![]() Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Химическая кинетика и равновесие
Кинетика – учение о скорости различных процессов, в том числе химических реакций. Критерием принципиальной осуществимости реакций является неравенство D Gp, T < 0. Но это неравенство не является еще полной гарантией фактического течения процесса в данных условиях, не является достаточным для оценки кинетических возможностей реакции. Так, D G о298, H2O(г) = - 228, 59 кДж/моль, а D G о298, Аll3(к) = -313; 8 кДж/моль и, следовательно, при Т = 298 К и р = 1, 013 • 105 Па возможны реакции, идущие по уравнениям: Н2(г) + ½ О2(г) = Н2О (1) 2Аl(к) + 3l2(к) = 2Аll3(к) (2) Однако эти реакции при стандартных условиях идут только в присутствии катализатора (платины для первой и воды для второй). Катализатор как бы снимает кинетический " тормоз", и тогда проявляется термодинамическая природа вещества, Скорость химических реакций зависит от многих факторов, основные из которых – концентрация (давление) реагентов, температура и действие катализатора. Эти же факторы определяют и достижение равновесия в реагирующей системе. Пример 1. Во сколько раз изменится скорость прямой и обратной реакции в системе: 2SO2(г) + O2(г) если объем газовой смеси уменьшить в три раза? В какую сторону сместится равновесие системы? Решение. Обозначим концентрации реагирующих веществ: [SO2]= a, [О2] = b, [SO3] = с. Согласно закону действия масс скорости v прямой и обратной реакции до изменения объема: v пр = Ка 2 b; v обр = К 1 с 2. После уменьшения объема гомогенной системы в три раза концентрация каждого из реагирующих веществ увеличится в три раза: [SO2] = 3 а, [О2] = 3b; [SO3] = 3 с. При новых концентрациях скорости v’ прямой и обратной реакции: v’ пр = К (3 а)2(3 b) = 27 Ка 2 b; v’ обр = К 1(3 с)2 = 9 К 1 с 2. Отсюда: Следовательно, скорость прямой реакции увеличилась в 27 раз, а обратной – только в девять раз. Равновесие системы сместилось в сторону образования SO3. Пример 2. Вычислите, во сколько раз увеличится скорость реакции, протекающей в газовой фазе, при повышении температуры от 30 до 70оС, если температурный коэффициент реакции равен 2. Решение. Зависимость скорости химической реакции от температуры определяется эмпирическим правилом Вант-Гоффа по формуле: Следовательно, скорость реакции Пример 3. Константа равновесия гомогенной системы: СО(г) + Н2О(г) при 850оС равна 1. Вычислите концентрации всех веществ при равновесии, если исходные концентрации: [СО]исх =3 моль/л, [Н2О]исх = 2 моль/л. Решение. При равновесии скорости прямой и обратной реакций равны, а отношение констант этих скоростей постоянно и называется константой равновесия данной системы: v пр К 1 [СО][Н20]; v обр = К2[С02][Н2]; В условии задачи даны исходные концентрации, тогда как в выражение К р входят только равновесные концентрации всех веществ системы. Предположим, что к моменту равновесия концентрации [СО2]р = х моль/л. Согласно уравнению системы число молей образовавшегося водорода при этом будет также х моль/л. По столько же молей (х моль/л) СО и Н2О расходуется для образования по х молей СО2 и Н2. Следовательно, равновесные концентрации всех четырех веществ: [СО2]р = [Н2]р = х моль/л; [СО]р = (3 – х) моль/л; [Н2О]р = (2 – х) моль/л. Зная константу равновесия, находим значение х, а затем исходные концентрации всех веществ: Таким образом, искомые равновесные концентрации: [СО2]р = 1, 2 моль/л; [Н2]р= 1, 2 моль/л; [СО]р = 3 – 1, 2 = 1, 8 моль/л; [Н2О]р = 2 – 1, 2 = 0, 8 моль/л. Пример 4. Эндотермическая