Примеры решения задач. Пример 1. Написать выражения закона действия масс для реакций

Пример 1. Написать выражения закона действия масс для реакций:

а) 2NO_(Г)+О_2(Г)=2NO_2(Г);

б) FеO_(К)+CO_(Г)=Fe_(К)+CO_2(Г).

Решение. а) V =k×C²_NO × (реакция гомогенная);

б) поскольку оксид железа (II) находится в твердом состоянии, его концентрация в ходе реакции не меняется и выражение для скорости данной гетерогенной реакции будет следующим: V = k× C_CO.

Пример 2. Как изменяется скорость реакции образования аммиака N_2(Г)+3H_2(Г)=2NH_3(Г) при уменьшении объема реакционного сосуда в 5 раз?

Решение. До изменения объема системы скорость реакции выражалась уравнением V = k× × . При уменьшении объема системы концентрация каждого компонента возрастает в 5 раз:

V'= k×5 ×(5 )³ =625×k× × .

Сравнивая выражения для V и V', находим, что скорость реакции возрастёт в 625 раз.

.

Пример 3. Температурный коэффициент реакции равен 3. Найдите, во сколько раз увеличится скорость этой реакции при увеличении температуры на 30 градусов.

Решение. По правилу Вант-Гоффа ;

DТ=30 К, g=3;

.

Таким образом, при повышении температуры на 30 градусов скорость ее возросла в 27 раз.

Пример 4. В момент установления равновесия в системе

N_2(Г)+3H_2(Г) 2NH_3(Г)

равновесные концентрации азота, водорода и аммиака соответственно равны 2,5; 1,8 и 3,6 моль/л. Вычислите константу химического равновесия этой реакции (К_С) и начальные концентрации азота и водорода (С₀).

Решение. Вычислим константу равновесия

.

Из уравнения реакции следует, что на образование 2 моль NH₃ расходуется 1 моль N₂. Следовательно, на образование 3,6 моль NH₃ необходимо 3,6:2=1,8 моль N₂ (убыль N₂ в ходе реакции). Отсюда

=[N₂]+ D = 2,5+1,8=4,3 (моль/л).

Аналогично рассматриваем начальную концентрацию H₂: на образование 2 моль NH₃ расходуется 3 моль Н₂, а для получения 3,6 моль NH₃ требуется 3,6×3/2=5,4 моль Н₂ (убыль Н₂ в реакции).

=[H₂]+ D = 1,8+ 5,4=7,2 (моль/л).

Таким образом, реакция начиналась при исходных концентрациях азота и водорода: 4,3 моль/л и 7,2 моль/л соответственно.

Пример 5. Как повлияет повышение концентраций исходных веществ и понижение температуры и давления на равновесие реакции

, DН°=–41,2 кДж?

Решение. Согласно принципу Ле-Шателье, увеличение концентрации СО и Н₂О приведет к смещению равновесия в сторону реакции, уменьшающей концентрации этих веществ, т.е. равновесие смещается вправо, в сторону прямой реакции. Из термохимического уравнения реакции видно, что прямая реакция является экзотермической (DН<0) и понижение температуры реакции сместит равновесие в сторону нагрева системы, т.е. в сторону экзотермической реакции, вправо.

Из уравнения реакции видно, что реакция проходит в газовой фазе без изменения числа частиц газообразных веществ (вступают в реакцию 2 частицы и образуются 2 частицы). Поэтому понижение давления не приведет к смещению химического равновесия данной реакции.

Контрольные вопросы

126. Во сколько раз изменится скорость реакции 2А+В=А₂В, если концентрацию вещества А увеличить в 2 раза, а концентрацию вещества В уменьшить в 2 раза? Ответ: возрастет в 2 раза.

127. В начальный момент протекания реакции N₂+3H₂=2NH₃ концентрации были равны: =1,5 моль/л; =2.5 моль/л. Какими будут концентрации азота и водорода тогда, когда концентрация аммиака будет равна 0,5 моль/л? Ответ: 1.25 моль/л и 1.75 моль/л.

128. Начальные концентрации веществ в реакции

СО+H₂O_(Г) СО₂+Н₂

были равны: С_0(СО)=0,5моль/л; =0,6моль/л; =0,4 моль/л; =0,2 моль/л. Вычислить концентрации всех веществ после того, как прореагировало 60 % Н₂О. Ответ: 0,24 моль/л; 0,14 моль/л; 0,76 моль/л; 0,56 моль/л.

129. Через некоторое время после начала реакции

3А+В 2С+D

концентрации веществ составили: С_А=3 моль/л; С_В=1моль/л, С_С=0,8 моль/л. Каковы начальные концентрации веществ А и В? Ответ: 4,2 моль/л и 1,4моль/л.

130. В системе СО+Cl₂ COCl₂

концентрацию СО увеличили от 0,3 до 1,2 моль/л, а концентрацию Сl₂ – от 0,2 до 0,6 моль/л. Во сколько раз возросла скорость прямой реакции? Ответ: в 12 раз.

131. Константа скорости реакции А+2В 3С

равна 0,6 л²/(моль²×с). Начальные концентрации: С_0(А)=2,0 моль/л; С_0(В)=2,5 моль/л. В результате реакции концентрация вещества В оказалась равна 0,5 моль/л. Найдите концентрацию вещества А и скорость реакции. Ответ: 1,0 моль/л; 0,15 моль/(л×с).

132. Во сколько раз уменьшится скорость реакции, протекающей в газовой фазе, если понизить температуру от 120 °C до 80 °C. Температурный коэффициент скорости реакции равен 3. Ответ: в 81 раз.

