Как определять исходную концентрацию вещества
Вещества, вступающие в химическую реакцию, претерпевают изменения состава и строения, превращаясь в продукты реакции. Концентрация исходных веществ уменьшается вплоть до нуля, если реакция идет до конца. Но может протекать обратная реакция, когда продукты распадаются на исходные вещества. В таком случае устанавливается равновесие, когда скорость прямой и обратной реакции становится одинаковой. Разумеется, равновесные концентрации веществ будут меньше исходных.
Инструкция
Произошла химическая реакция по схеме: А + 2Б = В. Исходные вещества и продукт реакции – газы. В какой-то момент установилось равновесие, то есть, скорость прямой реакции (А + 2Б = В) сравнялась со скоростью обратной (В = А + 2Б). Известно, что равновесная концентрация вещества А равна 0,12 моль/литр, элемента Б – 0,24 моль/литр, а вещества В – 0,432 моль/литр. Требуется определить исходные концентрации А и Б.
Изучите схему химического взаимодействия. Из нее следует, что один моль продукта (элемента В) образовывался из одного моля вещества А и двух молей вещества Б. Если в одном литре реакционного объема образовывалось 0,432 моля элемента В (по условиям задачи), то, соответственно, одновременно расходовалось 0,432 моля вещества А и 0,864 моля элемента Б.
Вам известны равновесные концентрации исходных веществ: [A] = 0,12 моль/литр, [Б] = 0,24 моль/литр. Прибавив к этим величинам те, которые были израсходованы в ходе реакции, вы получите величины исходных концентраций: [A]0 = 0,12 + 0,432 = 0,552 моль/литр; [Б]0 = 0,24 + 0,864 = 1,104 моль/литр.
Также вы можете определить исходные концентрации веществ с помощью константы равновесия (Кр) – отношения произведений равновесных концентраций продуктов реакции к произведению равновесных концентраций исходных веществ. Константа равновесия рассчитывается по формуле: Кр = [C]n [D]m /([A]0x[B]0y), где [C] и [D] – равновесные концентрации продуктов реакции С и D; n, m – их коэффициенты. Соответственно, [A]0, [В]0 – равновесные концентрации элементов, вступающих в реакцию; x,y – их коэффициенты.
Зная точную схему протекающей реакции, равновесную концентрацию хотя бы одного продукта и исходного вещества, а также величину константы равновесия, можно записать условия этой задачи в виде системы двух уравнений с двумя неизвестными.
Войти на сайт
или
Забыли пароль?
Еще не зарегистрированы?
This site is protected by reCAPTCHA and the Google Privacy Policy and Terms of Service apply.
Как найти исходную концентрацию вещества зная равновесную
Тип 23 № 30429 
В реакторе постоянного объёма смешали оксид азота(II) и кислород. Быстро установилось равновесие:
(Другие процессы в системе не протекают.)
Используя данные таблицы, найдите исходную концентрацию и равновесную концентрацию
| Вещество | ||
|---|---|---|
| Исходная концентрация (моль/л) | 0,24 | |
| Равновесная концентрация (моль/л) | 0,54 | 0,18 |
Выберите из списка номера правильных ответов.
Запишите выбранные номера в таблицу под соответствующими буквами
Так как объем системы постоянен (по условию), то количества веществ в системе пропорциональны их концентрациям. Согласно уравнению обратимой реакции:
на образование 2 моль оксида азота(IV) тратится 2 моль оксида азота(II) и 1 моль кислорода. Отсюда следует, что на образование 0,18 моль оксида азота(IV) потребовалось 0,18 моль оксида азота(II) и 0,09 моль кислорода. Тогда исходная концентрация определяемая как сумма прореагировавшего количества вещества и равновесного (на единицу объема), будет равна Равновесная концентрация равна разности исходного количества вещества и прореагировавшего (в единице объема). Следовательно, равновесная концентрация равна
Решаем сложные задачи по химии (с использованием константы равновесия)
материал для подготовки к егэ (гиа) по химии (11 класс) на тему
Равновесие во многих системах, в том числе и в растворах электролитов, можно количественно описать с помощью константы равновесия. Многие школьники испытывают трудности при решении задач с использованием понятий « константа равновесия». В данном материале рассматривается решение задач с использованием константы равновесия.
Скачать:
| Вложение | Размер |
|---|---|
| ravnovesie_vo_mnogih_sistemah.docx | 25.77 КБ |
Предварительный просмотр:
РЕШАЕМ СЛОЖНЫЕ ЗАДАЧИ
( с использованием константы равновесия)
Равновесие во многих системах, в том числе и в растворах электролитов, можно количественно описать с помощью константы равновесия. Многие школьники испытывают трудности при решении задач с использованием понятий « константа равновесия», « константа диссоциации слабого электролита» и т.п. Попробуем рассмотреть решение задач на равновесие, переходя от решения простых задач к решению более сложных.
