Химия. Примеры решения задач контрольной работы

Библиотека учебных материалов для студентов. Информатика

Начертательная геометрия
Инженерная графика
Машиностроительное черчение
Химия
Современная теория строения атомов и молекул
Закон эквивалентов
Рассчитайте мольную массу
ХИМИЧЕСКАЯ СВЯЗЬ
ЭНЕРГЕТИКА ХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
СКОРОСТЬ ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ
ХИМИЧЕСКОЕ РАВНОВЕСИЕ
СВОЙСТВА РАСТВОРОВ
ИОННЫЕ РЕАКЦИИ ОБМЕНА
ГИДРОЛИЗ СОЛЕЙ
Окислительно-восстановительные реакции
ГАЛЬВАНИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ
ЭЛЕКТРОЛИЗ
КОРРОЗИЯ МЕТАЛЛОВ
ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МЕТАЛЛОВ
Полимеры
ДИСПЕРСНЫЕ СИСТЕМЫ
КОЛИЧЕСТВЕННЫЙ АНАЛИЗ
Пример решения задачи № 2
Гидромеханические методы
Теплопередача
Расчет коэффициента теплопередачи
Классы неорганических соединений
Элементы химической термодинамики
Электролитическая диссоциация
Электролитическая диссоциация
Дисперсные системы
Растворы неэлектролитов
Степень окисления
Электрохимические процессы

ХИМИЧЕСКОЕ РАВНОВЕСИЕ

Примеры решения задач

Пример 1. Константа равновесия гомогенной системы

 СО (г)+Н2О (г) ↔СО2 (г)+Н2 (г)

при 850°С равна 1. Вычислите концентрации всех веществ при равновесии, если исходные концентрации: ()исх.=З моль/л, ()исх.=2 моль/л.

Решение. При равновесии скорости прямой и обратной реакции равны, а отношение констант этих скоростей называется константой равновесия данной системы и выражается через равновесные концентрации участников реакции следующим образом:

 Кравн. = 

В условии задачи даны исходные концентрации тогда как в выражение Кравн. входят только равновесные концентрации всех веществ системы. Предположим, что к моменту равновесия концентрации ()равн.== х моль/л. Согласно уравнению реакции:

  х моль х моль х моль х моль

 СО (г)+Н2О (г) ↔СО2 (г)+Н2 (г)

  1моль 1моль 1моль 1моль

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 будут:

()равн. = ()равн. = х моль/л;

()равн. = (З — х) моль/л;

()равн. = (2 — х) моль/л.

Зная константу равновесия, находим значение х, а затем и исходные концентрации всех веществ:

 1 = ,

Отсюда х = 1,2 моль/л. Таким образом, равновесные концентрации участников реакции:

()равн. = ()равн. =1,2 моль/л; ()равн. = (З — 1,2) = 1,8 моль/л;

()равн. = (2 — 1,2) = 0,8 моль/л.

Пример 2. Эндотермическая реакция разложения пентахлорида фосфора протекает по уравнению

 РСl5 (г) ↔РСl3 (г) + С12 (г);∆Hх.р. = + 92,59 кдж.

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 (∆Нх.р.>0), то для смещения 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 РСl5 так и уменьшением концентрации РСl3 или С12.

Пример 3. Равновесие в системе H2(г)+ I2(г)↔ 2HI(г) установилось при следующих концентрациях участников реакции: HI – 0,05 моль/л, водорода и иода – по 0,01моль/л. Как изменятся концентрации водорода и иода при повышении концентрации HI до 0,08моль/л?

Решение. Зная равновесные концентрации участников реакции, можно рассчитать константу равновесия данной реакции:

;

При повышении концентрации HI до 0,08моль/л равновесие сместится в обратном направлении, т.е.более интенсивно начнет протекать обратная реакция

 хмоль хмоль 2хмоль

H2(г)+ I2(г)↔ 2HI(г)

 1моль 1моль 2моль

Если убыль HI к моменту достижения нового состояния равновесия принять равной 2х моль, то прирост концентраций Н2 и I2 к этому моменту составит х моль; подставив новые равновесные концентрации в выражение для константы равновесия, получим:

,  откуда х = 0,004,

и новые равновесные концентрации Н2 и I2 составят (0,01+0,004) = 0,014 моль/л.

Контрольные задания 

141. В каком направлении сместится равновесие системы

СО(г) + 3 Н2(г) ↔ СН4(г) + Н2О(г); ΔНо298<0

а) при повышении температуры; б) введении катализатора; в)понижении давления? Напишите выражение константы равновесия данной реакции.

142. Исходные концентрации монооксида углерода и водяного пара в системе:

СО + Н2О ↔ СО2 + Н2

составляли соответственно 0,09 и 0,03 моль/л. К моменту равновесия прореагировало

22% СО. Найдите равновесные концентрации остальных участников реакции и константу равновесия. 

Ответ:0,02моль/л;0,07моль/л;0,01моль/л;0,57.

143. Восстановление Fe2O3 водородом протекает по уравнению

Fe2O3(к) + 3 H2(г) ↔ 2 Fe(к) + 3 H2O(г) ; ΔНо298 = +98,6 кДж

В каком направлении сместится равновесие системы а) при уменьшении температуры;

б) увеличении концентрации водорода; в)понижении давления? Напишите выражение константы равновесия данной реакции.

