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. = х моль/л;
(
)равн. = (З — 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:
(
(
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 |