нач = n_начN₂ + n_начH₂ = 2 + 8 = 10 молей. В состоянии равновесия число молей газов будет равно n_равн = n_равн H₂ + n_равнN₂ + n_равнNH₃ = 7,4 + 1,8 + 0,4 = 9,6 моль.

Подставляя полученные значения в уравнение ( P = CRT), рассчитаем давление газовой смеси в начальный момент и в момент равновесия (R=8,31Дж/моль∙К=0,082 л∙атм/моль∙град).

Р_нач = 10∙0,082∙773 = 633,86 атм;

Р_равн = 9,6∙0,082∙773 = 608,5 атм.

Очевидно, что давление к моменту равновесия умень-шилось, так как реакция идет с убылью числа молей газов.

Задача 4

При 25⁰С для реакции 1) SO_2(г) + 1/2O_2(г) ⇄ SO_3(г) = 1,7∙10¹². Рассчитать К_р и К_с при этой температуре для реакции 2) 2SO_3(г) ⇄ 2SO_2(г) + O_2(г)

Решение. Согласно закону действующих масс для реакции 1) выражение константы химического равновесия будет иметь вид

= , а для реакции 2) = . Нетрудно установить, что между и существует связь в виде = . Подставляя численные значения, получим: = = 0,345∙10^-24.

Известно, что а) К_р = К_с (RT) ^Dn , где Dn = ån_прод. - ån_{исх.веществ} –изменение числа молей газообразных веществ в ходе реакции. Для реакции 2) Dn = (2+1) – 2 =1моль. Подставляя в уравнение а) Т = 298К, R = 0,082 л∙атм/моль∙К, получим

К_с = = 1,4∙10^-26.

Задача 5

Для реакции CO_(г) + Cl_2(г) ⇄ COCl_2(г) вычислить константу равновесия К_р, используя табличные значения термо-динамических функций при стандартных условиях. По значению величины К_р ответить на вопрос: исходные вещества или продукты реакции преобладают в равновесной смеси?

Решение. Константа равновесия реакции связана со стандартным изменением свободной энергии Гиббса соотношением DG⁰_х.р = - 2,303RT lgK_p (1). В свою очередь, DG⁰_х.р (химической реакции) можно рассчитать по изменению стандартных величин энтальпии и энтропии в ходе этой реакции DG⁰_х.р = DН⁰_х.р - ТDS⁰_х.р∙10^-3 (2). Значения DН⁰_х.р и DS⁰_х.р вычисляют по первому следствию из закона Гесса, используя табличные значения стандартных энтальпий образования и энтропий веществ DН⁰_х.р. = å(DН⁰₂₉₈)_кон - å(DН⁰₂₉₈)_исх и DS⁰_х.р = å(S⁰₂₉₈)_кон - å(S⁰₂₉₈)_исх. Значения DН⁰₂₉₈ и S⁰₂₉₈ веществ, участвующих в реакции, приведены в таблице.

DН⁰_х.р = DН⁰₂₉₈ (COCl₂) - DН⁰₂₉₈(Cl₂) - DН⁰₂₉₈(CO) =

= -220,3 – 0 – (-110,6) = -109,7кДж

DS⁰_х.р = S⁰₂₉₈(COCl₂) - S⁰₂₉₈(Cl₂) - S⁰₂₉₈(CO) =

= 283,9 – 222,9 – 197,7 = -136,7 Дж/К

DG⁰_х.р = -109,7 – 298 ∙(-136,7)∙10^-3 = - 69,3 кДж

Из уравнения (1) следует

lgК_р = = = 12,13 К_р= 10^12,13, так как К_р >> 1, то при Т = 298К в равновесной смеси будут преобладать продукты реакции.

Задача 6

При некоторой температуре константа равновесия реакции H_2(г) + I_2(г) ⇄ 2HI_(г) равна 50. Рассчитать равновесные концентрации веществ, если исходные концентрации водорода и йода были соответственно 0,6 и 0,8 моль/л.

Решение. Предположим, что к моменту равновесия прореагировало x молей водорода и, значит, х молей йода.

Тогда их равновесные концентрации будут = 0,6 - х моль/л , ₎ = 0,8 - х моль/л, а равновесная концентрация йодистого водорода составит = 2х моль/л. Выражение константы равновесия для этой реакции будет К_с = .