133. Чему равен температурный коэффициент скорости реакции, если при увеличении температуры на 30 градусов скорость реакции возросла в 15,625 раза? Ответ: 2,5.

134. При 150 °C реакция заканчивается за 16 мин. Принимая температурный коэффициент скорости реакции равным 2,5, рассчитайте, через какое время закончится эта реакция, если проводить ее при: а) 200 °C; б) 80 °C. Ответ: а) 9,8 с; б) 162,76 ч.

135. В гомогенной системе CO+Cl₂ COCl₂ равновесные концентрации веществ равны: [CO]=0,2 моль/л, [Cl₂]=0,3 моль/л, [COCl₂]=1,2моль/л. Вычислите константу равновесия и начальные концентрации Cl₂ и СО. Ответ: 20; 1,5 моль/л; 1,4 моль/л.

136. Через некоторое время после начала реакции
4HCl+O₂ 2Н₂О+2Сl₂ концентрации ее участников стали равны: С_HCl=0,85 моль/л; =0,44 моль/л; =0,30 моль/л. Какими были концентрации HCl и О₂ в начальный момент времени? Ответ: 1,45моль/л; 0,59моль/л.

137. Вычислите, при какой температуре реакция закончится за 45 мин, если при 293 К на это требуется 3 часа. Температурный коэффициент скорости реакции равен 3,2. Ответ: 304,9 К.

138. При некоторой температуре равновесие в системе

2NO₂ 2NO + O₂

установилось при следующих концентрациях: [NO₂]=0,06 моль/л, [NO]=0,24 моль/л, [O₂]=0,12 моль/л. Найти константу равновесия этой реакции и начальную концентрацию NO₂. Ответ: 1,92; 0,3 моль/л.

139. При 713 К константа диссоциации HI равна 1/64. Найти концентрации Н₂, I₂ и НI в состоянии равновесия, если вначале было взято 2 моль НI. Объем реакционного сосуда равен 5 л. Ответ: 0,04 моль/л; 0,04 моль/л; 0,032 моль/л.

140. В гомогенной системе А+2В С равновесные концентрации равны: [А] = 0,06 моль/л; [В] = 0,12 моль/л; [С] = 0,216 моль/л. Вычислите константу равновесия и начальные концентрации веществ А и В. Ответ: 250; 0,276 моль/л; 0,552 моль/л.

141. Константа равновесия реакции

FeO_(К)+CO_(Г) Fe_(К)+CO_2(Г)

при некоторой температуре равна 0,5. Найдите равновесные концентрации CO и CO₂, если их начальные концентрации были равны: C_0(CO) = 0,05 моль/л; = 0,01 моль/л. Ответ: 0,04 моль/л; 0,02 моль/л.

142. Константа равновесия реакции A_(Г)+B_(Г) C_(Г)+D_(Г) равна единице. Сколько процентов вещества A подвергается превращению, если смешать 3 моль вещества A и 5 моль вещества B?
Ответ: 62,5 %.

143. Реакция протекает по уравнению 2A B. Начальная концентрация вещества A равна 0,2 моль/л. Константа равновесия реакции
K_C=0,5. Определите равновесные концентрации веществ A и B.
Ответ: 0,170 моль/л; 0,015 моль/л.

144. Почему при изменении давления смещается равновесие системы

N₂+3H₂ 2NH₃

и не смещается равновесие системы

N₂+O₂ 2NO?

Ответ мотивируйте на основании расчета скоростей прямой и обратной реакций в этих системах до и после изменения давления. Напишите выражения для констант равновесия каждой из систем.

145. В каком направлении сместится равновесие реакции 2CO+2H₂ CH₄+CO₂, если концентрации всех реагирующих веществ уменьшить в 3 раза?

146. Как повлияет на равновесие реакций

2H_2(Г)+O_2(Г) 2H₂O_(Г), DH° = – 483,6кДж,

CaCO_3(К) CaO_(К)+CO_2(Г), DH° = 179кДж

а) повышение давления; б) повышение температуры?

Ответы мотивируйте.

147. Указать, какими изменениями концентраций реагирующих веществ можно сместить вправо равновесие реакции

CO_2(Г)+C_{(графит)} 2CO _(Г).

148. При состоянии равновесия в гомогенной системе

N₂+3H₂ 2NH₃

концентрации веществ были равны: [N₂] = 0,3 моль/л; [H₂] = 0,9 моль/л; [NH₃] = 0,4 моль/л. Рассчитайте, как изменятся скорости прямой и обратной реакции, если увеличить давление в системе в 5 раз. В каком направлении сместится равновесие? Ответ: увеличатся в 625 раз и в 25 раз; вправо.

149. В каком направлении будет смещаться равновесие при повышении температуры и давления для следующих обратимых реакций:

а) 2SO_2(Г)+O_2(Г) 2SO_3(Г), DH° = – 196,6кДж;

б) 3O_2(Г) 2O_3(Г), DH° = 184,6кДж;

в) 2CO_(Г) + O_2(Г) 2CO_2(Г), DH° = – 566,0кДж.

150. Химическое равновесие гомогенной реакции

COCl₂ CO+Cl₂

установилось при концентрациях участвующих в реакции веществ: [COCl₂] = 10 моль/л; [CO] = 2 моль/л; [Cl₂] = 4 моль/л. В равновесную систему добавили хлор в количестве 4 моль/л. Определите новые равновесные концентрации реагирующих веществ после смещения равновесия. Ответ: 10,8 моль/л; 1,2 моль/л; 7,2 моль/л.