В каком направлении сместится равновесие в реакциях:
1. CO(г) + H2O(г) D CO2(г) + H2(г), DH0 = -41,84 кДж;
2. N2(г) + 3H2(г) D 2NH3(г), DH0 = 92,40 кДж;
3. H2(г) + S(тв) D H2S(г), DH0 = -20,50 кДж,
при повышении температуры, понижении давления и увеличении концентрации водорода?
Решение.
Химическое равновесие в системе устанавливается при постоянстве внешних параметров (Р, С, Т и др.) Если эти параметры меняются, то система выходит из состояния равновесия и начинает преобладать прямая или обратная реакции. Влияние различных факторов на смещение равновесия отражено в принципе
Ле Шателье: «Если на систему, находящуюся в равновесии, оказать какое-либо воздействие, то равновесие сместится в таком направлении, что оказанное воздействие уменьшится». Используем этот принцип для решения задачи.
При повышении температуры равновесие смещается в сторону эндотермической реакции, т. е. реакции, идущей с поглощением тепла. Первая и третья реакции - экзотермические (DH0 < 0), следовательно, при повышении температуры равновесие сместится в сторону обратной реакции, а во второй реакции (DH0 > 0) - в сторону прямой реакции.
При понижении давления равновесие смещается в сторону возрастания числа молей газов, то есть в сторону большего давления. В первой и третьей реакциях в левой и правой частях уравнения одинаковое число молей газов (2-2 и 1-1 соответственно). Поэтому изменение давления не вызовет смещения равновесия в системе. Во второй реакции в левой части 4 моля газов, в правой - 2 моля, поэтому при понижении давления равновесие сместится в сторону обратной реакции.
При увеличении концентрации компонентов реакции равновесие смещается в сторону их расхода. В первой реакции водород находится в продуктах, и увеличение его концентрации усилит обратную реакцию, в ходе которой он расходуется. Во второй и третьей реакциях водород входит в число исходных веществ, поэтому увеличение его концентрации смещает равновесие в сторону прямой реакции, идущей с расходом водорода.
Задания
121. Окисление серы и ее диоксида протекает по уравнениям:
a) S (к) + O2 (г) = SO2 (г);
б) 2SO2 (г) + О2 (г) = 2SO3 (г).
Как изменятся скорости этих реакций, если объемы каждой из систем уменьшить в четыре раза?
122. Напишите выражение для константы равновесия гомогенной системы N2 + 3H2 D 2NH3. Как изменится скорость прямой реакции образования аммиака, если увеличить концентрацию водорода в три раза?
123. Реакция идет по уравнению N2 + O2 = 2NO. Концентрации исходных веществ до начала реакция были: [N2] = 0,049 моль/л; [О2] = 0,01 моль/л. Вычислите концентрацию этих веществ в момент, когда [NO]=0,005 моль/л.
Ответ: [N2] = 0465 моль/л; [О2] = 0,0075 моль/л.
124. Реакция идет по уравнению N2 + 3H2 = 2NH3. Концентрации участвующих в ней веществ были: [N2] = 0,80 моль/л, [Н2] = 1,5 моль/л; [NH3] = 0,10 моль/л. Вычислите концентрацию водорода и аммиака, когда [N2] = 0,5 моль/л.
Ответ: [NH3] = 0,7 моль/л; [H2 ] = 0,60 моль/л.
125. Реакция идет по уравнений H2 + J2 = 2НJ. Константа скорости этой реакции при 508 0С равна 0,16. Исходные концентрации реагирующих веществ: [H2] = 0,04 моль/л;[J2] = 0,05 моль/л. Вычислите начальную скорость реакции и скорость ее, когда [H2] = 0,03 моль/л. Ответ: 3,2×10–4; 1,92×10–4.
126. Вычислите, во сколько раз уменьшится скорость реакции, протекающей в газовой фазе, если понизить температуру от 120 до 80 °С. Температурный коэффициент скорости реакции 3.
127. Как изменится скорость реакции, протекающей в газовой фазе, при повышении температуры на 60 °С, если температурный коэффициент скорости данной реакции 2?