- Задача 1.
В системе А(г) + 3В(г) = 2С(г) , равновесные концентрации равны :
[А] = 0,03 моль/л, [В] = 0,10 моль/л, [С] = 0,40 моль/л. Найдите исходные концентрации веществ А и В и рассчитайте константу равновесия.
Константа равновесия для данной реакции выражается уравнением:
Подставляем в него данные задачи, получаем:
Для нахождения исходных концентраций веществ А и В запишем данные задачи в виде таблицы (так будет нагляднее):
(исходя из уравнения реакции)
Осталось или образовалось
Предположим, что исходные концентрации веществ [А] 0 и [В] 0 соответственно равны Х моль/л и У моль/л. Зная, что исходная концентрация вещества [С] 0 = 0 моль/л (С – это продукт реакции, которого изначально быть не могло ), мы можем найти сколько моль вещества С прореагировало в результате реакции в каждом литре системы : 0,4 – 0 = 0,4 моль. А так как по уравнению реакции из 1 моль вещества А и 3 моль вещества В образуется 2 моль вещества С, можно вычислить сколько моль А и В прореагирует в каждом литре системы:
А + 3В = 2С ( все вещества – газообразны):
1 3 2 (по уравнению)
Находим ? для вещества А: 0,2 моль и ? для вещества В : 0,6 моль и вписываем в строку « Прореагировало» таблицы. Осталось посчитать исходные концентрации веществ А и В (складываем «прореагировало» и «осталось», так как ищем сколько «было»):
[А] 0 = Х = 0,03 + 0,2 = 0,23 моль/л
[В] 0 = У = 0,1 + 0,6 = 0,7 моль/л
- Ответ: [А] 0 = 0,23 моль/л; [В] 0 = 0,7 моль/л; К р = 5333
- Задача 2.
Исходные концентрации СО и паров воды равны и составляют 0,03 моль/л.
В системе СО + Н 2 О = СО 2 + Н 2 вычислите равновесные концентрации СО;
Н 2 О; Н 2 , если равновесная концентрация [СО 2 ] равна 0,01 моль/л. Вычислите константу равновесия.
Вычисление константы равновесия системы и исходных концентраций реагирующих веществ
Задание 128.
В гомогенной системе СО + Сl2 ↔ СОСl2 равновесные концентрации реагирующих веществ (моль/л): [СО] = 0,2; [Сl2] = 0,3; [СОСl2] = 1,2. Вычислите константу равновесия системы и исходные концентрации Сl2 и СО. Ответ:
К р = 20; [С12]исх = 1,5 молы/л; [СO]исх = 1.4 молы/л.
Решение:
Уравнение реакции имеет вид:
Выражение константы равновесия данной реакции имеет вид:
Подставляя в него данные задачи, получим:
Кр = 1,2/(0,2 . 0,3) = 20.
Для нахождения исходных концентраций веществ СО и Cl2 учтём, что, согласно уравнению реакции, из 1 моль Со и 1 моль Cl2 образуется 1 моль COCl2. Поскольку по условию задачи в каждом литре системы образовалось 1,2 моль COCl2, то при этом было израсходовано 1,2 моль СО и 1,2 моль Cl2. Таким образом, искомые исходные концентрации равны:
Ответ: К = 20; [С12]исх = 1,5 молы/л; [СO]исх = 1.4 молы/л.
Задание 129.
В гомогенной системе А + 2В = С равновесные концентрации реагирующих газов (молы/л): [А] = 0,06; [В] = 0,12; [С] = = 0,216. Вычислите константу равновесия системы и исходные концентрации веществ А и В. Ответ: К = 250; [А] = 0,276 моль/л; [В] = 0,552 моль/л.
Решение:
Уравнение реакции имеет вид:
Выражение константы равновесия данной реакции имеет вид:
Подставляя в него данные задачи, получим:
Кр = 0,216/[0,06 . (0,12)2] = 250.
Для нахождения исходных концентраций веществ А и В учтём, что, согласно уравнению реакции, из 1 моль А и 2 моль В образуется 1 моль C. Поскольку по условию задачи в каждом литре системы образовалось 0,216 моль C, то при этом было израсходовано 0,216 моль А и 0,432 моль В.
Таким образом, искомые исходные концентрации равны:
[А]исх = 0,06 + 0,216 = 0,276 молы/л;
[В]исх = 0,12 + 0,432 = 0,552 молы/л.
Ответ: Кр = 250; [А] = 0,276 моль/л; [В] = 0,552 моль/л.
