Возможна ли эта реакция при стандартных условиях?

Ответ: --957,77 кДж.

102. На основании стандартных теплот образования и абсолютных стандартных энтропии соответствующих веществ вычислите ДG0298 реакции, протекающей по уравнению

СО2 (г) + 4Н2 (г) = СН4(г) + 2Н2О(ж)

Возможна ли эта реакция при стандартных условиях?

Ответ: --130,89 кДж.

103. Вычислите ?Н, ДS и ДGТ реакции, протекающей по уравнению

Fe2O3 (к) + 3Н2 (г) = 2Fe (к) + 3Н2О(г)

Возможна ли реакция восстановления Fe2O3 водородом при температурах 500 и 2000 К? Ответ: +96,61 кДж; 138,83 Дж/К; 27,2 кДж; -181,05 кДж.

104. Какие из карбонатов: ВеСОз или ВаСОз -- можно получить по реакции взаимодействия соответствующих оксидов с СО2? Какая реакция идет наиболее энергично? Вывод сделайте, вычислив ДG°298 реакций. Ответ: +31,24 кДж; -130,17 кДж; -216,02 кДж. Почему 3 значения?

105. На основании стандартных теплот образования и абсолютных стандартных энтропии соответствующих веществ вычислите ДG0298 реакции, протекающей по уравнению

СО (г) + 3Н2 (г) = СН4(г) + Н2О(г)

Возможна ли эта реакция при стандартных условиях?

Ответ: --142,16 кДж.

106. Вычислите ?Но, ДSо и ДGо реакции, протекающей по уравнению

ТіО2 (к) + 2С (к) = Ті (к) + 2СО(г)

Возможна ли реакция восстановления ТіО2 углеродом при температурах 1000 и 3000 К?

Ответ: +722,86 кДж; 364,84 Дж/К; +358,02 кДж; -371,66 кДж.

107. На основании стандартных теплот образования и абсолютных стандартных энтропии соответствующих веществ вычислите ДG0298 реакции, протекающей по уравнению

С2Н4(г) + 3О2 (г) = 2СО2 + 2Н2О(ж)

Возможна ли эта реакция при стандартных условиях?

Ответ: --1331,21 кДж.

108. Определите, при какой температуре начнется реакция восстановления Fe3O4 , протекающая по уравнению

Fe3O4 (к) + СО (г) = 3FeО (к) + СО2 (г) ?Н = +34,55 Кдж

Ответ: 1102,4 К.

109. Вычислите, при какой температуре начнется диссоциация пентахлорида фосфора, протекающая по уравнению

РС15(г) = РС13(г) + С12(г) ?Н = + 92,59 Кдж

Ответ: 509 К.

110. Вычислите изменение энтропии для реакций, протекающих по уравнениям:

2СН4(г) = С2Н2(г) + 3Н2 (г)

N2(г) + 3Н2 (г) = 2NН3 (г)

С (графит) + О2(г) = СО2 (г)

Почему в этих реакциях ДSо > 0; < 0; ? 0?

Ответ: 220,21 Дж/К; -198,26 Дж/К; 2,93 Дж/К.

111. Вычислите ДG0298 для следующих реакций:

а) 2NaF (к) + Cl2 (г) = 2NaCl (к) + F2 (г)

б) PbO2 (к) + 2Zn (к) = Pb (к) + 2ZnO (к)

Можно ли получить фтор по реакции (а) и восстановить РЬО2 цинком по реакции (б)? Ответ: + 313,94 кДж; -417,4 кДж.

112. При какой температуре наступит равновесие системы

4НС1 (г) + О2 (г) - 2Н2О (г) + 2С12 (г);?Н = -114,42 кДж

Хлор или кислород в этой системе является более сильным окислителем и при каких температурах? Ответ: 891 К.

113. Восстановление Fe3O4 оксидом углерода идет по уравнению

Fe3O4 (к) + СО (г) = 3FeO (к) + СО2 (г)

Вычислите ДG0298 и сделайте вывод о возможности самопроизвольного протекания этой реакции при стандартных условиях. Чему равно ДS0298 в этом процессе? Ответ: +24,19 кДж; +31,34 Дж/ (моль · К).

