Студопедия

Главная страница Случайная страница

КАТЕГОРИИ:

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника






Пример 4. Определение константы химического равновесия






1. Определите константу химического равновесия процесса диссоциации фосфора пентахлорида, протекающего по уравнению PCl5 < => PCl3 + Cl2,

по равновесным концентрациям КС и по парциальным давлениям компонентов КР. Известно, что к моменту установления равновесия при температуре 500 К прореагировало 54% PCl5 по отношению к первоначальной концентрации 1 моль/л.

Решение. Согласно закону действующих масс для химического равновесия

KС = [Cμ d(D)·Cμ (L)]: [Cμ a(A)·Cμ b(B)].

Применив это выражение к нашему уравнению, получим

КС = Сμ (PCl3)·Cμ (Cl2)/Cμ (PCl5).

В это выражение входят равновесные концентрации реагента и продуктов. Рассчитаем их.

Если к моменту установления равновесия 54% пентахлорида фосфора прореагировало, то 46% еще осталось в системе, значит, равновесная концентрация PCl5 будет равна: Cμ (PCl5) = C0(PCl5)·0, 46 = 1·0, 46 = 0, 46 (моль/л).

До начала реакции в реакционном пространстве отсутствовали продукты, следовательно, их концентрация в состоянии равновесия определяется долей израсходованного реагента (см. уравнение реакции), т.е. Сμ (PCl3) = Cμ (Cl2) = 0, 54 моль/л.

Подставим найденные значения в выражение для КС и произведем расчеты:

КС = (0, 54)·(0, 54)/(0, 46) = 0, 63 (моль/л).

Константу равновесия применительно к парциальным давлениям газовой системы определим по уравнению: КР = КС·(RT)Δ n, при этом, Δ n = Σ nпрод – Σ nреаг.Из химического уравнения видно, чтоΔ n = 2 – 1 = 1моль.

Подставим в выражение для КР найденные и известные значения и произведем расчеты: КР = (0, 63)·(8, 31·500)1 = 2617 (Па/л·К) = 2, 62 (кПа/л·К).

Ответ: КС = 0, 63 моль/л; КР = 2, 62 кПа/л·К.

 

2. В состоянии равновесия системы

СО2(г) + Н2(г) < => СО(г) + Н2О(г)

реакционная смесь имела следующий объемный состав: 22% СО2, 41% Н2, 17% СО и 20% Н2О. Определите КР и КС для этого равновесия при 1900 К и давлении 98 501 Па.

Решение. По объемным долям каждого газа в смеси можно определить их парциальные давления, зная, что общее давление в любой газовой смеси равно сумме парциальных давлений газов, составляющих эту смесь:

Р = Р (СО2) + Р (Н2) + Р (СО) + Р (Н2О).

И тогда Р (СО2) = 0, 22·Р = 0, 22·98 501 = 21 670 (Па);

Р (Н2) = 0, 41·98 501 = 40 385 (Па);

Р (СО) = 0, 17·98 501 = 16 745 (Па); Р (Н2О) =0, 2·98 501 = 19 700 (Па).

Найденные значения парциальных давлений газов введем в уравнение, устанавливающее зависимость константы равновесия от парциальных давлений компонентов процесса:

КР = Р (СО)·Р (Н2О)/Р (СО2)·Р (Н2);

и тогда

КР = 16745·19700/21670·40385 = 0, 38.

Константу равновесия применительно к равновесным концентрациям реагентов КС рассчитаем по уравнению КС = КР·(RT)n. Для нашего случая Δ n = 2 – 2 = 0, следовательно, сомножитель (RT)n = (RT)0 = 1. и тогда КС = КР = 0, 38.

Ответ: КС = КР = 0, 38.

 

3. Равновесие в гомогенной системе

4HCl(г) + O2(г) < => 2H2O(г) + 2Cl2(г)

установилось при следующих концентрациях реагирующих веществ (моль/л): Сμ 2О) = 0, 14; Сμ (Сl2) = 0, 14; Сμ (HCl) = 0, 20; Сμ 2) = 0, 32. Рассчитайте константу равновесия этой реакции и определите начальные концентрации хлороводорода и кислорода.

Решение. Согласно закону действующих масс, константа химического равновесия по концентрациям реагентов определяется применительно к нашему случаю по уравнению:

КС = [Сμ 22О)·Сμ 2(Сl2)]/[Сμ 4(HCl)·Сμ 2)].