Подставляя в него соответствующие выражения, получим 50 = , откуда х² - 1,52х + 0,52 = 0,

х_1,2 = 0,76 ± 0,24, х₁ = 1, х₂ = 0,52.

Первое значение не подходит по смыслу, так как уменьшение концентрации не может быть больше, чем исходные концентрации водорода и йода. Поэтому искомое значение х составляет 0,52моль/л. Следовательно, равновесные концентрации веществ будут равны: = 0,6 - 0,52 = = 0,08 моль/л, = 0,8 - 0,52 = 0,28 моль/л, = = 2∙0,52 = 1,04 моль/л.

Задача 7

Для реакции CaCO_3(тв) ⇄ CaO_(тв) + CO_{2 (г)} при 600⁰С и 700⁰С равновесные парциальные давления CO₂ соответственно равны 0,0024 атм и 0,029 атм. Определить: 1) константы равновесия для данных температур; 2) тепловой эффект реакции при Р = const, считая его постоянным для интервала температур 600-700⁰С.

Решение. 1) реакция термического разложения карбоната кальция является гетерогенным процессом. Выражение константы равновесия будет = . Следовательно, при указанных температурах константы равновесия будут иметь следующие значения: = 0,0024 и = 0,029.

2) Тепловой эффект при Р,Т = const равен изменению энтальпии химической реакции DН⁰_х.р. Для расчета DН⁰_х.р можно воспользоваться следующим уравнением:

DН⁰_х.р = lg = lg = = 176,65 кДж.

КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАЧИ

1. Во сколько раз изменится скорость прямой реакции (реакцию считать элементарной) при изменении давления в n раз?

а) 2C_(тв) + H_2(г) ⇄ C₂H_2(г) м) CO_2(г)+ H_2(г) ⇄ CO_(г) + H₂O_(ж)

б) 2CO_(г) + O_2(г) ⇄ 2CO_2(г) н) N_2(г) + O_2(г) ⇄ 2NO_(г)

в) 2C_(тв) + O_2(г) ⇄ 2CO_(г) o) H_2(г) + I_2(г) ⇄ 2HI_(г)

г) 2NO_(г) + Cl_2(г) ⇄ 2NOCl_(г) п) 2NO_(г) + O_2(г) ⇄ 2NO_2(г)

д) CO_(г) + H₂O_(г) ⇄ H_2(г) + CO_2(г) р) 2HI_(г) ⇄ H_2(г) + I_2(г)

е) C_(тв) + 2H_2(г) ⇄ CH_4(г) c) C_(тв) + O_2(г) ⇄ CO_2(г)

ж) PCl_5(г) ⇄ PCl_3(г) + Cl_2(г) т) COCl_2(г) ⇄ CO_(г) + Cl_2(г) з)SO₂Cl_2(г) ⇄ SO_2(г) + Cl_2(г) у) 2SO_2(г) + O_2(г) ⇄ 2SO_3(г)

и) N₂O_4(г) ⇄ 2NO_2(г) ф) H_2(г) + 1/2O_2(г) ⇄ H₂O_(г)

к) 2CO_2(г) ⇄ O_2(г) +2CO_(г) x) 2NO_(г) + O_2(г) ⇄ N₂O_4(г)

л) CO_(г) + MgO_(тв) ⇄ CO_2(г) + Mg_(тв)

2.Во сколько раз надо увеличить давление в сосуде, чтобы скорость реакции H_2(г) + I_2(г) = 2HI_(г) возросла в 100 раз?

3. Реакция идет по уравнению 2NO_(г) + O_2(г) ⇄ 2NO_2(г) Начальные концентрации реагирующих веществ были [NO] = = 0,8 моль/л; [O₂] = 0,6 моль/л. Как изменится скорость реакции, если концентрацию кислорода увеличить до 0,9 моль/л, а концентрацию оксида азота до 1,2 моль/л (Т = const)?

4. Скорость реакции H_2(г) + I_2(г) ⇄ 2HI_(г) при [H₂] = 0,5моль/л и [I₂] = 0,3 моль/л равна 0,018 моль/ л∙мин. Рассчитать констан-ту скорости прямой реакции.

5. Скорость реакции 2NO_(г) + O_2(г) ⇄ 2NO_2(г) при [NO] = = 0,3моль/л; [O₂] = 0,15 моль/л равна 1,2 ∙10^-3 моль/л∙с. Рассчи-тать константу скорости.

