Гомогенное химическое равновесие
Гомогенное химическое равновесие
Гомогенное
химическое равновесие
Контрольная
работа
Вариант№1
1.
Рассчитайте
сродство (-ΔrGt) железа к кислороду воздуха,
Po2=2,0266*104Па при 1000К,
если константа равновесия реакции 2Fe+ O2 2FeO при этой температуре равна 2,450*1020 Па-1 .
2.
Константа
равновесия реакции H2+I2 2HI при 717К равна 46,7. Определите кол-во разложившегося HI при нагревании 1моль HI при 717К.
3.
Вычислите
при температуре 298К константу равновесия реакции CO+0,5O2=CO2 по стандартной энергии Гиббса.
Критерии
оценивания
Данная к/р
оценивается в 45 баллов. №1-10 баллов, №2-15 баллов, №3-20 баллов.
Наиболее
характерные ошибки:
- использование
неправильных размерностей величин;
- ошибки при
выводе ур-ния Кс реакции;
- неправильное
решение квадратного ур-ния и использование его отрицательных корней (для
нахождения кол-ва моль прореагировавшего в-ва);
- ошибки при
счёте;
- использование
неверных справочных значений(необходимо использовать величины, выраженные в
Дж/моль, Дж/моль*К или кДж/моль);
- следует учесть,
что энтальпия реакции образования простых веществ равна 0;
- для расчета
стандартной энергии Гиббса необходимо значение энтропии реакции перевести в
кДж/моль;
- если реакция
проводится в стандартных условиях, то необходимо использовать PO=0,101Мпа=101,3кПа.
Решение
задач
№1.
2Fe+ O2
2FeO
ΔG=-RTlnKp+RTПі(Pνіі исх.)
ΔG=-8,314*1000ln(2,450*1020)+8,314*1000ln(2,0266*104)= -390324-82447=-472,77
кДж/моль.
Ответ. (-ΔrGt)=472,77 кДж/моль.
№2
2HI H2+I2
исх.
1моль 0 0
Реак. 2х х х
Равн. 1-2х х х
Кс=
46,7x2=1-4x+4x2
42,7x2+4x-1=0
D=186,8
x1= (моль)
2x=0,227 (моль)
Ответ.
Разложилось 0,227 моль HI.
№3
Все необходимые значения
станд. для CO2 , O2 и CO берутся из справочника физико-химических
величин.
ΔV-приращение числа молей во время реакции.
Для реакции CO+0,5O2=CO2
ΔV=1-(1+0,5)=
-0,5
Ответ.
Индивидуальное
задание
Вариант№5
1. По значениям
изобарных потенциалов в справочнике [M.] определите константу равновесия при температуре 298К для реакции:
2. При окислении SO2 в SO3 в газовой фазе установилось хим. равновесие:
Как будет влиять на это равновесие
увеличение давления и добавление азота, не участвующего в реакции? Ответ дать
на основании термодинамич. соотнош. И пользуясь принципом Ле-Шателье.
3. Если нагреть
0,746 кг йода и 0,0162 кг водорода в закрытом сосуде ёмкостью 1 м3
до 693К, то при достижении равновесия образуется 0,721 кг йодистого водорода.
Сколько йодистого водорода получится, если к исходной смеси добавить 0,1 кг
йода и 0,005 кг водорода?
4. Процесс
получения водяного газа идёт по ур-нию . При 1000К конст. равновесия равна 1,45.
Какой состав должна иметь исходная смесь, сост. из водяного пара и СО, чтобы
при 1000К равновесная смесь содержала по объёму 25%СО2 и 25%Н2 ?
5. При Т=1396К и
Р=1,0133*105 н/м2 степень диссоциации водяного пара на
водород и кислород равна 0,567*10-4 , а степень диссоциации двуокиси
углерода на окись углерода и кислород при тех же условиях -1,551*10-4.
Определить на основании этих данных состав водяного газа, образующегося при
указанной температуре из равных объёмов окиси углерода и водяного пара.
