Химическая термодинамика. Кинетика химических процессов. Химическое равновесие

1. Для каждого варианта нижеперечисленных систем выполните следующие задания:

а) Вычислите тепловой эффект реакции на основании значений стандартных энтальпий образования DН⁰_обр (приложение 2) и укажите, какая это реакция: экзотермическая или эндотермическая.

б) Вычислите изменение энтропии DS⁰ реакции на основании значений стандартных энтропий S⁰ (приложение 2) и объясните причину изменения энтропии.

в) Рассчитайте исходя из значений DН⁰ и DS⁰ величину DG химической реакции при постоянном давлении и укажите возможность ее самопроизвольного протекания в прямом направлении при стандартных условиях. При невозможности протекания реакции в прямом направлении при стандартных условиях рассчитайте температуру начала реакции.

г) Запишите выражения скоростей прямой и обратной реакции, константы химического равновесия.

д) Рассчитайте, во сколько раз изменятся скорости прямой и обратной реакции, и укажите, как сместится при этом химическое равновесие, если:

– уменьшить концентрацию реагирующих веществ в 5 раз (системы №1, 4, 7, 10, 13, 16, 19, 22, 25, 28, 31, 34, 37, 40, 43, 46);

– увеличить давление в системе в 4 раза (системы №3, 6, 9, 12, 15, 18, 21, 24, 27, 30, 33, 36, 39, 42, 45);

– увеличить объем системы в 2 раза (системы №2, 5, 8, 11, 14, 17, 20, 23, 26, 29, 32, 35, 38, 41, 44).

е) Объясните, каким образом можно сместить химическое равновесие в данной системе в целях достижения большего выхода продуктов реакции, меняя давление, температуру, концентрации исходных веществ и продуктов реакции.

Варианты систем:

1. 2H₂S_(г)+3O_{2 (г)}Û 2SO_{2 (г)}+2H₂O_(г)

2. 2SO_{2 (}_г₎+ O_{2 (}_г₎Û 2SO_{3 (}_г₎

3. 2N₂O₍_г₎Û 2N_{2 (}_г₎+ O_{2 (}_г₎

4. 2NO₍_г₎+ O_{2 (}_г₎Û 2NO_{2 (}_г₎

5. CS_{2 (ж)}+3O_{2 (г)}Û СO_{2 (г)}+2SO_{2 (г)}

6. Fe₃O_{4 (к)}+СO_(г)Û 3FeO_(к)+CO_{2 (г)}

7. CH_4(г)+2O_{2 (г)}Û CO_{2 (г)}+2H₂O_(г)

8. 4HCl _(г)+ O_{2 (г)}Û 2H₂O_(г)+2Cl₂ _(г)

9. CuO_(к)+H_{2 (г)}Û Cu_(к)+H₂O_(г)

10. CO_2(г)+4H_{2 (г)}Û CH_{4 (г)}+2H₂O_(ж)

11. 2N₂O_(г)+S_(к)Û 2N_{2 (г)}+SO_{2 (г)}

12. CO_(г)+H₂О_(г)Û CO_{2 (г)}+H_2(г)

13. H_{2 (г)}+SO_{3 (г)}Û SO_{2 (г)}+H₂O_(г)

14. 4NH_3(г)+3O_{2 (г)}Û 2N_{2 (г)}+6H₂O_(ж)

15. Fe₂O_{3 (к)}+3H_{2 (г)}Û 2Fe_(к)+3H₂O_(г)

16. 2CO₂₍_г₎Û 2CO₍_г₎+O₂₍_г₎

17. SO_{2 (}_г₎+ 2H_{2 (}_г₎Û S _(к)+2H₂O

18. CuO_(к)+C_{(графит)}Û CO_(г)+Cu_(к)

19. Fe₂O_{3 (к)}+3СO_(г)Û 2Fe_(к)+3CO_{2 (г)}

20. 2H₂S₍_г₎+SO_{2 (}_г₎Û 3S+2H₂O₍_ж₎

21. 2P₍_к₎+3Cl_{2 (}_г₎Û 2PCl_{3 (}_г₎

22. 2H_{2 (}_г₎+O_{2 (}_г₎Û 2H₂O₍_г₎

23. 2NO₂₍_г₎Û 2NO₍_г₎+O₂₍_г₎

24. 3Fe_(к)+4H₂О_(г)Û Fe₃O_{4 (к)}+4H_{2 (г)}

25. C_{(графит)}+2H_2(г) Û CH_{4 (г)}

26. C₂H_4(г)+3O_{2 (г)}Û 2CO_{2 (г)}+2H₂O_(ж)

27. 3Fe₂O_{3 (к)}+СO_(г)Û 2Fe₃O_{4 (к)}+CO_{2 (г)}

28. 4NH_3(г)+5O_{2 (г)}Û 4NO_(г)+6H₂O_(г)