6. Константа скорости реакции образования HI из простых веществ при 781К равна 0,16. Чему равна скорость реакции в начальный момент времени, когда:

а) [I₂] = 0,05 моль/л; [H₂] = 0,09 моль/л; [HI] = 0 моль/л,

б) когда успело образоваться 0,04 моль/л HI.

7. Константа скорости реакции 2NO_(г) + O_2(г) ⇄ N₂O_4(г) при некоторой температуре равна 0,5∙10^-3 л² /мол²∙с. Рассчитать скорость реакции:

а) при [NO] = 0,8 моль/л, [O₂] = 0,6 моль/л; [N₂O₄] = 0 моль/л

б) через некоторый промежуток времени, за который прореа-гировало 0,2 моль/л кислорода.

8. Разложение N₂O на поверхности золота при высоких температурах протекает по уравнению 2N₂O_(г) ⇄ 2N_2(г) + O_2(г). Константа скорости данной реакции равна 5∙10^-4 л∙моль^-1∙ мин^-1 при 1173К. Начальная концентрация [N₂O] = 3,2 моль/л. Определите скорость реакции при заданной температуре в начальный момент времени и в тот момент, когда разложится 25% N₂O.

9. Во сколько раз изменится скорость реакции при повы-шении температуры с 20 до 100⁰С, если g = 2?

10. Скорость некоторой реакции при охлаждении с 60 до 30⁰С уменьшилась в 8 раз. Рассчитать g.

11. Рассчитать температурный коэффициент реакции, если ее скорость при 120⁰С составляла 5,88 ∙10^-4 моль/л∙мин, а при 170⁰С она была равна 6,70∙10^-2 моль/л∙мин.

12. При увеличении температуры на 60⁰ скорость реакции возросла в 150 раз. Рассчитать температурный коэффициент.

13. При температуре 20⁰С в результате некоторой реакции через 1час накопилось определенное количество продукта. При какой температуре следует вести процесс, чтобы то же количество продукта накопилось за 10 минут? g = 2,4.

14. На сколько градусов нужно повысить температуру, чтобы скорость реакции возросла в 90 раз? Температурный коэффициент равен 2,7.

15. Во сколько раз увеличится скорость растворения железа в 5%-ной HCl при повышении температуры на 32˚, если температурный коэффициент скорости растворения равен 2,8?

16. Определите температурный коэффициент скорости реакции, если при понижении температуры на 45˚ реакция замедлилась в 25 раз.

17. Какой должна быть энергия активации, чтобы скорость реакции увеличилась в 3 раза при возрастании температуры от 300 до 310К?

18. Энергия активации процесса термического разложения йодистого водорода равна 198 кДж/моль. Какая доля молекул обладает достаточной энергией, чтобы вступить в эту реакцию при температуре 500К?

19. Определить энергию активации реакции С₁₂Н₂₂О₁₁ + Н₂О = 2С₆Н₁₂О₆, если константа скорости при 21⁰С равна 4,42∙10^-4, а при 41⁰С = 7,35∙10^-3.

20. Для реакции COCl_2(г) ⇄ CO_(г) + Cl_2(г) константы скорости при 665К и 745К соответственно равны 0,53∙10^-2 и 76,6∙10^-2. Вычислить энергию активации.

21. Константа скорости реакции H_2(г) + I_2(г) ⇄ 2HI_(г) при 781К равна 0,16. Энергия активации процесса равна 166,3 кДж/моль. Рассчитать константу скорости этой реакции при 900К. Предэкспоненциальный множитель считать незави-сящим от температуры.

22. Для реакции SO_2(г) + 1/2 O_2(г) ⇄ SO_3(г) энергия актива-ции равна 249,9 кДж/моль. В присутствии платинового катали-затора энергия активации снижается до 62,4 кДж/моль. Во сколько раз изменится скорость реакции в присутствии катализатора при температуре 400⁰С. Предэкспоненциальный множитель считать независящим от температуры.

23.Энергия активации прямого процесса H_2(г) + I_2(г) ⇄ 2HI_(г) равна 166,3кДж/моль, а для обратной реакции Е_а = =182,9кДж/моль. Рассчитать DН⁰ химической реакции.