Задание 130.
В гомогенной газовой системе А + В С ↔ С + D равновесие установилось при концентрациях (моль/л): [В] = 0,05 и [С] 0,02. Константа равновесия системы равна 0,04. Вычислите исходные концентрации веществ А и В. Ответ: [А] = 0,22 моль/л; [В] = =0,07 молы/л.
Решение:
Уравнение реакции имеет вид:
Обозначим исходную концентрацию вещества А через х. По уравнению реакции в результате взаимодействия веществ А и В образуются одинаковые количества вещества С и D, т. е. равновесные концентрации продуктов будут равны: [С] = [D] = 0,02 моль/л. Подставляем равновесные концентрации веществ в выражение константы равновесия:
Поскольку по условию задачи в каждом литре системы образовалось 0,02 моль веществ C и D, то при этом было израсходовано 0,02 моль А и 0,02 моль В. Таким образом, искомые исходные концентрации равны:
[А]исх = 0,2 + 0,02 = 0,22 молы/л;
[В]исх = 0,05 + 0,02 = 0,07 молы/л.
Ответ: [А] = 0,22 моль/л; [В] = =0,07 молы/л.
Скорость реакции
Задание 131.
Константа скорости реакции разложения N2O, протекающей по уравнению 2N 2 O = 2N 2 + О 2, равна 5 . 10 -4 . Начальная концентрация N2О равна 6,0 моль/л. Вычислите начальную скорость реакции и её скорость, когда разложится 50% N2O. Ответ: 1,8 . 10-2; 4,5 . 10 -3 .
Решение:
Уравнение реакции имеет вид:
Обозначим начальную концентрацию исходного вещества: [N2O] = a. Согласно закону действующих масс, скорость прямой реакции до изменения концентрации N2O равна:
Vпр = ka2 = 5 . 10 -4 . (6) 2 = 1,8 . 10 -2 .
После разложения 50% N2O, концентрация его будет равна 3 моль/л (50 . 6/100 = 3). При новой концентрации N2O скорость прямой реакции ( пр) равна:
Ответ: 1,8 . 10 -2 ; 4,5 . 10 -3 .
Задание 132.
Напишите выражение для константы равновесия гетерогенной системы
СО2 + С ↔ 2СО. Как изменится скорость прямой реакции образования СО, если концентрацию СО2 уменьшить в четыре раза? Как следует изменить давление, чтобы повысить выход СО?
Решение:
Уравнение реакции имеет вид:
При равновесии скорости прямой и обратной реакции равны, а отношение констант этих скоростей постоянно и называется константой равновесия системы:
При гетерогенной реакции учитываются только концентрации газообразных веществ. Обозначим концентрацию исходного вещества: [CO2] = a. Согласно закону действующих масс, скорость прямой реакции до изменения концентрации равна: Vпр = ka. После уменьшения концентрации СО2 в 4 раза её значение можно записать так: [CO2] = 1/4a. При новой концентрации СО2 скорость прямой реакции пр будет равна:
Следовательно, при уменьшении концентрации СО2 в 4 раза скорость прямой реакции уменьшится в 4 раза.Так как в данной системе происходит увеличение объёма (из 1 моль газообразного исходного вещества образуется
2 моль газообразного продукта реакции), то для смещения равновесия в данной системе в сторону прямой реакции – образовании СО надо уменьшить давление в системе.
Задание 133.
Напишите выражение для константы равновесия гетерогенной системы
С + Н2О (г) ↔ СО + Н2. Как следует изменить концентрацию и давление, чтобы сместить равновесие в сторону обратной реакции — образования водяных паров?
Решение:
Уравнение реакции имеет вид:
При равновесии скорости прямой и обратной реакции равны, а отношение констант этих скоростей постоянно и называется константой равновесия данной системы. В выражении для гетерогенной системы концентрации твёрдых веществ не указываются. Выражение константы равновесия для данной реакции:
а) Смещение равновесия в сторону образования водяных паров можно достигнуть увеличением концентрации СО или Н2, так и уменьшением концентрации паров воды, так как, согласно принципу Ле Шателье, равновесие в системе сместится в сторону той реакции, которая ослабляет это воздействие.
б) Так как в данной системе из углерода и водяных паров образуются углекислый газ и водород, т. е. в данной системе увеличивается объём (из 1 моль газа образуется 2 моль газов), то для смещения равновесия в сторону образования паров воды надо увеличить давление.
Равновесие гомогенной системы
Задание 134.
Равновесие гомогенной системы
4НСI (г) + О 2 ↔ 2Н2О (г) + 2Сl2 (г)
установилось при следующих концентрациях реагирующих веществ (молы/л): [Н2O]P = 0,14; [С12]P = 0,14; [НС1]P = 0,20; [O2]р = О,32. Вычислите исходные концентрации хлороводорода и кислорода. Ответ: [НС1]исх = 0,48 моль/л; [О2]исх = 0,39 моль/л.
Решение:
Уравнение реакции имеет вид:
Для нахождения исходных концентраций хлороводорода и кислорода учтём, что согласно уравнению реакции из 4 моль HCl 1 моль О2 образуется 2 моль Н2О и 2 моль Cl2. Поскольку по условию задачи в каждом литре системы образовалось 0,14 моль Н2О и 0,14 моль Cl2, то при этом было израсходовано 0,14 . 4/2 = 0,28 моль HCl и ,
14 . 1/2 = 0,07 моль Cl2. Таким образом, искомые концентрации HCl и Cl2 равны:
Ответ: [НС1]исх = 0,48 моль/л; [О2]исх = 0,39 моль/л.
- Назад
- Вперёд
По теме «Химическое равновесие» необходимо знать и уметь следующее.
1.Приводить примеры обратимых реакций, знать термодинамические признаки химического равновесия, записывать выражение закона действующих масс для равновесия обратимых реакций.
2.Объяснять состояние химического равновесия с позиций химической кинетики.
3.Вычислять исходную концентрацию реагентов при известных равновесных концентрациях реагентов и продуктов; вычислять равновесную концентрацию всех веществ при известной исходной концентрации реагентов и степени их превращения в продукты.
4.Вычислять константу равновесия при известных равновесных концентрациях реагентов и продуктов или вычисленных по п. 2.
5.Вычислять константу равновесия по энергии Гиббса реакции.
6.Вычислять температуру, при которой константа равновесия равна единице.
7.Устанавливать по принципу Ле Шателье направление смещения химического равновесия при изменении условий проведения реакции.
ПРИМЕРЫ ВЫПОЛНЕНИЯ ЗАДАНИЙ
Пример 1. При синтезе аммиака N2+3Н2 ‘ 2NН3 равновесие установилось при следующих концентрациях взаимодействующих веществ
(моль/л): [N2] = 2,5; [H2] = 1,8; [NH3] = 3,6. Вычислите константу равно-
весия этой реакции и исходные концентрации азота и водорода. Решение. Вычисляем константу равновесия реакции (поскольку
даны равновесные концентрации, константа имеет индекс «с»):
|
Kc = |
[NH3 ]2 |
= |
(3,6)2 |
= 0,89. |
||
|
[N2 |
] [H2 |
]3 |
2,5 |
(1,8)3 |
||
Исходные концентрации азота и водорода находим на основе уравнения реакции. На образование 2 моль NН3 расходуется 1 моль азота, следовательно, на образование 3,6 моль аммиака потребовалось 1,8 моль азота. Учитывая равновесную концентрацию азота, находим его исходную концентрацию: 2,5 + 1,8 = 4,3 моль/л. На образование 2 моль NН3 необходимо израсходовать 3 моль H2, следовательно, для получения 3,6 моль NH3 требуется 5,4 моль; исходная концентрация водорода
79
была 1,8 + 5,4 = 7,2 моль/л. Таким образом, реакция начиналась при молярных концентрациях 4,3 (N2) и 7,2 (H2).
Пример 2. В каком направлении смещается равновесие приведенных реакций при повышении температуры и общего давления в системе:
|
1) |
2SO2 + O2 ‘ 2SO3, |
rH° = –196,7 кДж, |
|
|
2) |
3O2 ‘ 2O3, |
rH° = 184,6 |
кДж, |
|
3) N2 + 3H2 ‘ 2NH3, |
rH° = –92,4 |
кДж? |
Решение. Согласно принципу Ле Шателье, при повышении температуры равновесие смещается в сторону эндотермического процесса: для первой и третьей реакций – в сторону образования реагентов, а для второй – в сторону образования продуктов. При повышении общего давления равновесие всех реакций, судя по суммам коэффициентов в левой и правой частях уравнений, смещается в сторону образования продуктов (вправо), которые занимают меньший объём по сравнению с реагентами.
Пример 3. Равновесие реакции 2NО + O2 = 2NО2 установилось при следующих концентрациях реагирующих веществ (моль/л): [NO] = 0,5; [O2] = 0,7; [NO2] = 2,1. Как изменятся скорости прямой и обратной реакций, если в системе уменьшить общее давление в 2 раза? Произойдет ли при этом смещение равновесия реакции?
Решение. До уменьшения давления в системе выражения для скоростей прямой и обратной реакций (обе реакции являются формально простыми) можно записать в следующем виде:
|
→ |
= k1·c2(NO)·c(O2) = k1·(0,5)2·0,7 = 0,175·k1; |
|
v |
|
|
← |
= k2·c2(NO2) = k2·(2,1)2 = 4,41·k2. |
|
v |
При уменьшении давления в 2 раза концентрация всех реагирующих веществ уменьшается также в 2 раза, так как общий объем системы увеличивается в 2 раза (закон Бойля–Мариотта). Тогда:
|
→ |
= k1·(0,5/2)2·(0,7/2) = 0,0219·k1; |
← |
= |
k2·(2,1/2)2 = 1,1025·k2. |
|
v |
v |
В результате уменьшения давления скорости прямой и обратной реакций уменьшились 8 раз и 4 раза, соответственно:
|
→ |
0,175k1 |
← |
4,41k2 |
||||
|
v |
= |
=8; |
v |
= |
= 4. |
||
|
→ |
← |
||||||
|
0,0219k1 |
1,1025k2 |
||||||
|
v1 |
v1 |
80
Таким образом, скорость обратной реакции будет в 2 раза больше, чем прямой, поэтому произойдет смещение равновесия в сторону разложения NО2. Вывод, полученный путем вычисления скоростей реакций, согласуется с качественным правилом Ле Шателье (проверьте).
Пример 4. Реакция протекает по уравнению А + В ‘ 2D (уравнение записано в общем виде). Определите равновесные концентрации всех веществ, если исходные концентрации веществ А и В равны 0,5 моль/л и 0,7 моль/л, а константа равновесия реакции Кc = 50.
Решение. К моменту равновесия концентрации веществ А и В понизятся, а концентрация вещества D увеличится. Согласно уравнению реакции, на каждый моль веществ А и В образуется 2 моль вещества D; поэтому, если понижение концентрации веществ А и В обозначить через х моль, то увеличение концентрации вещества D будет равно 2х моль. Равновесные концентрации веществ будут равны:
[A] = (0,5 – х) моль/л; [B] = (0,7 – х) моль/л; [D] = 2х моль/л.
Подставив эти величины в выражение константы равновесия
|
Kc = |
[D]2 |
= |
4x2 |
= |
4x2 |
= 50; |
|||
|
[A] [B] |
(0,5 − x)(0,7 − x) |
0,35 |
−1,2x + x2 |
||||||
получаем квадратное уравнение:
46x2 – 60x + 17,5 = 0.
Решая это уравнение, получаем два значения х: х1 = 0,86; х2 = 0,44. По условию задачи справедливо значение х2. Отсюда равновесные концентрации веществ равны:
сA = 0,5 – 0,44 = 0,06 моль/л,
сB = 0,7 – 0,44 = 0,26 моль/л, сD = 0,44 2 = 0,88 моль/л.
Пример 5. Химическое равновесие в реакции COCl2(г) ‘ СO + Cl2 установилось при следующих концентрациях веществ (моль/л): COCl2 – 0,1, CO – 0,2, Cl2 – 0,15. В равновесную систему ввели
0,01 моль/л хлора. Определите новые равновесные концентрации веществ.
Решение. 1) Находим константу равновесия до добавления хлора:
|
Кс = |
[CO ] [Cl2 ] |
= |
0 ,2 |
0 ,15 |
= 0,3. |
|
[COCl 2 |
] |
0 ,1 |
|||
2) Добавление хлора вызовет смещение равновесия в сторону исходного вещества (протекания обратной реакции), т.е. уменьшение кон-
81
центраций хлора и СО и увеличение концентрации COCl2. Уменьшение концентрации хлора с момента сдвига равновесия до установления нового равновесия обозначим х. Тогда новые равновесные концентрации веществ (моль/л) будут равны:
[Cl2]’ = (0,15 + 0,01) – х = 0,16 – х; [CO]’ = 0,2 – х; [COCl2]’ = 0,1 + х.
3) Константа равновесия от концентрации не зависит, то есть ее
значение останется прежним. Это позволяет вычислить х и новые равновесные концентрации веществ:
|
0,3 = |
(0,16 − x) (0,2 − x) |
; х = 0,05; |
|
0,1 + x |
[Cl2]’ = (0,15 + 0,01) – 0,05 = 0,11 моль/л; [CO]’ = 0,2 – 0,05 = 0,15 моль/л;
[COCl2]’ = 0,1 + 0,05 = 0,15 моль/л.
Пример 6. Для реакции 2СO2 = 2СО + O2 объемный состав реакционной смеси в момент равновесия при температуре 2273 К был следующим: 88,72 % СО2; 7,52 % СО; 3,76 % O2. Найдите константы равновесия Кр и Kc для этой реакции, если общее давление в системе равно
101325 Па.
Решение. Для реакций, протекающих между газами, константу равновесия удобно вычислять, пользуясь равновесными парциальными давлениями реагирующих веществ (поэтому обозначение константы имеет нижний индекс «р»):
K = рCO2 рO2 . p рCO2 2
Определяем парциальные давления рi реагирующих газов по формуле рi = Poϕi, где Ро – общее давление, ϕi – объёмная доля газа:
р(CO2) = 101325·0,8872 = 0,8990 105 Па; р(CO) = 101325·0,0752 = 0,0762 105 Па; р(O2) = 101325·0,0376 = 0,0381 105 Па.
Вычисляем константу равновесия Кр:
K p = (0,0762 105 )2 0,0381 105 = 27,35 Па. (0,8990 105 )2
Из уравнения состояния идеального газа P·V = n·R·T выражаем давление:
P = Vn ·R·T = c·R·T.
82
Подставляем полученное выражение в уравнение для расчета Кр и выносим общий множитель (R·T):
|
Кр = |
[СО]2 (RT )2 [О2 ] (RT ) |
= |
[СО]2 [О2 ] |
(RT ) = Kc (RT ) |
ν |
, |
|
[СО2 ]2 (RT )2 |
[СО2 ]2 |
где ν – разность между числом моль газообразных веществ в правой и
левой частях уравнения: ν = Σνпрод – Σνисх; ν = 3 – 2 = 1. Из полученного уравнения рассчитываем значение Кс:
|
Kc = |
27,35 |
= 1,44 10 −3. |
|
|
8,314 2273 |
|||
Пример 7. Вычислите константу равновесия обратимой реакции синтеза аммиака при 298 К и 1000 К и сделайте вывод.
Решение. 1) Записываем уравнение реакции и выписываем из справочника термодинамические константы веществ:
|
fН°, кДж/моль |
N2(г) + 3H2(г) ‘ 2NH3(г); |
||
|
0 |
0 |
–46,2 |
|
|
fS°, Дж/(моль·К) |
191,5 |
130,5 |
192,6 |
2) Вычисляем изменение энтальпии и энтропии в ходе реакции:
rHº = (–46,2)·2 = –92,4 кДж.
rSº = 192,6·2 – 130,5·3 – 191,5 = –207,8 Дж/К = –0,2078 кДж/К. 3) Вычисляем энергию Гиббса при заданных температурах:
rGº298 = –92,4 + 0,2078·298 = –30,5 кДж. rGº1000 = –92,4 + 0,2078·1000 = 115,4 кДж.
4) По соотношению (уравнение изотермы Вант-Гоффа) rGT = –R·T·lnKр = –2,3·R·T·lgKр = –19,12·T·lgKр
вычисляем lgКр, а затем константы равновесия:
|
lgKр,298 = 30500/(19,12·298) = 5,85, |
Kр,298 = 2,2·105. |
|
lgKр,1000 = –115400/(19,12·1000) = –6,03, |
Kр,1000 = 1·10–6. |
Результаты расчетов свидетельствуют о том, что при 298 К реакция идет в сторону образования аммиака, а при 1000 К – в сторону его разложения. Следовательно, увеличение температуры приводит к снижению выхода аммиака. Тем не менее, синтез аммиака в промышленности проводят при ≈400 °С (673 К), так как при низких температурах очень мала скорость реакции. При этом для увеличения выхода аммиака повышают давление, которое способствует смещению равновесия вправо в соответствии с принципом Ле Шателье.
83
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
Куприянчик
Г.Г.
Учитель
химии ГУО «Гимназия № 2 г. Пинска»
Задачи на БИС
(табличный метод: было – израсходовано – стало)
Умение
решать расчётные задачи – это важная составляющая для успешной сдачи ЦТ. И
каждому учащему для того, чтобы научиться быстро и качественно решать задачи,
необходимо их решить немалое количество. Со временем у учащихся появляется
навык решения задач несколькими способами, и чем более простой способ решения
задачи они выберут, тем быстрее решиться задача. Учителю необходимо научить,
показать различные способы решения тех или иных задач. В данной статье я
предлагаю рассмотреть табличный метод решения задач на равновесие. Такого рода
задачи я называю – задачи на БИС (было – израсходовано – стало). Данный метод
не является новым, его используют уже давно многие учителя. Однако в литературе
он не часто встречаем. Сам метод является очень удобным. Я полагаю, он будет
полезен для молодых учителей.
Задача
1. Некоторое количество азота и водорода
смешали в сосуде емкостью 3дм3 и нагрели в присутствии железного
катализатора до установления химического равновесия. Определите исходные
концентрации (моль/дм3) веществ в сосуде,
если известно, что равновесная смесь содержала 1,0 моль азота , 2,4 моль
водорода и 0,7 моль аммиака.
Решение:
1)Записываем уравнение
реакции N2+3H2=2NH3.
Решение очень удобно оформлять в виде таблицы (сначала
вносятся известные данные, затем по ходу решения заполняется таблица): стало –
это равновесные количества веществ или концентрации веществ, израсходовано –
это сколько прореагировало, было – исходные количества или концентрации.
|
N2 |
H2 |
NH3 |
|
|
Было |
1,35 |
3,45 |
— |
|
Израсходовано |
0,35 |
1,05 |
— |
|
Стало |
1,0 |
2,4 |
0,7 |
2)По уравнению реакции
находим химическое количество прореагировавшего азота: n(N2)=0,35
моль (вносим в таблицу).
3)Находим
прореагировавшее химическое количество водорода: n(H2)
= 0,35*3= 1,05 моль (вносим в таблицу).
4)Затем находим nисх(N2)=1,0+0,35=1,35
моль.
5)Находим концентрацию
исходного азота: сисх
(N2)=n/V=1,35/3=0,45моль/дм3
6)Находим сисх(H2)=3,45/3=1,15
моль/дм3 .
Ответ:
сисх
(N2)=0,45моль/дм3,
сисх(H2)=1,15
моль/дм3 .
Задача 2.В
гомогенной системе установилось равновесие:
2SO2+O2
↔ 2SO3
Равновесные химические
количества (моль) SO2,
O2
и SO3
соответственно равны 0,1, 0,2 , 0,6.
Определите исходные
химические количества SO2
и O2.
Решение
1)Записываем уравнение
реакции 2SO2+O2=2SO3.
Вносим известные значения
в таблицу и заполняем по мере решения.
|
SO2 |
O2 |
SO3 |
|
|
Было |
0,7 |
0,5 |
— |
|
Израсходовано |
0,6 |
0,3 |
— |
|
Стало |
0,1 |
0,2 |
0,6 |
2)Если SO3
образовалось n(SO3)=
0,6 моль, то значит, прореагировало n(SO2)=
0,6 моль (по уравнению реакции), а химическое количество прореагировавшего O2
по уравнению будет в 2 раза меньше nпрор(O2)=0,6/2=0,3моль.
3)Находим химическое
количество исходного SO2:
nисх(SO2)=0,1+0,6=0,7(моль),
nисхO2=0,2+0,3=0,5(моль).
Ответ: nисх(SO2)=0,7(моль),
nисхO2=0,5(моль).
Задача
3.В замкнутый сосуд поместили 6 моль H2
и 3 моль O2.
Через некоторое время установилось равновесие 2H2(г)
+ O2(г)
=2H2O
(г) и образовалась вода химическим количеством 1,5 моль. Как изменилось
давление в сосуде к моменту установления равновесия?
Решение
1)Записываем уравнение 2H2(г)
+ O2(г)
=2H2O.
Вносим в таблицу значение
количества воды и по мере решения заполняем эту таблицу.
|
H2 |
O2 |
H2O |
|
|
Было |
6 |
3 |
— |
|
Израсходовано |
1,5 |
0,75 |
— |
|
Стало |
4,5 |
2,25 |
1,5 |
2)Находим химическое
количество прореагировавшего водорода: nпрор(H2)=n(H2O);
nпрор(H2)=1,5
моль.
2)Находим химическое
количество прореагировавшего (израсходовано) кислорода: nпрор
(O2)=1,5/2=0,75
моль
3)Находим равновесные
химические количества (стало) H2
и O2;
nравн(H2)=4,5
моль
nравн(O2)=3-0,75=2,25
моль.
4) Находим исходное
количество водорода и кислорода: nисх
(смеси H2+O2)=9
моль
5)Находим
количество равновесной смеси: n2
(смеси)=4,5+2,25+1,5=8,25(моль)
6)Находим изменение
давление по количествам: ∆р = nисх(смеси)
/ n2
(смеси)= 9/8,25=1,091 (давление уменьшится), так как уменьшилось химическое
количество.
Ответ: уменьшилось
в 1,091 раза.
Задача
4.Равновесные
молярные концентрации СO, O2 и CO2 после
установления равновесия 2CO(г) + O2(г) = 2CO2(г) равны
0,3; 0,2 и 0,1 (моль/дм3) соответственно. Рассчитайте объемную долю кислорода в
исходной газовой смеси (исходная молярная концентрация CO2 равна
нулю).
