Читайте также:
|
Пример 1. Всеми возможными способами сместить равновесие реакции
4HCl + O2 «2H2O + 2Cl2 + Q (DH < 0)
вправо. Все вещества находятся в газообразном состоянии.
Решение. Смещение равновесия вправо означает состояние системы, при котором скорость прямой реакции больше скорости обратной реакции.
Равновесие можно смещать, изменяя концентрации веществ (1), температуру (2), давление (3).
Используем правила, вытекающие из принципа Ле-Шателье:
1) увеличиваем концентрации хлористого водорода и кислорода; к такому же результату приведет уменьшение концентраций воды и хлора (оставляем без обсуждения практическую возможность понижения концентраций продуктов прямой реакции);
2) прямая реакция - экзотермическая, поэтому температуру системы нужно понизить;
3) давление следует увеличить, так как прямая реакция идет с понижением давления.
Пример 2. Обратимая реакция выражается уравнением
N2 + 3H2 «2NH3.
К моменту достижения равновесия концентрации веществ составили:
[N2] = 2 моль/л, [Н2] = 1 моль/л, [NН3] = 3 моль/л. Найти значение константы равновесия и начальные концентрации азота и водорода.
Решение. Константу равновесия вычисляем по уравнению
Кр = [NH3]2/([N2][H2]3).
Подставляя значения равновесных концентраций, получаем:
Кр = 32/(2 13) = 4,5.
Чтобы определить значения начальных концентраций азота и водорода нужно принять во внимание, что в соответствии с уравнением реакции один моль азота и три моль водорода взаимодействуют между собой с образованием двух моль аммиака:
1N2 ® 2NH3, 3H2 ® 2NH3.
Отсюда, для образования трех моль аммиака требуется:
1N2 ® 2NH3
хN2 ® 3NH3,
х=1 3/2=1,5 моль азота (D[N2]) и
3H2 ® 2NH3
yH2 ® 3NH3,
y=3 3/2=4,5 моль водорода (D[H2]).
Тогда начальные концентрации азота и водорода составят
[N2]0 = [N2] + D[N2] = 2 + 1,5 = 3,5 моль/л
[H2]0 = [H2] + D[H2] = 1 +4,5 = 5,5 моль/л.
Пример 3. Константа равновесия реакции
H2 + I2 «2HI
равна четырем. Найти концентрации всех веществ в состоянии равновесия, если начальные концентрации составляли: [H2]0 = 3 моль/л, [I2] = 1,5 моль/л.
Решение. Из уравнения реакции видно, что из одного моль водорода и одного моль йода образуется два моль HI. Примем число моль одного из исходных веществ, например, водорода, прореагировавших к моменту наступления равновесия, за x (D[H2]). Тогда концентрации веществ в состоянии равновесия будут равны (см. предыдущий пример):
[H2] = 3-x,
[I2] = 1,5-x,
[HI] = 2x.
Подставив эти значения в выражение константы равновесия, получаем:
Кр = [HI]2/([H2][I2])
4 = (2x)2/((3-x)(1,5-x)).
Решая квадратное уравнение, получаем один корень, удовлетворяющий смыслу задачи: х = 1. Теперь можно найти равновесные концентрации веществ:
[H2] = [H2]0-D[H2] = 3-1 = 2 моль/л
[I2] = [I2]0 - D[I2] = 1,5 - 1 = 0,5 моль/л
[HI] = 2D[H2] = 2 1 = 2 моль/л
Можно проверить правильность решения, вычислив по найденным значениям константу равновесия:
Кр = 22/(2 0,5) = 4.
Пример 4. Вычислить константу равновесия реакции; оценить устойчи-
вость диоксида азота при нормальных условиях
2NO + O2 «NO2.
Определяем DG0(298) реакции. Для этого используем табличные значения энергий Гиббса образования оксида и диоксида азота: 86,6 кДж/моль и 51,5 кДж/моль соответственно.
DG0(298) = 51,5 - 2 86,6 = -121,7 кДж.
Найденное значение подставляем в уравнение (2.3):
-121,7 = -5,71 lgКр
и получаем:
lgКр» 21,
отсюда
Кр = [NO2]/[NO]2 = 1021.
Большое значение найденной нами константы равновесия показывает, что при стандартных условиях равновесие
2NO + O2 «NO2
сильно смещено вправо, а это значит, что при 250С диоксид азота - устойчивое соединение.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Что изучает химическая кинетика?
2. Что понимают под скоростью химической реакции?
3. Что такое истинная и средняя скорость химической реакции?
4. Какие реакции называются практически необратимыми (односторонними)? Приведите примеры.
5. Приведите примеры реакций, скорости которых значительно различаются.
6. В каких единицах измеряется скорость химической реакции?
7. По каким признакам классифицируются реакции в химической кинетике?
8. Какие реакции называются последовательными?
9. Что называют лимитирующей стадией реакции?
10. Перечислите факторы, влияющие на скорость химической реакции. Приведите примеры.
11. Как влияет на скорость реакции изменение концентраций реагирующих веществ? Сформулируйте закон действующих масс. Приведите его математическое выражение.
12. Как влияет изменение температуры на скорость реакции? Сформулируйте эмпирический закон Вант-Гоффа. Приведите его математическое выражение.
13. На скорость каких реакций и как влияет изменение давление?
14. Как и почему растворитель влияет на скорость реакций?
15. В чем различие роли растворителя в протекании гомо - и гетерогенных реакций? Как это отражается на скорости их протекания?
16. Что называется порядком и молекулярностью реакции?
17. Приведите примеры реакций первого и второго порядков. Покажите математические выражения для констант скоростей первого и второго порядков.
18. Каким образом по экспериментальным данным можно сделать вывод о порядке реакции (для необратимых реакций первого и второго порядков)?
19. Какой физический смысл имеет константа скорости химической реакции? Какую размерность она может иметь?
20. От каких факторов зависит величина константы скорости химической реакции?
21. Как экспериментально определяют константы скоростей реакций первого, второго порядков?
22. Приведите уравнение Аррениуса. Что оно выражает?
23. Что называется энергией активации? Покажите схему энергетической диаграммы, соответствующей протеканию реакции
А + В = С + Д DН > 0.
24. Сформулируйте основные положения теории активных столкновений и активного комплекса.
25. Что понимают под энтропией активации? Как от нее зависит скорость химической реакции?
26. Что такое катализ? Какие вещества называются катализаторами? какие - ингибиторами?
27. Каков механизм действия катализаторов? Как они влияют на энергию активации реакции?
28. В чем различие гомогенного и гетерогенного каталитических процессов?
29. Из каких основных стадий состоит гетерогенный каталитический процесс?
30. Какие реакции называются цепными? Из каких стадий состоит цепной процесс?
31. Какие вещества называют инициаторами? ингибиторами? Какие роли они играют в цепных процессах?
32. Каковы области практического применения ингибиторов?
33. Какие реакции называются фотохимическими?
34. Какие реакции называют необратимыми? обратимыми?
35. Приведите примеры практически обратимых реакций. Какие экспериментальные признаки они имеют?
36. Что называется состоянием химического равновесия? Почему его называют динамическим?
37. Изменяются ли и почему концентрации веществ в состоянии равновесия? Как они называются?
38. Что означает «смещение» («сдвиг») химического равновесия?
39. Сформулируйте принцип Ле–Шателье.
40. Изменение каких параметров системы приводит к смещению равнове-
сия?
41. Как влияет на состояние равновесия изменение концентрации веществ?
42. Как влияет на состояние равновесия изменение температуры?
43. Как влияет на состояние равновесия изменение давления? В каком случае оно не вызывает смещения равновесия?
44. Какой физический смысл имеет константа химического равновесия?
45. Как константа равновесия выражается через равновесные концентрации веществ?
46. От чего зависит константа равновесия?
47. Каково практическое значение знания величины константы равновесия?
48. Как связаны между собой значения константы равновесия и изменения энергии Гиббса реакции?
49. Влияют ли катализаторы на величину константы равновесия? Почему?
50. Зависит ли константа равновесия от энергии активации реакции? Почему?
Дата добавления: 2015-11-26; просмотров: 72 | Нарушение авторских прав