24. Во сколько раз увеличится скорость реакции, если при температуре 500К ее энергия активации, за счет введения в реакционную среду катализатора, уменьшится на а) 4 кДж/моль; б) 8кДж/моль; в) 12кДж/моль; г) 16кДж/моль; д) 20кДж/моль; е) 30кДж/моль; ж) 35кДж/моль; з) 40кДж/моль; и) 45кДж/моль. 25

25. Для следующих обратимых процессов:

а) N_2(г) + 3H_2(г) ⇄ 2NH_3(г)

б) H_2(г) + Cl_{2 (г)} ⇄ 2HCl_(г)

в) N₂O_4(г) ⇄ 2NO_2(г)

г) CO_(г) + H₂O_(г) ⇄ H_2(г) + CO_2(г)

д) СН_4(г)+ 2О_2(г) ⇄ СО_2(г) + 2Н₂О_(г)

е) C_(тв) + O_2(г) ⇄ CO_2(г)

ж) CO_(г) +NO_2(г) ⇄ CO_2(г) + NO_(г)

з) FeO_(тв)+ CO_(г) ⇄ Fe_(тв)+ CO_2(г)

и) 2NO_(г) + Cl_2(г) ⇄ 2NОCl_(г)

к) COCl_2(г) ⇄ CO_(г) + Cl_2(г)

л) 4HCl_(г) + О_2(г) ⇄ 2H₂O_(г) + 2Cl_2(г)

м) 2C_(тв) + O_2(г) ⇄ 2CO_(г)

н)3CO_(г) + 2H₂O_(г) ⇄ СH₃ОН_(г) + 2CO_{2(г )}

о) SO_2(г) ⇄ S_(ромб) +О_2(г)

п) CO_(г) + Cl_2(г) ⇄ COCl _2(г)

р) CO_(г) + 3H_2(г) ⇄ H₂О_(г) + CН_4(г)

с) Fe₂O_3(тв)+3H_2(г) ⇄ 2Fe_(тв)+ 3H₂O_(г)

т) 2C_(тв) + H_2(г) ⇄ C₂H_2(г)

1) записать математические выражения констант равновесия К_с и К_р;

2) вычислить соотношение между К_с и К_р при 25⁰С;

3) используя таблицы термодинамических величин, найти значение К_р.

26. Для реакции N₂O_4(г) ⇄ 2NO_2(г) К_р = 0,141 при 25⁰С и К_р = 1,34 при 60⁰С. На основании этих данных определить знак DН реакции (DН > 0 или DН < 0).

27. Для реакции SO_2(г) + 1/2O_2(г) ⇄ SO_3(г) К_р = 2,043∙10^-2 при 900⁰С и К_р = 1,062∙10^-2 при 950⁰С. На основании этих данных определить знак DН реакции. (DН>0 или DН<0).

28. По данным значениям констант равновесия найти значения DG⁰ химических реакций.

29. Для реакции N_2(г) + O_2(г) ⇄ 2NO_(г) К_р = 4,08∙10^-4 при 2000К и К_р=3,60∙10^-3 при 2500К. На основании этих данных определить знак DН реакции. (DН>0 или DН<0).

30. Для реакции Н_2(г) ⇄ 2Н_(г) К_р = 1,52∙10^-7 при 1800К и К_р = 3,10∙10^-6 при 2000К. На основании этих данных определить знак DН реакции. (DН>0 или DН<0).

31. Константа равновесия К_р реакции

2SO_2(г) + O_2(г) ⇄ 2SO_3(г) при 950К равна 1,062∙10^-2 . Вычислите К_с для этой реакции.

32. При 873К константа равновесия К_с реакции CO_(г) + Cl_2(г) ⇄ COCl_2(г) равна 12,12. Вычислите К_р реакции при этой температуре.

33. DG⁰₂₉₈ образования NH₃ равна -16,64 кДж/моль. Вычислите К_р реакции N_2(г) + 3H_2(г) ⇄ 2NH_3(г) для данной температуры.

34. Реакция хлорирования монооксида углерода протекает

по схеме CO_(г) + Cl_2(г) ⇄ COCl_2(г). Исходные концентрации СО и Cl₂ были, соответственно, 0,5 и 0,2 моль/л. Вычислить концентрации всех веществ в момент времени, когда концентрация хлора стала 0,1 моль/л.

35. Концентрации веществ в реакции

CO_(г) + H₂O_(г) ⇄ H_2(г) + CO_2(г) составляли: [CO] = 0,2 моль/л, [H₂O] = 0,4 моль/л, [CO₂] = 0,3 моль/л, [H₂] = 0,1 моль/л. Вычислить концентрации всех веществ в момент, когда прореагировало 40% СО.