114. Реакция горения ацетилена идет по уравнению

С2Н2 (г) + 5/2О2 (г) = 2СО2 (г) + Н2О (г)

Вычислите ДG0298 и ДS0298. Объясните уменьшение энтропии в результате этой реакции. Ответ: -1235,15 кДж; -216,15 Дж/(моль · К)

115. Уменьшается или увеличивается энтропия при переходах: а) воды в пар; б) графита в алмаз? Почему? Вычислите ДS0298 каждого превращения. Сделайте вывод о количественном изменении энтропии при фазовых и аллотропических превращениях. Ответ: а) 118,78 Дж/(моль·К); б) -3,25 Дж/(моль·К).

116. Чем можно объяснить, что при стандартных условиях невозможна экзотермическая реакция

Н2(г) + СО2 (г) = СО (г) + Н2О (ж); ?Н = -2,85 кДж

Зная тепловой эффект реакции и абсолютные стандартные энтропии соответствующих веществ, определите ДG0298 этой реакции. Ответ: +19,91 кДж.

117. Прямая или обратная реакция будет протекать при стандартных условиях в системе

2NО (г) + О2 = 2NО2 (г)

Ответ мотивируйте, вычислив ДG0298 прямой реакции. Ответ: -69,70 кДж.

118. Исходя из значений стандартных теплот образования и абсолютных стандартных энтропий соответствующих веществ, вычислите ДG0298 реакции, протекающей по уравнению NН3(г) + НС1(г) = NН4С1(к). Может ли эта реакция при стандартных условиях идти самопроизвольно? Ответ: -92,08 кДж.

119. При какой температуре наступит равновесие системы

СО (г) + 2Н2(г) = СН3ОН (ж) ?Н = -128,05 кДж

Ответ: 385,5 К.

120. При какой температуре наступит равновесие системы

СН4(г) + СО2 (г) = 2СО (г) + 2Н2 (г)?Н = +247,37 кДж

Ответ: 961,9 К.

ТЕМА: Химическая кинетика и равновесие

Кинетика -- учение о скорости различных процессов, в том числе химических реакций. Критерием принципиальной осуществимости реакций является неравенство ДGР,Т < 0. Но это неравенство не является еще полной гарантией фактического течения процесса в данных условиях, не является достаточным для оценки кинетических возможностей реакции.

Так, ДGо298,Н2О = -228,59 кДж/моль, а ДGо298,А1С13 = -313,8 кДж/моль и, следовательно, при Т = 298 К и Р = 1,013 * 105 Па возможны реакции, идущие по уравнениям:

Н2(г) + ЅО2(г) = Н2О(г)

2А1 (к) + 3I2 (к) = 2А1I3(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 же факторы определяют и достижение равновесия в реагирующей системе.

Пример 1.

Во сколько раз изменится скорость прямой и обратной реакции в системе

2SO2(г) + O2(г) = 2SO3(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] = с.

Согласно закону действия масс скорости V прямой и обратной реакции до изменения объема

Vпр = К а2b; Vобр = К1 с2;

После уменьшения объема гомогенной системы в три раза концентрация каждого из реагирующих веществ увеличится в три раза: [SO2] = 3а; [O2] = 3b; [SO3] = 3с. При новых концентрациях скорости V прямой и обратной реакции изменились

V`пр = К (3а)2 3b = 27•Ка2b; V`обр = К1 (3с)2 = 9•К1 с2 ;

Отсюда

V`пр /Vпр = 27•Ка2b/К а2b =27; V`обр /Vобр = 9•К1 с2 /К1 с2 = 9

Следовательно, скорость прямой реакции увеличилась в 27 раз, а обратной -- только в девять раз. Равновесие системы сместилось в сторону образования SO3.

Пример 2.

Вычислите, во сколько раз увеличится скорость реакции, протекающей в газовой фазе, при повышении температуры от 30 до 70° С, если температурный коэффициент реакции равен 2.

Решение. Зависимость скорости химической реакции от температуры определяется эмпирическим правилом Вант-Гоффа по формуле

Vt(2)/Vt(1) = гДt/10,

Где:

Дt = t2 - t1 = 70 - 30 = 40оС.,

Vt(1) - скорость реакции при температуре t1;

Vt(2) - скорость реакции при температуре t2;

г - температурный коэффициент, который показывает, как изменится скорость реакции при изменении температуры на 10 оС.

Vt(2)/Vt(1) = гДt/10 = 240/10 =24 = 16.