Решение
1)Записываем
уравнение 2СО(г) + O2(г)
=2СO2(Г)
2)Вносим
в таблицу значение равновесных молярных концентраций веществ.
|
СО |
O2 |
СО2 |
|
|
Было |
0,4 |
0,25 |
— |
|
Израсходовано |
0,1 |
0,05 |
— |
|
Стало |
0,3 |
0,2 |
0,1 |
3)По уравнению находим молярные
концентрации прореагировавших угарного газа СО и кислорода: cпрор(CO)=c(CO2)=0,1моль/дм3,
спрор(О2)=
= 
=0,05 (моль/дм3).
4)Затем находим
исходные молярные концентрации угарного газа и кислорода:
сисх(CO)=
cпрор(CO)
+ cравн
(СО) =0,3+0,1=0,4 (моль/дм3); сисх(О2)=
спрор(О2)+ сравн(О2)=0,2+0,05=0,25 (моль/дм3).
5) Находим мольную
долю кислорода в смеси, которая будет равна объёмной доле: если
предположить, что объём смеси равен 1 дм3, то n(O2)=0,25
моль, n(CO)=0,4
моль, мольная доля равна
ᵡ(О2)
= ᵠ = 
=
=
0,385.
Ответ: ᵡ (О2)=0,385.
Задача 5.В
гомогенной системе установилось равновесие:
2SO2(г)+O2(г)
↔ 2SO3(г)
Равновесная молярная
концентрация SO3
равна 0,3 моль/дм3.Рассчитай равновесную молярную концентрацию
оксида серы(II), если известно, что к
моменту установления равновесия прореагировало 60 % от начального химического
количества оксида серы(II).
Решение
1)Записываем уравнение реакции2SO2(г)+O2(г)
↔ 2SO3(г).
Вносим известные значения
в таблицу и заполняем по мере решения.
|
SO2 |
SO3 |
|
|
Было |
0,5 |
— |
|
Израсходовано |
0,3 |
— |
|
Стало |
0,2 |
0,3 |
2) Находим по уравнению
молярную концентрацию израсходованного оксида SO2:
c(SO2)=c(SO3)=0,3моль/дм3.
3)Так как SO2
к моменту установления равновесия прореагировало 60 % от начального
химического количества, находим исходную молярную концентрацию SO2:
сисх(SO2)=0,3/0,6=0,5
моль/дм3.
4) Находим равновесную
молярную концентрацию SO2:
сравн(SO2)=сисх–
сизр=0,5-0,3=0,2 моль/дм3.
Ответ: сравн(SO2)=0,2
моль/дм3.
Задание 23 в ЕГЭ по химии 2022 года – принципиально новое, вот, что написано в спецификации экзамена:
Давайте разберем, необходимую для решения задания теорию:
Обратимые реакции – это реакции, в которых при одних и тех же условиях реагенты превращаются в продукты и продукты в реагенты (в записи реакции это отражают двумя противоположно направленными стрелочками), например:
В реактор мы помещаем азот N₂ и водород H₂ (идет только прямая реакция), как только в системе появляется аммиак NH₃ – он начинает разлагаться (начинается обратная реакция).
И в какой-то момент система приходит к состоянию равновесия: сколько аммиака образовалось в прямой реакции, столько и разложилось в обратной. Значит, несмотря на то, что прямая и обратная реакции непрерывно идут – концентрации веществ остаются постоянными (равновесные концентрации).
Расчёт равновесных концентраций:
Как мы уже разобрали, понятие равновесие завязано на понятии скорости реакции, поэтому и расчет равновесных концентраций будет идти через расчет скоростей прямой и обратной реакции.
Решим задание из демо-версии:
Фраза “реактор постоянного объема” дана для вашей уверенности, что концентрация будет изменяться только в процессе химических реакций, давление и объем системы – постоянные величины, следовательно мы может оперировать концентрацией так же, как количеством вещества. И решается это задание, как стандартная расчетная задача по уравнению реакции:
Вся информация о начальной и конечной концентрации вещества известна для продукта реакции – SO₃:
Начальная концентрация C1 = 0 моль/л
Равновесная концентрация С2 = 0,4 моль/л
Ответ: 25
Реши еще одно задание самостоятельно – ответы пиши в комментарии:
23.1
В реактор постоянного объема поместили некоторое количество водорода и йода. В результате протекания обратимой реакции
H₂ + I₂ = 2 HI
В реакционной системе установилось химическое равновесие.
Используя данные, приведенные в таблице, определите равновесные концентрации H₂ (Х) и HI (Y)
Выберите из списка номера правильных ответов.
1) 0,025 моль/л
2) 0,05 моль/л
3) 0,1 моль/л
4) 0,15 моль/л
5) 0,2 моль/л
6) 0,3 моль/л