36. Исходные концентрации монооксида азота и хлора в системе 2NO_(г) + Cl_2(г) ⇄ 2NОCl_(г) составляют соответственно 0,4 моль/л и 0,3 моль/л. Вычислить К_с, если при этой темпера-туре к моменту равновесия прореагировало 20% NO. Рассчи-тать, как при этом изменится давление в реакционном сосуде?

37. Рассчитать константу равновесия К_с реакции N₂O_{4 (г)} ⇄ 2NO_2(г), если исходная концентрация N₂O₄ равна 0,02 моль/л и к моменту равновесия прореагировало 60% этого количества.

38. Иодистый водород при нагревании диссоциирует по уравнению 2HI _(г) ⇄ H_2(г) + I_2(г) . При некоторой температуре К_с = 1,64. Рассчитать количество HI (в процентах), подверг-шееся диссоциации при данной температуре, если его исходная концентрация составляла 4 моль/л.

39. Константа равновесия реакции H_2(г) + I_2(г) ⇄ 2HI_(г) при некоторой температуре равна 50. Сколько молей йодистого водорода получится, если нагреть до этой температуры в замкнутом сосуде объемом 1л 0,5 молей водорода и 1 моль иода?

40. При температуре 494⁰С в системе

2NO_(г) + O_2(г) ⇄ 2NO_2(г) в момент равновесия концентрация кислорода стала 0,1 моль/л, а концентрация двуокиси азота – 0,25 моль/л. Определить исходную концентрацию монооксида азота, если для данной температуры К_с = 2,2.

41. При нагревании смеси CO₂ и H₂ в закрытом сосуде

установилось равновесие CO_{2 (г)}+ H_{2 (г)} ⇄ CO_(г) + H₂O_(г). При Т= =1123К К_с = 1. Сколько молей диоксида углерода надо взять на 1 моль водорода, чтобы 70% последнего превратилось в воду?

42. Вычислить степень диссоциации (a) молекулярного хлора на атомы Cl_2(г) ⇄ 2Cl_(г), если К_с = 4,2∙10^-4 , а исходная концентрация молекулярного хлора составляла 0,5 моль/л.

43. При 250⁰С для процесса PCl_{5 (г)} ⇄ PCl_3(г) + Cl_2(г) К_с = 0,041. Сколько молей PCl₅ при этой температуре было помещено в литровый сосуд, если в момент равновесия концентрация хлора была 0,1 моль/л.

44. Константа равновесия реакции H_2(г) + I_2(г) ⇄ 2HI _(г) при 445⁰С равна 50. Сколько молей Н₂ надо взять на 1 моль I₂, чтобы 90% иода превратилось в HI?

45. Общее давление газов в системе 1 атм. Определить объемный процент содержания монооксида углерода в момент равновесия для реакции FeO_(тв) + CO_(г) ⇄ Fe_(тв) + CO_2(г), если при Т = 1273К К_р = 0,4.

46.Исходные концентрации азота и водорода в системе N_{2 (г)} + 3H_{2 (г)} ⇄ 2NH_3(г) были [N₂] = 2 моль/л, [H₂]= 8 моль/л. К моменту наступления равновесия прореагировало 10% исходного количества азота. Вычислить давление газовой смеси в момент равновесия при 500⁰С.

47. При 63⁰С К_р = 1,27 для реакции N₂O_{4 (г)} ⇄ 2NO_2(г). Определить равновесные парциальные давления газов, если общее давление в состоянии равновесия было 1атм.

48. Как изменится давление к моменту наступления равновесия в системе N₂O_4(г) ⇄ 2NO_2(г) при постоянной температуре, если исходная концентрация N₂O₄ составляла 2моль/л, и к моменту наступления состояния равновесия прореагировало 25% от первоначального его количества?

49. При каком общем давлении должна находиться равновесная система PCl_5(г) ⇄ PCl_3(г) + Cl_2(г), чтобы парциальное давление PCl₅ при 250^оС было равно 1атм. К_р = 1,78.

50. Для реакции C_(гр) + 2H_2(г) ⇄ CH_4(г) К_с = 21,85 при

1000К. Рассчитать общее давление в состоянии равновесия, когда при Т = 1000К в сосуде емкостью 1л образовалось 0,1 моль метана.