6. При
температуре 1500К и давлении 0,1013 МПа степень диссоциации водяного пара =1,9*10-4.
Выразить для реакции горения водорода константу равновесия Кр через степень
диссоциации водяного пара и вычислить Кр при 1500К.
7. Для реакции определите Кр при 600К,
если при 298К константа равновесия этой реакции равна 1,0*105.
Справочник [M.] –краткий справочник
физико-химических величин. под ред. К.П.Мищенко и А.А.Равдия, М.,Госхимиздат,
1967г.
Критерии
оценивания
Данное
индивидуальное задание оценивается в 110 баллов.
№1,2 -10 баллов;
№4,6 -15 баллов;
№3,5,7 -20
баллов;
Наиболее
характерные ошибки:
- использование
неверных справочных данных;
- ошибки при
выводе ур-ния Кс и Кр для исследованной реакции;
- ошибки при
вычислении равновесной концентрации вещества;
- использование
неверных корней квадратного уравнения(полученное значение корней квадратного
уравнения необходимо сопоставлять с условием задачи, чтобы не получить
отрицательные значения концентраций);
- ошибки при
счёте;
- при расчёте по
уравнению реакции необходимо учитывать коэффициенты, стоящие перед веществом;
- необходимо все
единицы измерения выражать в СИ (как например, парциальное давление газов в н/м2);
- нужно
использовать значения температуры процесса в К для расчёта ;
- ошибки могут
быть при неверной трактовке уравнения Менделеева-Клапейрона (следует учесть
число моль-n);
-следует отличать
равновесные и неравновесные процессы и учитывать правильность их написания;
- справочные
данные должны соответствовать необходимому в-ву, которое указано в условии
задачи;
- ошибки также
возникают при переводе моль в кмоль, кал в Дж.
Решение
задач
№1
В справочнике физико-химических
величин [M.], находим значения :
Реакция
|
Знач.
*10-6,
Дж/кмоль
|
|
-1577,46
-370,62
-3094,00
|
Используя
уравнение:
Δn- изменение числа молей газообразного
конечного и начального продуктов реакции.
Кр и парц.
давления выражены в н/м2.
и ур-ние определим значение реакции:
Ответ.lg Kp=55,87.
№2
В данной реакции ΔV=2-3=-1, поэтому выражение для Кх
примет вид:
Из уравнения
видно, что с увеличением давления р увеличивается константа равновесия Кх,
поскольку Кр не зависит от давления. Увеличение Кх произойдёт за счёт
увеличения числителя и за счёт уменьшения знаменателя. При отсутствии инертной
примеси азота равна
сумме молей веществ в равновесной смеси, которая при смещении равновесия
изменяется незначительно, поэтому числитель увеличивается в основном за счёт
увеличения ;
одновременно должны уменьшатся и в знаменателе. Отсюда делаем вывод, что с
ростом давления р в равновесной системе кол-во SO3 возрастает, равновесие сдвинется вправо, выход серного
ангидрида увеличится. С увеличением кол-ва азота увеличивается сумма , что влечёт за собой
уменьшение .
Равновесие сдвинется влево, выход SO3 уменьшится.
Принципа
смещения равновесия Ле Шателье приводит с к следующим качественным выводам.
Т.к. реакция образования SO3 из SO2 и O2 идёт с уменьшением объёма, то при увеличении давления, т.е.
при сжатии реагирующей смеси, процессом ослабляющим сжатие, будет процесс,
приводящий к уменьшению числа молекул в реагирующей смеси. Таким образом, при
увеличении давлении реакция сдвинется слева на право и выход SO3 возрастёт.
Увеличение
содержания азота при постоянном общем давлении ведёт к разбавлению реагирующей
смеси, что равноценно уменьшению давления при отсутствии азота, т.е. приведёт к
сдвигу равновесия справа налево, выход то равноценно
уменьшению давления при отсутствии азота, ведёт к разбавлению реагирующей
смесию числа молекул в реагирующей с SO3 уменьшится.
№3
Реакция
протекает по уравнению:
H2+I2 2HI
Константа
равновесия этой реакции может быть выражена уравнением:
Для определения
величины константы равновесия необходимо определить состав равновесной газовой
смеси.
H2 и I2 реагируют с образованием HI, то в равновесной смеси исходное кол-во будет меньше, чем в исходной.
Исходная концентрация H2 и I2 :
Конц. получ. HI в равновесной смеси:
Реакция протекает
при постоянном давлении, тогда:
H2+I2 2HI
1кмоль
1кмоль 2кмоль
(2,82кмоль 2,82 кмоль 5,64 кмоль)*10-3
След., в
равновесной смеси останется:
Данные вещества
находятся в V=1м3, поэтому
Используя
полученные концентрации, определим константу равновесия:
При добавлении к
исх. смеси 0,100кг I2 и 0,005 кг H2 установ. равнов., но Кс не
изменится. Обозначим новую равновесную конц. [HI]=x, тогда равнов. конц. [I2 ] и [H2 ] будут равны:
Получим
уравнение:
Х1 не имеет физ.смысла,
т.к.конц. H2 и I2 будут иметь отрицательные значения.След., . Т.к. V=1м3, тогда
Ответ.
№4
Напишем
содержание компонентов в процентах в равновесной смеси:
Для
рассматриваемой реакции
Подставим
содержание веществ (в молях) в выражение для константы равновесия:
откуда
т.к. в ходе реакции число молей в
системе не меняется. Исключая из этих уравнений , получим уравнение:
Его решение даёт два действительных
корня:. Это
означает, что в исходной смеси СО(г) по объёму может быть 36,1 или 63,9% и,
соответственно, Н2О(г) 63,9 или 36,1%.
№5
Реакция
образования водяного пара протекает по уравнению:
Константа
равновесия равна:
Диссоциация
двуокиси углерода:
2CO+O2=2CO2
Диссоциация
водяного пара:
Равновесная
концентрация кислорода в данных реакциях одинакова, тогда:
Выразим
константу равновесия реакции диссоциации воды и двуокиси углерода через общее
давление и степень диссоциации:
По
условию начальные об. конц. воды и укиси углерода равны 50об.%, обозначим конц.
образ. Н2 и СО2 в сост. равновесия x об.%, получим:
Состав
водяного газа имеет вид:
Ответ. 15,95 об.%
№6
Напишем
равновесные числа молей реагентов, выраженные через степень диссоциации :
n0 –начальное количество (число молей)
водяного пара.
Константа
равновесия этой реакции будет выражаться уравнением:
Выразим
парциальные давления реагентов через общее давление Р, общее число молей и степень диссоциации . Находим:
Парциальные
давления реагентов вычисляются по уравнению :
Таким
образом,
Т.к. можно считать и , поэтому
Для
обратной реакции, т.е для реакции горения водорода при 1500К, получим:
Ответ.
№7
Зависимость
теплового эффекта от температуры опред. законом Кирхгоффа:
По
справочнику [M] находим зависимость
теплоёмкости веществ от температуры
Вещество
|
Зависимость
теплоёмкости от температуры, Дж/кмоль*град
|
|
|
|
|
|
44,14
|
9,04
|
-
|
-8,54
|
|
29,10
|
-0,84
|
-
|
-
|
|
27,63
|
5,02
|
-
|
-
|
|
30,12
|
11,30
|
2,01
|
-
|
По
уравнению находим Кр при 600К:
Ответ.
Тест
В вопросах 1-10
необходимо выбрать правильный ответ (он может быть только один).
1. При
наступлении состояния химического равновесия протекают следующие процессы:
а) число молекул
веществ, составляющих химическую систему увеличивается во времени при
неизменных внешних условиях;
б) число молекул
веществ, составляющих химическую систему остаётся постоянным во времени при
неизменных внешних условиях;
в) число молекул
веществ, составляющих химическую систему, уменьшается во времени при неизменных
внешних условиях.
