Студопедия

КАТЕГОРИИ:


Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748)

Химическое равновесие





Влияние температуры на скорость химической реакции.

Зависимость скорости реакции от температуры определяется правилом Вант-Гоффа: при повышении температуры на каждые 10о градусов скорость химической реакции увеличивается в 2-4 раза (в γ раз):

,

где Vt2 и Vt1 –скорости реакции соответственно при температурах t2 и t1 ; γ - температурный коэффициент реакции и принимает значения для большинства реакций от 2 до 4.

Пример 14.Температурный коэффициент скорости химической реакции равен 2,1. Во сколько раз возрастёт скорость реакции при увеличении температуры в реакционном сосуде с 15 до 38оС?

Р е ш е н и е. В соответствии с правилом Вант-Гоффа:

; .

 

Химические реакции, в результате которых исходные вещества полностью превращаются в продукты реакции, называются необратимыми. Реакции, идущие одновременно в двух противоположных направлениях (прямом и обратном), называются обратимыми.

Состояние системы в обратимых реакциях при равенстве скоростей прямой и обратной реакций (Vпр=Vобр) называется состоянием химического равновесия.Химическое равновесие является динамическим, т.е. его установление не означает прекращения реакции. В общем случае для любой обратимой реакции типа

aA + bB ↔ cC + dD

При установившемся равновесии произведение концентраций продуктов реакции, отнесённые к произведению концентраций исходных веществ для данной реакции при данной температуре представляет собой постоянную величину, называемую константой равновесия К.

Изменение условий (температура, давление, концентрация), при которых система находилась в состоянии химического равновесия (Vпр=Vобр), вызывает нарушение равновесия. В результате неодинакового изменения скоростей прямой и обратной реакции (Vпр≠ Vобр) с течением времени в системе устанавливается новое химическое равновесие (Vпр=Vобр), соответствующее новым условиям. Переход из одного равновесного состояния в другое называется сдвигом, или смещениемположения равновесия.

Направление смещения химического равновесия в результате изменения внешних условий определяется принципом Ле Шателье:



Если на систему, находящуюся в состоянии химического равновесия, оказать внешнее воздействие, то оно будет способствовать протеканию того из двух противоположных процессов, который противодействует произведённому изменению.

 

Пример 15. В какую сторону сместится химическое равновесие в системе

CaCO3(к) ↔ CaO(к) + CO2(г); ∆H=178,4 кДж/моль

а) при введении в систему углекислого газа;

б) при введении в систему оксида кальция;

в) при увеличении давления;

г) при увеличении температуры?

Р е ш е н и е. В соответствии с принципом Ле Шателье, равновесие в системе сдвигается таким образом, чтобы уменьшить внешнее воздействие.

а) Введение углекислого газа приводит к повышению концентрации СО2. Для ослабления этого воздействия равновесие в системе должно сместиться влево.

б) Введение твёрдого оксида кальция не изменяет концентрацию CaO в фазе CaO(к), и химическое равновесие не смещается.

в) Увеличение давления приводит к увеличению концентрации CO2(г) и практически не влияет на концентрацию твёрдых компонентов. Равновесие сдвигается влево.

г) Увеличение температуры может быть скомпенсировано эндотермическим процессом. Поскольку именно прямая реакция протекает с поглощением тепла, равновесие в системе смещается вправо.

 

 

Фазой называется совокупность однородных частей системы (т.е. одинаковых по физическим, химическим и термодинамическим свойствам), отделённая от других частей системы физической (реально существующей) поверхностью раздела. Все химические термодинамические системы можно разделить на две большие группы - гомогенные и гетерогенные. Гомогенными (однофазными) называют системы, состоящие только из одной фазы, например, воздух – смесь газов. Системы, содержащие две или более число фаз, называются гетерогенными (неоднородными, разнофазными). Например, не растворившиеся в воде кристаллы поваренной соли образуют гетерогенную систему из двух фаз. В гетерогенной системе составные её части – фазы – разделены поверхностью раздела.

Индивидуальное вещество в твёрдом агрегатном состоянии всегда образует самостоятельную фазу.

Жидкие и твёрдые фазы называются конденсированными.

Если вещество содержится одновременно в разных фазах, то происходит его переход из одной фазы в другую; такой переход называется фазовым. Состояние, при котором скорости противоположных фазовых переходов равны, называется фазовым равновесием.

Компонентами (составляющими веществами) называются все химические вещества, которые могут быть выделены из системы и существовать вне её. Число компонентов обозначают буквой R.

Число независимых компонентов (К) – это минимальное число компонентов, необходимое для образования каждой из фаз данной системы. Если в системе не протекает химическая реакция, то число независимых компонентов (К) равно числу компонентов (R): К= R.

Если же в системе между компонентами протекают химические реакции, то число независимых компонентов меньше числа компонентов: К<R, поскольку некоторые компоненты могут быть получены в ходе данных реакций.

Число независимых компонентов (К) равно числу компонентов (R) минус число математических уравнений, связывающих концентрации компонентов.

Например, система состоит из трех газов: оксида углерода (II), кислорода и оксида углерода (IV), связанных химическим процессом:

2СО + О2 = 2СО2.

Уравнением, связывающим концентрации компонентов в данной системе, является константа равновесия данной реакции:

Кр =

К = R – 1 = 3 – 1 =2

Таким образом, чтобы получить данную систему, в произвольном количестве можно взять только два газа: СО и О2, СО и СО2, СО2 и О2; количество третьего газа определяется константой равновесия.