51. Вычислить равновесные концентрации веществ в обратимой химической реакции CO_(г) + H₂O_(г) ⇄ H_2(г) + CO_2(г), для которой К_с = 1 (Т=850⁰С), если исходные концентрации веществ составляли: [CO] = 2 моль/л, [H₂O]=3 моль/л.

52. Вычислить константы равновесия (К_р) реакций: а) C_(гр) + O_2(г) ⇄ CO_2(г); б) C_(гр) + СO_2(г) ⇄ 2CO_(г), в которых парциальные давления СО₂ в момент равновесия составляют 0,2 атм, а общее давление газов равно 1 атм (для каждого случая отдельно).

53. В начальный момент протекания реакции N_2(г) + 3H_2(г) ⇄ 2NH_3(г) концентрации были равны: [N₂] = 1,5 моль/л; [H₂] = 2,5 моль/л; [NH₃] = 0 моль/л. Каковы концентрации азота и водорода при [NH₃] = 0,5 моль/л?

54. Концентрации веществ в реакции

CO_(г) + H₂O_(г) ⇄ H_2(г) + CO_2(г) были: [CO] = 0,05 моль/л; [H₂O] = 0,06 моль/л; [H₂] = 0,2 моль/л; [CO₂] = 0,4 моль/л. Вычислите концентрации всех участвующих в реакции веществ после того, как прореагировало 60% H₂O.

55. Реакция протекает по уравнению

4HCl_(г) + О_2(г) ⇄ 2H₂O_(г) + 2Cl_2(г). Через некоторое время после начала реакции концентрации участвующих в ней веществ стали [HCl] = 0,85 моль/л; [O₂] = 0,44 моль/л; [Cl₂] = = 0,30 моль/л. Какими были концентрации HCl и O₂ в начале реакции?

56. Константа равновесия реакции N_2(г) + 3H_2(г) ⇄ 2 NH_3(г) К_с = 0,1 при 673К. Равновесные концентрации [H₂] = 0,6 моль/л; [NH₃] = 0,18 моль/л. Вычислить начальную и равновесную концентрации азота.

57. Равновесные концентрации участников реакции CO_(г) + H₂O _(г) ⇄ H_{2 (г)} + CO_{2 (г)} были: [CO] = 0,02 моль/л; [H₂O] = 0,32 моль/л; [H₂] = 0,08 моль/л; [CO₂] = 0,08 моль/л.

Какими станут равновесные концентрации всех компонентов после сдвига равновесия, вызванного увеличением концентрации СО в 2 раза?

58. Имеется система, в которой протекает реакция Ag₂O _(тв) ⇄ 2Ag_(тв) + 1/2O_2(г) DН⁰₂₉₈ = 32,2 кДж. Как скажется на концентрации кислорода над поверхностью твердой фазы: а) введение дополнительного количества Ag₂O; б) повышение температуры?

59. Для реакции 3Fe_(тв) + 4H₂O_(г) ⇄ Fe₃O_4(тв) + 4H_2(г) DН⁰₂₉₈ = -148,4кДж. Указать, как будет сказываться на концентрации водорода в равновесной смеси: а) повышение температуры; б) увеличение общего давления; в) увеличение весового количества железа; г) введение дополнительного количества водяного пара; д) как соотносятся энергии активации прямого и обратного процесса?

60. Дана обратимая реакция:4HCl_(г)+ O_2(г) ⇄ 2H₂O_(г) + 2Cl_2(г) DН⁰₂₉₈ = -112,24 кДж. Как повлияют на равновесную концен-трацию хлора следующие изменения:

а) повышение температуры; б) увеличение общего давления; в) увеличение концентрации кислорода; г) увеличение объема реакционного сосуда; д) введение катализатора.

61. Для реакции CaCO_3(тв) ⇄ CaO_(тв) + CO_2(г) DН⁰₂₉₈ = = 176,04 кДж. Указать, как повлияют на равновесную концен-трацию диоксида углерода следующие изменения: а) понижение температуры; б) увеличение весового количества карбоната кальция; г) введение катализатора; д) измельчение имеющегося количества карбоната кальция?

62. Для обратимой реакции SO_2(г) + 1/2O_2(г) ⇄ SO_3(г) DН⁰₂₉₈ = -95,6 кДж ответить на вопросы: а) что можно сказать о соотношении энергий активации прямого и обратного процессов; б) как скажется на концентрации диоксида серы введение дополнительного количества кислорода; в) изменится ли концентрация триоксида серы при увеличении общего давления (Т=const); г) как изменится концентрация кислорода

при повышении температуры; д) в каком направлении сместится равновесие при увеличении объема реакционного сосуда; е) скажется ли на равновесной концентрации триоксида серы введение в реакционную смесь катализатора?