Подставив в него значения равновесных концентраций и произведя вычисления, получим:

КС = (0, 14)4/(0, 20)4·(0, 32) = 0, 75 (л/моль).

Химическое уравнение реакции показывает, в каких соотношениях вещества взаимодействуют между собой: из 4 моль HCl и 1 моль О2 образуется по 2 моль Н2О и Сl2. Значит, на образование по 0, 14 моль продуктов реакции израсходовано Δ Сμ (HCl) = 2·0, 14 = 0, 28 моль/л и Δ Сμ 2) = ½ ·0, 14 = 0, 07 моль/л.

Начальные концентрации хлороводорода и кислорода будут равны:

Сμ 0(HCl) = Сμ (HCl) + Δ Сμ (HCl), Сμ 0(HCl) = (0, 20 + 0, 28) моль/л = 0, 48 моль/л;

Сμ 02) = Сμ 2) + Δ Сμ 2), Сμ 02) = (0, 32 + 0, 07) моль/л = 0, 39 моль/л.

Ответ: константа равновесия этой реакции КС = 0, 75 л/моль; начальные концентрации реагентов Сμ 0(HCl) = 0, 48 моль/л; Сμ 02) = 0, 39 моль/л.

 

4. Определите константу равновесия реакции

2NO(г) + Cl2(г) < => 2NOCl(г)

при температуре 298 К по значениям стандартных энтальпий образования и энтропий её участников.

Решение. Зависимость константы равновесия химической реакции от температуры определяется согласно уравнению Кирхгофа:

Δ H˚ равн Δ S˚ равн

ℓ nКР = – —— + ——.

RT R

Рассчитаем Δ H˚ равн и Δ S˚ равн в стандартных условиях, используя справочные данные таблицы Приложения № 1:

Δ H˚ равн = 2Δ Н0(NOCl) - 2Δ Н0(NO),

Δ S˚ равн = 2S0(NOCl) – 2S0(NO) – S0(Cl2), тогда

Δ H˚ равн = 2·53, 55 кДж/моль - 2·90, 37 кДж/моль = - 73, 64 кДж/моль = - 73640 Дж/моль;

Δ S˚ равн = 2·263, 6(Дж/моль·К) - 2·210, 62(Дж/моль·К) – 223, 0(Дж/моль·К) = - 117, 04 Дж/моль·К.

Подставим найденные значения в уравнение Кирхгофа и произведем вычисления:

ℓ nКР = - (- 73640)/8, 31·298 + (-117, 04/8, 31) = 29, 74 – 14, 08 = 15, 66.

Тогда КР = е15, 66 = 5, 7·106.

Ответ: константа равновесия реакции КР = 5, 7·106.

 

5. Для реакции Н2(г) + Br2(г) < => 2HBr(г) при некоторой температуре константа равновесия равна единице. Определите состав (в процентах по объему) равновесной газовой реакционной смеси, если исходная смесь состояла из 3 молей водорода и 2 молей брома.

Решение. Запишем выражение закона действующих масс для равновесного состояния системы:

Кр = С2μ (HBr)/Cμ (H2)·Cμ (Br2) = 1.

Предположим, что к моменту установления равновесия в системе прореагировало по Х молей Н2 и Br2. Тогда их равновесные концентрации будут равны: Cμ (H2) = (3 - Х) моль, Cμ (Br2) = (2 – Х) моль. Соответственно, к этому моменту в системе образовалось 2 Х моль бромоводорода, т.е. Сμ (HBr) = 2 Х моль.

Подставим эти значения равновесных концентраций в выражение для константы равновесия, получим уравнение с одним неизвестным: (2 Х)2/(3- Х)·(2- Х) = 1.

Решив его относительно Х, получим: 3 Х 2 - 5 Х - 6 = 0;

Х 1, 2 = (-5±√ 25+72)/6 = (-5±10)/6. Отсюда Х = 0, 75 моль.

Таким образом, в момент установления равновесия в смеси присутствовали: 2, 25 моль Н2, 1, 25 моль Br2 и 1, 50 моль HBr, что соответствует 45% водорода, 25% брома и 30% бромоводорода.

Ответ: в состоянии равновесия газовая смесь включала 45% Н2, 25% Br2 и 30% HBr.

 


Поделиться с друзьями:

mylektsii.su - Мои Лекции - 2015-2024 год. (0.009 сек.)Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав Пожаловаться на материал