2. Для реакции:
протекающей в
изобарно-изотермических условиях, общее выражение для изменения энергии Гиббса
имеет вид:
3. Для состояния
химического равновесия характерно:
4. Уравнение
изотермы химической реакции имеет вид:
5. Для реакции:
Константа
равновесия, выраженная через парциальные давления газов, записывается так:
6. Какое из
выражений соответствует уравнению изобары химической реакции:
7. Стандартная
константа равновесия связана с константой равновесия Кр соотношением:
8. Для реакции в
газовой фазе, протекающей без изменения числа молей (Δν=0)
характерно:
9. Связь между Кр
и Кс химической реакции выражается уравнением:
10. В общем виде
Кх для реакции: можно
выразить так:
Правильные
ответы:
№
вопроса
|
Ответ
|
1.
|
б)
|
2.
|
в)
|
3.
|
в)
|
4.
|
г)
|
5.
|
г)
|
6.
|
в)
|
7.
|
б)
|
8.
|
в)
|
9.
|
а)
|
10.
|
б)
|
Каждый правильный
ответ на один вопрос оценивается в 1 балл. В результате, ответив на 10
вопросов, можно получить 10 баллов.
В вопросах 11-20
необходимо установить соответствие. (например 1б, 2а,3г)-верный ответ может
быть только один.
11. Из уравнения
изотермы химической реакции видно, что величина и знак энергии Гиббса
реакции зависят от Пр’ и Кр ( при Р=const, T=const), как:
1.ΔG<0
2. ΔG=0
3. ΔG>0
12. Для данных
реакций укажите соответствующие им константы равновесия Кс:
13. Определите зависимость
между значением энергии Гиббса реакции и характером протекающего процесса:
1.ΔG<0 а)
реакция достигла состояния
2. ΔG=0 равновесия;
3. ΔG>0 б) процесс необратимый
самопроизвольный;
в)
процесс необратимый
несамопроизвольный
14. Определите изменение
числа молей (Δν) для следующих реакций:
15. Для реакции : константа
равновесия равна ,
то при увеличении давления будут наблюдаться следующие процессы:
1.Δν>0 а)
Кх уменьшается
2.Δν<0 б)
Кх не изменяется
3.Δν=0 в)
Кх увеличивается
16. Определите Кх
для реакции в идеальной и реальной газовой смеси:
а) идеальная
газовая смесь
б) реальная
газовая смесь
17. Из
приведённых уравнений выберите то, которое является изотермой, изохорой,
изобарой химической реакции:
1. уравнение
изохоры
химической
реакции
2. уравнение
изобары
химической
реакции
3. уравнение
изотермы
химической реакции
18. Для данных
уравнений реакции в смеси идеальных газов определите соотношение между
значениями стандартной энергией Гиббса:
19. Укажите
верное выражение для Кх, Кс и Кm при
рассмотрении равновесия химической реакции в идеальном растворе:
20. Установите,
как будет влиять тепловой эффект реакции на константу и состояние равновесия
химической реакции:
а) константа
равновесия не изменится, и состояние равновесия останется неизменным;
б) равновесие
сдвинется в сторону исходных веществ;
в) константа
равновесия увеличится, и равновесие сдвинется вправо.
Правильные ответы
№ вопроса
|
ответ
|
11.
|
1б2в3а
|
12.
|
1б2в3а
|
13.
|
1б2а3в
|
14.
|
1в2а3б
|
15.
|
1а2в3б
|
16.
|
1б2а
|
17.
|
1б2в3а
|
18.
|
1б2а
|
19
|
1в2а3б
|
20.
|
1в2б3а
|
Каждый правильный
ответ на 1 вопрос оценивается в 1 балл. Ответив на 10 вопросов можно получить
10 баллов. Если в ответе одна половина соответствия букв и цифр верна, а другая
нет, то такой ответ не учитывается и оценивается в 0 баллов.
В вопросах 21-30
пропущено слово-ответ, его необходимо записать (ввести) в правильном числе и
падеже.
21.