63. В каком направлении сместится равновесие при увеличении общего давления и почему?

а) H_2(г) + I_2(г) ⇄ 2HI_(г); б) N_2(г) + 3H_2(г) ⇄ 2NH_3(г);

в) N₂O_4(г) ⇄ 2NO_2(г); г) 2C_(тв) + H_2(г) ⇄ C₂H_2(г).

64. В каком направлении сместится равновесие при понижении температуры и почему?

а) SO_2(г)+1/2O_2(г) ⇄ SO_3(г) DН⁰₂₉₈ = -95кДж;

б) C_(гр) + O_2(г) ⇄ CO_2(г) DН⁰₂₉₈ = -393,8кДж;

в) N_2(г)+3H_2(г) ⇄ 2NH_3(г) DН⁰₂₉₈ = -92кДж;

г) CaCO_3(тв) ⇄ CaO_(тв)+CO_2(г) DН⁰₂₉₈ = 176кДж

65. Для следующих реакций рассчитать DН⁰_х.р и определить, в каком направлении сместится равновесие при повышении температуры?

a) CaCO_3(тв) ⇄ CaO_(тв) + CO_2(г);

б) 2Mg_(тв) + O_2(г) ⇄ 2MgO_(тв);

в) O_2(г) + N_2(г) ⇄ 2NO_(г);

г) N_2(г) + 3H_2(г) ⇄ 2NH_3(г);

д) N₂O_4(г) ⇄ 2NO_2(г)

66. При каких условиях надо вести реакцию N_2(г) + 3H_2(г) ⇄ 2NH_3(г), DН⁰₂₉₈ = -92,3кДж, чтобы получить мак-симальный выход аммиака? Как объяснить, что на практике синтез аммиака ведут при высокой температуре (400-500⁰С)?

67.Используя табличные данные, рассчитать DН⁰₂₉₈ и с учетом знака (DН⁰₂₉₈)_х.р определить, как отразится на положении равновесия повышение температуры. В каком направлении сместится равновесие, если при Т=const увеличить внешнее давление?

а) 2SO_2(г) + O_2(г) ⇄ 2SO_3(г)

б) H₂S_(г) ⇄ H_2(г) + S_ромб.

в) H_2(г) + Br_2(г) ⇄ 2HBr_(г)

г) C_{(графит)} + 2H_2(г) ⇄ CH_4(г)

д) C₂ H_4(г) ⇄ C₂ H_2(г) + H_2(г)

е) 2C_(гр) + H_2(г) ⇄ C₂H_2(г)

ж) CO_(г) + Cl_2(г) ⇄ COCl_2(г)

з) Fe₂O_3(тв) + 3CO_(г) ⇄ 2Fe_(тв) + 3CO_2(г)

и) Fe₃O_4(тв)+4H_2(г) ⇄ 3Fe_(тв)+ 4H₂O_(г)

к) CН_4(г) + H₂О_(г) ⇄ CО_(г) + 3H_2(г)

л) 2HBr_(г) + Cl_{2 (г)} ⇄ 2HCl_(г) + Br_2(ж)

м) PCl_{5 (г)} ⇄ PCl_3(г) + Cl_2(г)

н) CО_(г)+ 2H_2(г) ⇄ CН₃OН_(г)

о) 2NO_(г) + Br_2(г) ⇄ 2NOBr_(г)

п) CO_(г) + H₂O_(г) ⇄ H_2(г) + CO_2(г)

68. В каком направлении будет смещаться равновесие с повышением: а) температуры и б) давления для следующих обратимых реакций:

а) 2SO_2(г) + O_2(г) ⇄ 2SO_3(г); DН⁰₂₉₈ = -196,6 кДж;

б) O_2(г) + N_2(г) ⇄ 2NO_(г); DН⁰₂₉₈ = +180,7 кДж;

в) 3SO_2(г) ⇄ 2SO_3(г); DН⁰₂₉₈ = +184,6 кДж;

г) 2CO_(г) + O_2(г) ⇄ 2CO_2(г); DН⁰₂₉₈ = -566 кДж?

ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ.