ТОР 5 статей: Методические подходы к анализу финансового состояния предприятия Проблема периодизации русской литературы ХХ века. Краткая характеристика второй половины ХХ века Характеристика шлифовальных кругов и ее маркировка Служебные части речи. Предлог. Союз. Частицы КАТЕГОРИИ:
|
И ХИМИЧЕСКОЕ РАВНОВЕСИЕКинетика – учение о скорости различных процессов, в том числе химических реакций. Критерием принципиальной осуществимости реакций является неравенство ΔG <0.Но это неравенство не является еще полной гарантией фактического течения процесса в данных условиях, не является достаточным для оценки кинетических возможностей реакции. Так, ΔG (H2O(г))= -228,59 кДж/моль, а ΔG (AlI3(к)) = -313,8 кДж/моль и, следовательно, при Т = 298 К и Р = 101,325 кПа возможны реакции, идущие по уравнениям: Н2(г) + ½О2(г) = Н2О(г), 2Аl(к) + 3I2(к) = 2АlI3(к). 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 факторы определяют и достижение равновесия в реагирующей системе.
Пример 1. Как изменятся скорости прямой и обратной реакций в системе 2SО2(г) + О2(г) ↔ 2SО3(г), если объем газовой смеси уменьшить в три раза? В какую сторону сместится равновесие системы? Решение. Обозначим концентрации реагирующих веществ: [SO2] = а, [O2] = b, [SO3] = c. Согласно закону действия масс скорости и прямой и обратной реакций до изменения объема можно рассчитать по уравнениям: Vпр = k ∙a2·b; Vобр = k1 ∙с2. После уменьшения объема гомогенной системы в три раза концентрация каждого из реагирующих веществ увеличится в три раза: [SO2] = 3a, [O2] = 3b, [SO3] = 3с При новых концентрациях скорости V’ прямой и обратной реакции рассчитывается по формулам V'пр = k·(3a)2·(3b) = 27·k·a2·b; V'обр= k1·(3с)2 = 9·k1·с2. Отсюда Следовательно, скорость прямой реакции увеличится в 27 раз, а обратной – только в 9 раз. Равновесие системы сместится в сторону образования серного ангидрида (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 Vt2, протекающей при температуре 70оС, увеличится по сравнению со скоростью реакции Vt1, протекающей при температуре 30оС, в 16 раз.
Пример 3. Константа равновесия гомогенной системы СО(г) + Н2О(г) ↔ СО2(г) + Н2(г) при 850оС равна 1. Вычислите концентрации всех веществ при равновесии, если исходные концентрации: ССО = 3 моль/л, СН2О = 2 моль/л. Решение. При равновесии скорости прямой и обратной реакций равны, а отношение констант этих скоростей есть тоже величина постоянная и называется константой равновесия К данной системы: Vпр =k1[CO][H2O]; Vобр = k2 [CO2][H2]; В условии задачи даны исходные концентрации, тогда как в выражение Кравн входят только равновесные концентрации всех веществ системы. Предположим, что к моменту равновесия концентрация [CO2] = x моль/л. Согласно уравнению системы число молей образовавшегося водорода при этом будет также х моль/л. По столько же молей (х моль/л) СО2 и Н2. Следовательно, равновесные концентрации всех четырех веществ будут:
Зная константу равновесия, находим значение х, а затем и равновесные концентрации всех веществ: ; х2 = 6 – 2х – 3х + х2; 5х = 6; х = 1,2 моль/л.
Таким образом, искомые равновесные концентрации: [CO2] = 1,2 моль/л; [H2] = 1,2 моль/л; [CO] = 3 – 1,2 = 1,8 моль/л; [H2О] = 2 – 1,2 = 0,8моль/л. Пример 4. При некоторой высокой температуре константа равновесия Кс газовой реакции равна 4. Н2(г) + I2(г) ↔ 2HI(г). Определить выход НI, если для реакции взято 4 моль/л водорода и 3 моль/л йода. Решение. Искомый выход, т.е. равновесную концентрацию HI, обозначим через х. Дальнейший ход решения тот же, что и в предыдущей задаче.
отсюда х=3,5 моль/л. Пример 5. Эндотермическая реакция разложения пентахлорида фосфора протекает по уравнению РСl5(г) → РСl3(г) + Сl2(г); ΔН = + 92,59 кДж. Как надо изменить: а) температуру; б) давление; в) концентрации, 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: если на систему, находящуюся в состоянии равновесия оказывается внешнее воздействие, то равновесие смещается в сторону реакции, ослабляющей это внешнее воздействие. а) Так как реакция разложения РСl5 эндотермическая (ΔН> 0), то для смещения равновесия в сторону прямой реакции нужно повысить температуру; б) так как в этой системе разложения 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) смещение равновесия в указанном направлении можно достигнуть как увеличением концентрации РСl5 , так и уменьшением концентрации РСl3 или Сl2.
Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском:
|