Примеры решения типовых задач. Задача 1. При синтезе аммиака N2 +3H2 2NH3 равновесие установилось при следующих концентрациях реагирующих веществ (моль/л):

Задача 1. При синтезе аммиака N₂ +3H₂ 2NH₃ равновесие установилось при следующих концентрациях реагирующих веществ (моль/л):

= 2,5; = 1,8; = 3,6. Рассчитайте константу равновесии этой реакции и исходные концентрации азота и водорода,

Решение. Определяем константу равновесия К_С этой реакции:

K_c = = (3,6)²/ 2,5 (1,8)³ = 0,89

Исходные концентрации азота и водорода находим на основе уравнения реакции. На образование 2 моль NH₃,, расходуется 1 моль азота, а на образование 3,6 моль аммиака потребовалось З,6/2 = 1,8 моль азота. Учитывая равновесную концентрацию азота, на­ходим его первоначальную концентрацию:

С_исх (Н₂) = 2,5 + 1,8 = 4,3 моль/л

На образование 2 моль NH₃ необходимо израсходовать 3 моль водорода, и для получения 3,6 моль аммиака требуется 3х3,6/2=5,4 моль; С_исх(Н₂) = 1,8 + 5,4 = 7,2 моль/л.

Таким образом, реакция начиналась при концентрациях (моль/л): С(N₂) = 4.3 моль/л; C (H₂) = 7,2 моль/л

Ответ: С(N₂) = 4.3 моль/л; C (H₂) = 7,2 моль/л

Задача 2. Объемный состав реакционной смеси в момент равновесия для реакции 2СО₂ = 2СО+О₂ был следующий: 88,72 % СО₂; 7,52 % СО; 3,76 % О₂. Найдите К_р для реакции, если общее давле­ние в системе при данной температуре (2273 К) равно 1,0133 • 10⁵ Па,

Решение. Для реакций, протекающих между газами, при вычислении константы равновесия удобно пользоваться парциальным давлениями реагирующих веществ. Константу равновесия К_р - вычисляют через парциальные давления:

К_р =

Определив парциальные давления реагирующих веществ:

= 1,0133 10⁵ 0,8872= 0,8990 * 10⁵ Па;

Р_СО =1, 0133 10⁵•0,0752 =0,0762 * 10⁶ Па;

= 1,0133 10⁵ 0,0376= 0,0381 * 10⁵ Па,

Подставив соответствующие значения парциальных давлений СО₂, СО и О₂ в выражение 1 получим К_р = 27,35 Па.

Ответ: К_р = 27,35 Па

Задача 3. Реакция протекает по уравнению А+В 2С. Определите рав­новесные концентрации реагирующих веществ, если исходные кон­центрации веществ А и В соответственно равны 0,5 и 0,7 моль/л, а константа равновесия реакции К_С =50.

Решение. К моменту равновесия концентрации веществ А и В понизятся, а концентрация вещества С увеличится. На каж­дый моль веществ А и В образуется 2 моль вещества С; поэтому, если понижение концентрации веществ А и В обозначить через Х моль, то увеличение концентрации вещества С будет равно 2 Х моль.

Равновесные концентрации реагирующих веществ будут: С_А= (0,5- х) моль/л; С_В = (0,7-х)моль/л; С_С = 2х моль/л.

К_с = С² _С /С_АС_В = 4х²/(0,5 –х) (0,7-х) =4х² / (0,35 – 1,2х + х²) = 50;.

Решая это уравнение, получаем: х₁ = 0,86; х₂ = 0,44. Так как, исходные концентрации веществ А и В были 0,5 и 0,7 моль/л соответственно, то их конверсия (превращение или расход) не может быть выше этих величин. Следовательно, по усло­вию задачи справедливо значение х₂. Отсюда равновесные концент­рации реагирующих веществ равны: С_А=0,5 - 0,44 = 0,06 моль/л; С_В = 0,7- 0,44 = 0,26 моль/л; С_С = 0,44 2 = 0,88 моль/л.

Ответ: С_А= 0,06 моль/л; С_В = 0,26 моль/л; С_С =0,88 моль/л.

Задача 4: Рассчитайте константу равновесия реакции

С₂₅Н₂₈0₇ + НС1 С₂₅Н₂₇О₆С1 + Н₂O

если для ее проведения смешали 12 мл 10^-2М раствора С₂₅Н₂₈0₇ и 15 мл 10^-2М раствора НС1. Полученную смесь разбавили водой до 50 мл. Равно­весная концентрация С₂₅Н₂₇О₆С1 оказалась равной 2,03 10^-3 моль/л.

Решение: Вычислим количество исходных и конечных веществ до и после реакции. Известно, что количество вещества определяется как произведение молярной концентрации (моль/л) и объема раствора (в литрах). Тогда имеем:

^о(С₂₅Н₂₈0₇)=12 10^-3 10^-2=1,2 10^-4моль, и ^о (НСl)=15 10^-3 10^-2=1,5 10^-4 моль.

(С₂₅Н₂₇О₆С1) = 50 10^-3 2,03 10^-3=1,015 10^-4 моль.

Если образовалось продукт, в количестве 1,015 10^-4 моль, то в соответствии с реакцией, столько же было израсходовано соляной кислоты и С₂₅Н₂₈0₇. Следовательно, в равновесной смеси, концентрация исходных веществ составит: С_М(С₂₅Н₂₈0₇)= и С_М(НСl)= . Константу равновесия считаем по уравнению К_С = =

Ответ: 5,66 * 10³

Задача 5: Константа химического равновесия реакции С₂H_6(г) С₂Н_4(г)+ Н_2(г) при 1500К равна 38,4. Определить направление реакции, если в начале реакции парциальные давления в газовой смеси компонентов составляли: этана - 0,06Мпа, этилена - 0,02 Мпа и водорода 0,01 МПа.

Решение: В этой задаче приведены парциальные давления реагирующих компонентов смеси. Поэтому, в данном случае следует пользоваться выражение К_р.

К_р=

Как видно, расчет значения К_р по исходным показателям давления реагирующих газов дает значения, намного меньше, чем значения константы равновесия (38,4). Это означает, что в результате химических превращений, давления реагирующих газов изменились таким образом, что их отношение приводит к увеличению дроби. Такая ситуация возможна, если возраст числитель, при этом уменьшится знаменатель. То есть, в реакционной среде должно быть увеличено давление этилена и водорода, и уменьшено давление этана. Такая ситуация возможна, если в ходе реакции будет израсходован этан (знаменатель) в результате чего будут возрастать давление водорода и этилена. Это означает, что реакции направлена слева на право, то есть реакция идет в сторону разложения этана с образованием водорода и этилена.

Ответ: равновесие сдвинуто вправо.

Дата добавления: 2015-06-29