128. Как изменится скорость реакции, протекающей в газовой фазе, при понижении температуры на 30 °С, если температурный коэффициент скорости данной реакции 3?
129. Напишите выражение для константы равновесия гомогенной системы 2SO2 + O2 D 2SO3. Как изменится скорость прямой реакции – образования SO3, если увеличить концентрацию SO2 в три раза?
130. Напишите выражения для константы равновесия гомогенной системы CH4 + CO2 D 2CO + 2H2. Как следует изменить температуру и давление, чтобы повысить выход водорода? Реакция образования водорода эндотермическая.
131. Реакция идет по уравнению 2NО + О2 = 2NО2. Концентрации исходных веществ: [NO] = 0,03 моль/л; [О2] = 0,05 моль/л. Как изменится скорость реакции, если увеличить концентрацию кислорода до 0,10 моль/л и концентрацию NO до 0,06 моль/л?
132. Напишите выражение для константы равновесия гетерогенной системы CО2 + С D 2CO. Как изменится скорость прямой реакции – образования СО, если концентрацию СО2 уменьшить в четыре раза? Как следует изменить давление, чтобы повысить выход СО?
133. Напишите выражение для константы равновесия гетерогенной системы C + H2O (г) D СО + Н2. Как следует изменить концентрацию и давление, чтобы сместить равновесие в сторону обратной реакции – образования водных паров?
134. Равновесие гомогенной системы
4HCl (г) +O2 (г) D 2H2О (г) + Cl2 (г)
установилось при следующих концентрациях реагирующих веществ: [Н2О] = 0,14 моль/л; [Сl2] = 0,14 моль/л; [НС1] = 0,20 моль/л; [O2] = 0,32 моль/л. Вычислите исходные концентрации хлороводорода и кислорода
Ответ: [HCI]исх. = 0,48 моль/л; [О2]исх. = 0,39 моль/л.
135. Вычислите константу равновесия для гомогенной системы
СО (г) + Н2О (г) D СО2 (г) + Н2 (г)
если равновесные концентрации реагирующих веществ: [СО] = 0,004 моль/л; [H2O] = 0,064 моль/л; [СО2] = 0,016 моль/л; [H2]-=0,016 моль/л. Ответ: К = 1.
136. Константа равновесия гомогенной системы
СО (г) + Н2О (г) D СО2 (г) + Н2 (г)
при некоторой температуре равна 1. Вычислите равновесные концентрации всех реагирующих веществ, если исходные концентрации: [CO] = 0,10 моль/л;
[H2O] = 0,40 моль/л. Ответ: [CO2] = [H2] = 0,08 моль/л [СО] = 0,02 моль/л;
[Н2О] = 0,32 моль/л.
137. Константа равновесия гомогенной системы N2 + 3H2 D 2NH3 при температуре 400 0С равна 0,1. Равновесные концентрации водорода и аммиака соответственно равны 0,2 и 0,08 моль/л. Вычислите равновесную и исходную концентрацию азота. Ответ: 8 моль/л; 8,04 моль/л.
138. При некоторой температуре равновесие гомогенной системы
2NO + O2 D 2N2 установилось при следующих концентрациях реагирующих веществ: [NO] = 0,2 моль/л; [О2] = 0,1 моль/л; [NO2] = 0,1 моль/л. Вычислите константу равновесия и исходную концентрацию NO и О2.
Ответ: К = 2,5; [NO] = 0,3 моль/л; [О2] = 0,15 моль/л.
139. Почему при изменении давления смещается равновесие системы
N2 + 3H2 D 2NH3 и не смещается равновесие системы N2 + O2 D 2NO? Напишите выражения для констант равновесия каждой из данных систем.
140. Исходные концентрации NO и Cl2 в гомогенной системе
2NО + Cl2 D 2NOCl составляют соответственно 0,5 и 0,2 моль/л. Вычислите константу равновесия, если, к моменту наступления равновесия прореагировало
20 % NО. Ответ: 0,416.
Способы выражения концентрации растворов
