Раздел 4. Химическое равновесие

v Задача 1. Запишите выражение константы равновесия системы

2ZnS_(т) + 3O_2(г) 2ZnO_(т) + 2SO_2(г)

и поясните смысл входящих в него величин.

Решение

Данная система является гетерогенной, в выражение константы равновесия не включают концентрации твердых веществ

[SO₂] и [O₂] - равновесные молярные концентрации веществ, моль/л.

v Задача 2. Определите направление смещения равновесия

CaCO_3(т) + 2H⁺_(р) Ca²⁺_(р) + CO_2(г) + H₂O_(ж)

при добавлении кислоты.

Решение

Добавление кислоты означает увеличение концентрации ионов водорода. Согласно принципу Ле Шателье равновесие смещается в сторону реакции, при которой концентрация ионов водорода понижается, т. е. в сторону прямой реакции.

v Задача 3. Определите направление смещения равновесия в системе

2CO_(г) СО_2(г) + С_(т), DH⁰ = ‑ 171 кДж/моль

а) при понижении температуры;

б) при понижении давления;

в) при уменьшении концентрации оксида углерода (II);

г) при увеличении концентрации оксида углерода (IV).

Решение

При понижении температуры равновесие смещается в сторону экзотермической реакции. В данном случае экзотермической является прямая реакция (DH<0), т.е. равновесие смещается в сторону продуктов реакции.

Изменение общего давления в системе оказывает влияние на смещение равновесия только тех реакций, в результате которых меняется количество газообразных веществ. Понижение общего давления приводит к смещению равновесия в сторону реакции, идущей с образованием большего количества газообразных веществ, т.е. в сторону обратной реакции (слева в уравнении реакции моль, справа – 1 моль).

При уменьшении концентрации СО равновесие смещается в сторону реакции, идущей с образованием СО, т.е. в сторону обратной реакции.

При увеличении концентрации СО₂ равновесие смещается в сторону реакции, при которой СО₂ расходуется, т.е. в сторону обратной реакции.

Ответ: а) в сторону прямой реакции; б), в), г) в сторону обратной реакции.

v Задача 4. Определите, как изменится константа равновесия

2SO_2(г) + O_2(г) 2SO_3(г), DH<0

при повышении температуры.

Решение

Выражение константы равновесия

Прямая реакция экзотермическая, обратная – эндотермическая. При повышении температуры равновесие сместится в сторону обратной реакции, т.е. концентрации SO₂ и O₂ увеличатся, а концентрация SO₃ уменьшится. Константа равновесия уменьшится.

Ответ: уменьшится.

v Задача 5. Константа равновесия CaCO_3(т) CaO_(т) + CO_2(г) увеличивается с ростом температуры. Укажите, как при этом будет меняться равновесное парциальное давление CO₂. Ответ обоснуйте.

Решение

Выражение константы равновесия через равновесные парциальные давления веществ

С ростом температуры равновесное парциальное давление СО₂ увеличивается.

Ответ: увеличивается.

Вопросы для самоподготовки

1. Запишите выражения для К_с и К_р системы: 2Fe₂O_3(т) + 3С_(т) 4Fe_(т) + 3CO_2(г), поясните смысл величин, входящих в эти выражения, укажите их размерность. Определите направление смещения равновесия при повышении давления и укажите, как при этом изменится концентрация СО₂.

2. Определите направление смещения равновесия в системе

H₂O_(г) + CO_(г) H_2(г) + CO_2(г), DH⁰ = - 41 кДж

а) при повышении концентрации СО; б) при понижении температуры. Ответ мотивируйте.

3. Определите направление смещения равновесия в системе

MnO_2(т) + 2C_(т) Mn_(т) + 2CO_(г)

при увеличении давления и укажите, как при этом изменяется концентрация CO.

4. Укажите, какое вещество будет накапливаться при повышении температуры в равновесной системе

C_(т) + CO_2(г) 2CO_(г), DH>0.

5. Определите направление смещения равновесия

2ZnS_(т) + 3O_2(г) 2ZnO_(т) + 2SO_2(г)

при увеличении давления.