Следовательно, скорость реакции Vt(2) при температуре 70є С больше скорости реакции Vt(1) при температуре 30° С в 16 раз.

Пример 3.

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: [СО]исх = 3 моль/л, [Н2О]исх = 2 моль/л.

Решение. При равновесии скорости прямой и обратной реакций равны, а отношение констант этих скоростей постоянно и называется константой равновесия данной системы:

Vпр = К1 [СО] [Н2О]; Vобр = К2 [СО2] [Н2];

КР = К1/К2 = ([СО2] [Н2]) / ([СО] [Н2О]);

В условии задачи даны исходные концентрации, тогда как в выражение КР входят только равновесные концентрации всех веществ системы. Предположим, что к моменту равновесия концентрации [СО2]р = Х моль/л. Согласно уравнению системы 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 равны

[СО2]р = [Н2]р = Х моль/л; [СО]р = (3 - Х) моль/л; [Н2О]р = (2 - Х)

моль/л;

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

1 = Х2 /((3 - Х) (2 - Х) ); Х = 1,2 моль/л.

Таким образом, искомые равновесные концентрации равны:

[СО2]р = 1,2 моль/л;

[Н2]р = 1,2 моль/л;

[СО]р = (3 - 1,2) = 1,8 моль/л;

[Н2О]р = (2 - 1,2) = 0,8 моль/л;

Пример 4

Эндотермическая реакция разложения пентахлорида фосфора протекает по уравнению

РС15(г) = РС13(г) + С12(г) ?Н = + 92,59 Кдж

Как надо изменить: а) температуру; б) давление; в) концентрацию, чтобы сместить равновесие в сторону прямой реакции -- разложения PCI5?

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 РС15 эндотермическая (?Н >0), то для смещения равновесия в сторону прямой реакции нужно повысить температуру;

б) так как в данной системе разложение РС15 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 PCl5, так и уменьшением концентрации-РС13 или C12.

Контрольные вопросы

121. Константа скорости реакции разложения N2O, протекающей по уравнению

2N2O = 2N2 + O2

равна 5·10-4. Начальная концентрация N2O = 6,0 моль/л. Вычислите начальную скорость реакции и скорость, когда разложится 50% N2O. Ответ: 1,8·10-2; 4,5·10-3.

132. Напишите выражение для константы равновесия гетерогенной системы

СО2 (г) + С (к) - 2СО (г)

Как изменится скорость прямой реакции -- образования СО, если концентрацию СО2 уменьшить в четыре раза? Как следует изменить давление, чтобы повысить выход СО?

123. Напишите выражение для константы равновесия гетерогенной системы

С (к) + Н2О (г) - СО (г) + Н2 (г).

Как следует изменить концентрацию и давление, чтобы сместить равновесие в сторону обратной реакции -- образования водяных паров?

124. Равновесие гомогенной системы

4НСl(г) + О2(г) - 2Н2О(г) + 2Cl2(г)

установилось при следующих концентрациях реагирующих веществ: [Н2О]р = 0,14 моль/л; [Cl2]р = 0,14 моль/л; [HCI]p = 0,20 моль/л; [О2]р = 0,32 моль/л. Вычислите исходные концентрации хлороводорода и кислорода. Ответ: [HCI]иcx = 0,48 моль/л; [О2]исх =0,39 моль/л.

125. Вычислите константу равновесия для гомогенной системы

CO(г) + H2O(г) - CO2(г) + H2(г)

если равновесные концентрации реагирующих веществ: [СО]р = 0,004 моль/л; [Н2О]р = 0,064 моль/л; [CО2]р = 0,016 моль/л; [Н2]р = 0,016 моль/л. Чему равны исходные концентрации воды и СО? Oтвет: К =1; [Н2О]исх = 0.08моль/л; [СО]исх = 0,02 моль/л.

126. Константа равновесия гомогенной системы

CO(г) + H2O(г) - CO2(г) + H2(г)

при некоторой температуре равна 1. Вычислите равновесные концентрации всех реагирующих веществ, если исходные концентрации: [СО]исх = 0,10 моль/л; [Н2О]исх = 0,40 моль/л. Ответ: [CО2]р = [Н2]р = 0,08 моль/л; [СО]р = 0,02 моль/л; [Н2О]р = 0,32 моль/л.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18