реакция разложения пентахлорида фосфора протекает по уравнению: PCl5(г) Как надо изменить: а) температуру; б) давление; в) концентрацию, чтобы сместить равновесие в сторону прямой реакции – разложения PCl5? Решение. Смещением или сдвигом химического равновесия называют изменение равновесных концентраций реагирующих веществ в результате изменения одного из условий реакции. Направление, в котором сместилось равновесно, определяется по принципу Ле Шателье: а) так как реакция разложения PCl5 эндотермическая (D Н > 0) то для смещения равновесия в сторону прямой реакции нужно повысить температуру; б) так как в данной системе разложение РС15 ведет к увеличению объема (из одной молекулы газа образуются две газообразные молекулы), то для смещения равновесия в сторону прямой реакции надо уменьшить давление; в) смещения равновесия в указанном направлении можно достигнуть как увеличением концентрации РСl5, так и уменьшением концентрации РС13 или С12. Контрольные вопросы 121. Окисление серы и ее диоксида протекает по уравнениям: а) S(к) + O2 = SO2(к); б) 2SO2(г) + O2 = 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 + 3Н2 123.Реакция идет по уравнению N2 + О2 =2NO. Концентрации исходных веществ до начала реакции 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] = 0, 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; [H2] = 1, 5 моль/л; [NN3] = 0, 10 моль/л. Вычислите концентрацию водорода и аммиака, когда [N2] = 0, 5 моль/л. Ответ: [NН3]= 0, 70 моль/л; [Н2] = 0, 60 моль/л. 125. Реакция идет по уравнению Н2 + 12 = 2Н1. Константа скорости этой реакции при некоторой температуре равна 0, 16. Исходные концентрации реагирующих веществ: [Н2] = 0, 04 моль/л; [l2] = 0, 05 моль/л. Вычислите начальную скорость реакции и ее скорость, когда [Н2] = 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 80oС. Температурный коэффициент скорости реакций 3. 127.Как изменится скорость реакции, протекающей в газовой фазе, при повышении температуры на 60°С, если температурный коэффициент скорости данной реакции 2? 128.В гомогенной системе СО + Cl2 129.В гомогенной системе А + 2В 130.В гомогенной газовой системе А + В 131.Константа скорости реакции разложения N2O, протекающей по уравнению 2N2O = 2N2 + O2, равна 5 • 10-4. Начальная концентрация N2O = 6, 0 моль/л. Вычислите начальную скорость реакции и ее скорость, когда разложится 50% N2O. Ответ: 132.Напишите выражение для константы равновесия гетерогенной системы С2О + С 133.Напишите выражение для константы равновесия гетерогенной системы 134.Равновесие гомогенной системы 4HCl(г) + O2 установилось, при следующих концентрациях ревизующих веществ: [Н2О]р = 0, 14 моль/л; [Cl2]p = 0, 14 моль/л; [НС1]р = 0, 20 моль/л; [О2]р = 0, 32 моль/л. Вычислите исходные концентрации хлороводорода и кислорода. Ответ: [НС1]исх = 0, 48 моль/л; [О2]исх =0, 39 моль/л. 135. Вычислите константу равновесия для гомогенной системы СО(г) + Н2О(г) если равновесные концентрации реагирующих веществ: [СO]р = 0, 004 моль/л; [Н2О]р = 0, 064 моль/л; [СО2]р = 0, 016 моль/л; [Н2]р = 0, 016 моль/л. Чему равны исходные концентрации воды и СО? Ответ: К = 1; [Н2О]исх = 0, 08 моль/л; [С0]исх = 0, 02 моль/л. 136.Константа равновесия гомогенной системы СО(г) + H2O(г) 137.Константа равновесия гомогенной системы N2 + 3Н2 138.При некоторой температуре равновесие гомогенной системы 2NO + О2 139.Почему при изменении давления смещается равновесие системы N2 + 3Н2 140. Исходные концентрации [NО]исх и [Cl2]исх в гомогенной системе 2NO + Cl2
|