29. 3N₂O_(г)+2NH_3(г)Û 4N_{2 (г)}+ 3H₂O_(г)

30. 2NH₄NO_{3 (к)}Û 2N_{2 (г)}+4H₂O_(г)+O_2(г)

31. H_{2 (}_г₎+Cl_{2 (}_г₎Û 2HCl₍_г₎

32. 2C₂H_2(г)+5O_{2 (г)}Û 4CO_{2 (г)}+2H₂O_(г)

33. C₂H_4(г)+3O_{2 (г)}Û 2CO_{2 (г)}+2H₂O_(г)

34. 2PH_3(г)+4O_{2 (г)}Û P₂O_{5 (к)}+3H₂O_(г)

35. MgCO_{3 (к)}Û MgO_(к)+CO_{2 (г)}

36. H₂S_(г)+Cl_{2 (г)}Û 2HCl_(г)+S_(к)

37. СCl_4(ж)+ 2H_{2 (г)}Û CH_4(г)+2Cl_2(г)

38. 2H₂S_(г)+О_{2 (г)}Û 2H₂О_(г)+2S_(к)

39. MgO_(к)+Cl_2(г)+С_{(графит)}Û MgCl_{2 (к)}+CO_(г)

40. Al₂O_{3 (}_к₎+ 3SO_{3 (}_г₎Û Al₂(SO₄)_{3 (}_к₎

41. N₂O₃₍_г₎Û NО₍_г₎+NO_{2 (}_г₎

42. 2NOCl _(г)Û 2NO_(г)+Cl₂ _(г)

43. 4HBr_(г)+O_{2 (г)}Û 2Br_2(г)+2H₂O_(г)

44. 4HJ _(г)+ O_{2 (г)}Û 2J_2(г)+2H₂O _(г)

45. 2ZnS_(к)+3О_{2 (г)}Û 2ZnO_(к)+2SO_{2 (г)}

46. СS_2(ж)+ 2H₂O_(г)Û CO_2(г)+2H₂S_(г)

2. Во сколько раз увеличится скорость химической реакции, если заданы значения начальной t₁, конечной t₂ температуры и температурного коэффициента скорости g? (Варианты приведены в таблице.)

Вариант	Температура, ⁰С	g	Вариант	Температура, ⁰С	g
t₁	t₂	t₁	t₂
			2,7			3,7
			3,0			2,2
			3,3			2,0
			2,0			3,4
			2,6			2,2
			2,0			2,5
			3,0			3,4
			3,6			2,0
			2,8			2,8
			3,2			3,6
			2,5			2,2
			3,0			3,3
			2,5			2,0
			2,0			3,5
			2,2			3,8

3. Вычислите константу химического равновесия и начальные концентрации исходных веществ при заданных равновесных концентрациях (моль/л), учитывая, что во всех реакциях исходные вещества и продукты реакции – газы. По величине константы равновесия укажите, какие вещества (исходные или продукты реакции) будут преобладать в равновесной смеси веществ.

Варианты реакций:

1. H₂+ Br₂Û 2HBr 0,3 0,2 0,5	2. 2NO + O₂ Û 2NO₂ 0,3 0,2 0,6
3. 2NO + Br₂ Û 2NOBr 0,1 0,3 0,2	4. PCl₃ + Cl₂ Û PCl₅ 0,4 0,2 0,6
5. 2H₂+ O₂Û 2H₂O 0,4 0,4 0,8	6. N₂+ O₂Û 2NO 0,02 0,03 0,05
7. 2CO + O₂ Û 2CO₂ 0,03 0,04 0,06	8. C₂H₂ + 2H₂ Û C₂H₆ 0,2 0,3 0,5
9. PBr₃ + Br₂ Û PBr₅ 0,1 0,1 0,1	10. 2H₂O + O₂ Û 2H₂O₂ 0,3 0,1 0,4
11. 2NO + F₂ Û 2NOF 0,6 0,3 0,5	12. CO + Cl₂ Û COCl₂ 0,3 0,2 0, 5
13. C₂H₄ + H₂ Û C₂H₆ 0,04 0,06 1,0	14. C₂H₂ + H₂ Û C₂H₄ 2,0 3,0 5,0
15. 2NO + Cl₂ Û 2NOCl 0,8 0,8 1,6	16. H₂ + Cl₂ Û 2HCl 0,3 0,3 0,5
17. 2SO₂ + O₂ Û 2SO₃ 0,6 0,9 1,5	18. N₂+ 3H₂Û 2NH₃ 0,4 0,4 0,6