144. При 509оС константа скорости прямой реакции H2(г)+ I2(г)↔ 2HI(г)

равна 0,16, а обратной - 0,0047. Напишите выражение для константы равновесия и рассчитайте ее значение. 

 Ответ: 34.

145. При 494оС константа равновесия реакции 2NО (г) +О2 (г) ↔ 2NО2 (г) равна 2,2. Равновесные концентрации NО и О2 соответственно равны 0,020 и 0,030 моль/л. Вычислите их исходные концентрации. 

Ответ: 0,025 моль/л; 0,0325 моль/л.

146. Как повлияет на выход SO2 в системе:

SO3(г) + C(к) ↔ SO2(г) + CO(г)

а) уменьшение общего объема смеси; б) уменьшение концентрации SO3; в) введение катализатора?

147. Исходные концентрации SO2 и O2 в системе: 2SO2 + O2 ↔ 2SO3 составили соответственно 4 моль/л и 2 моль/л, исходное давление было равно 3,039∙105 Па. К моменту равновесия прореагировало 80% SО2. Найдите равновесные концентрации всех участников реакции, константу равновесия и давление в момент равновесия.

 Ответ:3,2моль/л;0,8моль/л;0,4моль/л;40;2,23∙105 Па.

 148. Исходная концентрация метана СН4 в системе СН4(г) ↔ С(к) + 2 Н2(г) составила 0,035 моль/л. К моменту равновесия прореагировало 80 % метана. Рассчитайте значение константы равновесия. 

Ответ: 0,112.

149. Равновесие в системе N2(г) +3H2(г) ↔ 2NH3(г) установилось при следующих концентрациях участников реакции: N2 – 3 моль/л, H2 – 7 моль/л и NH3 – 3 моль/л. Как изменится концентрация остальных веществ при увеличении концентрации Н2 до 10моль/л? 

Ответ:  4,44 и 2,28 моль/л.

150. Как изменится скорость прямой и обратной реакции в системе

2С2Н2(г) + 3H2O(г) → С3Н6О(г) + СО2(г) + Н2(г)

если уменьшить объем реактора в 2 раза? Повлияет ли это на равновесие в системе?

  Ответ: 32 раза; 8 раз.

151. В каком направлении будет смещаться равновесие системы

2 СО2(г) ↔ 2 СО (г) + О2 (г) ; ΔНо298 = + 566 кДж

при: а) увеличении давления в системе; б) увеличении концентрации СO; в) введении катализатора; г) уменьшении температуры? Напишите выражение константы равновесия данной реакции.

152. Константа равновесия системы 2NО (г) +О2 (г) ↔ 2NО2 (г) равна при некоторой температуре 2,22, а начальная концентрация NО составила 4 моль/л. Какова должна быть начальная концентрация О2, чтобы доля окисленного NO составила 40%? 

  Ответ: 1,0 моль/л.

 153. При каких условиях равновесие реакции

MnO2(к) + 4HCl(г) ↔ MnCl2(к) + Cl2(г)

будет смещаться в сторону образования  Cl2? Напишите выражение константы равновесия данной реакции.

154. Константа равновесия реакции СО(г)+С12(г) ↔ СОСl2(г) равна 50. Равновесные концентрации СО и Cl2 составили соответственно 0,05 и 0,02 моль/л. Найдите равновесную концентрацию СОСl2 и исходные концентрации СО и Cl2.

Ответ: 0,05; 0,1 и 0,07 моль/л.

155. При некоторой температуре равновесные концентрации в системе 

N2O4(г) ↔ 2NO2(г)

равны для N2O4 0,15 моль/л и для NO2 0,08 моль/л. Как изменится концентрация NO2 при понижении концентрации N2O4 до 0,10 моль/л? 

Ответ:  0,065 моль/л.

156. Константа равновесия реакции СОСl2(г) ↔ СО(г)+С12(г) равна 0,02. Исходная концентрация СОCl2 составила 0,5 моль/л. Рассчитайте равновесную концентрацию Сl2. Какую исходную концентрацию СОCl2 следует взять, чтобы увеличить выход хлора в 2 раза? 

Ответ: 0,18 моль/л; 1,8 моль/л.

 157. Напишите выражение для константы равновесия гомогенной системы

СН4(г) + СО2(г) ↔ 2 СО(г) + 2 Н2(г) ΔНо298>0;

Как следует изменить температуру и давление, чтобы увеличить выход водорода? Как повлияет на величину выхода водорода увеличение концентрации СО?

158. Константа равновесия системы СCl4(г) ↔ 2Cl2 (г) +C (к) при температуре 700 К составляет 0,77. Начальная концентрация СCl4 равна 3,2 моль/л. Рассчитайте равновесные концентрации участников реакции. 

Ответ: 2,5 моль/л; 1,4 моль/л.

159. Константа равновесия реакции PCl5 ↔ PCl3 + Cl2 равна 0,63 при 500оС. Равновесные концентрации PCl3 и Cl2 одинаковы и равны 0,54 моль/л. Найдите равновесную и исходную концентрации PCl5. 

Ответ: 0,46 моль/л; 1,0 моль/л.

160. Константа равновесия  системы H2(г)+ I2(г)↔ 2HI(г) при некоторой температуре равна 50. Сколько молей H2 надо взять на 1 моль I2 , чтобы 90% последнего перевести

в HI? 

Ответ: 1,55 моль.

Химия. Примеры решения задач контрольной работы