![]() 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 DGР, Т < 0. Но это неравенство не является полной гарантией фактического течения процесса в данных условиях, не является достаточным для оценки кинетических возможностей реакции. Так, DG Н2(г) + 2 А1(к)+3 I2(к) = 2 А1I3(к). (II) Однако эти реакции при стандартных условиях идут только в присутствии катализатора (платина — для первой и вода — для второй). Катализатор как бы снимает кинетический «тормоз» и 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
если объем газовой смеси уменьшится в три раза? В какую сторону сместится равновесие системы? Решение. Обозначим концентрации реагирующих веществ: [S02] = a, [02] = b, [SO3] = с. Согласно закону действующих масс скорости прямой и обратной реакций до изменения объема равны: Vпр = k1 a2b; Vобр = k2 c2. После уменьшения объема гомогенной системы в три раза концентрация каждого из реагирующих веществ увеличится в три раза: [SO2] = За, [O2] = Зb; [S0з] = Зс. При новых концентрациях скорости прямой и обратной реакций: Vпр= k1(3 а)2(З b) = 27ּ k1 a2b; Vобр = k2(3 с)2 = 9ּ k2 с 2. Отсюда
Следовательно, скорость прямой реакции увеличилась в 27 раз, а обратной — только в девять раз. Равновесие системы сместилось в сторону образования SО3. Пример 2. Вычислите, во сколько раз увеличится скорость реакции, протекающей в газовой фазе, при повышении температуры от 30 до 700С, 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
при 850°С равна 1. Вычислите концентрации всех веществ при равновесии, если исходные концентрации: [СО]исх = 3 моль/л, [H2O]исх = 2 моль/л. Решение. При равновесии скорости прямой и обратной реакций равны, а отношение констант этих скоростей постоянно и называется константой равновесия (Кр)данной системы: Vпр = k1[СО][Н2О]; Vобр =k2[СО2][[H2] В условии задачи даны исходные концентрации, тогда как в выражение для константы равновесия Кр входят только равновесные концентрации всех веществ системы. Предположим, что к моменту равновесия концентрация [С02]р = х моль/л. Согласно уравнению системы число молей образовавшегося водорода при этом будет также х моль/л. Столько же молей (х моль/л) СО и H2O расходуется для образования х молей СО; и H2. Следовательно, равновесные концентрации всех четырех веществ (моль/л): [С02]р = [H2]p = х; [С0]р = (3 - х); [Н2О]р = (1 - х). Зная константу равновесия, находим значение х, а затем исходные концентрации всех веществ: Таким образом, искомые равновесные концентрации: [С02]р = 1, 2 моль/л; [Н2]р = 1, 2 моль/л; [С0]р= 3 - 1, 2 = 1, 8 моль/л; [H2O]p =2 - 1, 2 =0, 8 моль/л. Пример 4. Эндотермическая реакция разложения пентахлорида фосфора протекает по уравнению
Как надо изменить: а) температуру; б) давление; в) концентрацию, чтобы сместить равновесие в сторону прямой реакции — разложения РСl5? Решение. Смещением или сдвигом химического равновесия называют изменение равновесных концентраций реагирующих веществ в результате изменения одного из условий реакции. Направление, в котором сместилось равновесие, определяется по принципу Ле Шателье: а) так как реакция разложения РСl5 эндотермическая (DH > 0), то для сдвига равновесия в сторону прямой реакции нужно повысить температуру; б) так как в данной системе разложение РСl5 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 [PCI5], так и уменьшением концентрации [РС13] или [Cl2]. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ 101. Окисление серы и ее диоксида протекает по уравнениям: 102. 103. Реакция идет по уравнению: N2 + О2 = 2NO. 104. Реакция идет по уравнению N2 + ЗН; = 2NНз. Концентрации участвующих в ней веществ (моль/л): [N2] = 0, 80; [Н; ] = 1, 5; [NНз] = 0, 10. Вычислите концентрацию водорода и аммиака, когда [N2] = 0, 5 моль/л. 105. Реакция идет по уравнению Н2 + I2 = 2HI. Константа скорости этой реакции при некоторой температуре равна 0, 16. Исходные концентрации реагирующих веществ (моль/л): [H2] = 0, 04; [I] = 0, 05. Вычислите начальную скорость реакции и ее скорость при 106. Вычислите, во сколько раз уменьшится скорость реакции, протекающей в газовой фазе, если понизить температуру от 120 до 80 С? Температурный коэффициент скорости реакции γ = 3. 107. Как изменится скорость реакции, протекающей в газовой фазе, при повышении температуры на 60° С, если температурный коэффициент скорости данной реакции γ = 2? 108. 109. 110. 111. Константа скорости реакции разложения N2O, протекающей по уравнению: 112. 113. 114. Равновесие гомогенной системы: 115. 116. 117. 118. 119. 120.
|