Числом термодинамических степеней свободы (С) называется число параметров (температура, давление, концентрация независимых компонентов), которые можно произвольно в определенных пределах изменять, не меняя числа и вида фаз в системе.



Число степеней свободы можно рассчитать, пользуясь правилом фаз Гиббса:

С = К – Ф + n,

где К – число независимых компонентов; Ф –число фаз; n – число внешних параметров, влияющих на состояние фазового равновесия. Такими внешними параметрами являются температура и давление. Если Р и Т – величины переменные, то n = 2. При P=const или Т = const n = 1. Если и Р = const и Т = const, то n = 0.

Если С=0, то система называется инвариантной (безвариантной). Если С = 1, то система называется моновариантной. Если С = 2, то система называется бивариантной.

Правило фаз Гиббса дает возможность вычислить максимальное число фаз, которые могут находиться в равновесии:

Ф = К + n – С.

Число фаз достигает максимального значения, когда С = 0:

Фmax = К + n - 0.

В однокомпонентной системе (К = 1) максимальное число фаз, находящихся в равновесии, равно трем:

Фmax = 1 + 2 =3,

в двухкомпонентной - Фmax = 2 + 2 = 4, в трехкомпонентной - Фmax = 3 + 2 =5 и т.д.

Вариант 1.

5. Не производя вычислений, установить знак ΔSº298 процесса:

MgO(к) + H2(г) = Mg(к) + H2O(ж)

 

6. Определите значения ΔGº298, ΔHº298 и ΔSº298 для реакции:

NiO(к) + Pb(к) = Ni(к) + PbO(к)

 

7.Рассчитайте, как изменится скорость реакции

(г) + В(г) → 2С(г), если :

а) увеличить концентрацию вещества А в 2раза;

б) увеличить концентрацию вещества В в 2 раза?

8. На сколько градусов необходимо изменить температуру в системе, чтобы скорость реакции увеличилась в 120 раз, если температурный коэффициент равен 3,2?

 

9. В какую сторону сместится равновесие в системе:

2(г) + O2(г) ↔ 2Н2O(г) ΔHº = -484 кДж

 

- при увеличении давления

- при увеличении объёма системы

- при охлаждении системы

 

10. Вычислить число степеней свободы, которыми обладает система, состоящая из раствора KNO3 и NaNO3 в присутствии кристаллов обеих солей и паров воды.

Вариант 2.

5. Не производя вычислений, установить знак ΔSº298 процесса:

С(графит) + СО2(г) = 2СО(г)

 

6. Определите значения ΔGº298, ΔHº298 и ΔSº298 для реакции:

2NН3(г) = 3Н2(г) + N2(г)

7. Рассчитайте, как изменится скорость реакции

(г) + В(г) → 2С(г), если :

а) увеличить давление в системе в два раза;

б) увеличить объём системы в два раза?

 

8. Температурный коэффициент скорости реакции равен 2,1. Рассчитайте, как изменится скорость реакции, если: а) увеличить температуру в системе с 18ºС до 43ºС; б) уменьшить температуру в системе с 55ºС до 8ºС?

 

9. В какую сторону сместится равновесие в системе:

H2(г) + I2(г) ↔ 2HI(г) ΔHº = -26кДж

 

- при увеличении давления

- при увеличении объёма системы

- при охлаждении системы

 

10. Вычислить число степеней свободы, которыми обладает система, состоящая из раствора солей KNO3 и NaNO3 в присутствии льда, кристаллов обеих солей и паров воды.

Вариант 3.

5. Не производя вычислений, установить знак ΔSº298 процесса:

СН3СООН(водн.) = СН3СОО-(водн.) + Н+(водн.)

 

6. Определите значения ΔGº298, ΔHº298 и ΔSº298 для реакции:

СаСО3(к) = СаО(к) + СО2(г)

7.Найти значение константы скорости реакции А + В → АВ, если при концентрациях веществ А и В, равных соответственно 0,05 и 0,01 моль/л, скорость реакции равна 5∙10-5 моль/(л∙мин).

 

8. При повышении температуры на 40ºС скорость реакции возросла в 16,8 раза. Определите температурный коэффициент скорости реакции.

 

9. В какую сторону сместится равновесие в системе:

N2(г) + O2(г) ↔ 2NO(г) ΔHº = 181 кДж

 

- при увеличении давления

- при увеличении объёма системы

- при охлаждении системы

 

10. Вычислить число степеней свободы, которыми обладает система, состоящая из раствора KNO3 и NaNO3 в присутствии льда и паров воды.

Вариант 4.

5. Не производя вычислений, установить знак ΔSº298 процесса:

4HСl(г) + О2(г) = 2Сl2(г) + 2H2O(г)

 

6.Определите значения ΔGº298, ΔHº298 и ΔSº298 для реакции:

2H2S (г) + 3O2(г) = 2SО2(г) + 2H2O(ж)

7. 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?

 

8. При уменьшении температуры с 95ºС до 40ºС скорость реакции уменьшилась в 97 раз. Определите температурный коэффициент скорости реакции.

 

9. В какую сторону сместится равновесие в системе:

2СО(г) + O2(г) ↔ 2СO2(г) ΔHº = -569 кДж

 

- при увеличении давления

- при увеличении объёма системы

- при охлаждении системы

 

10.Система, состоящаяиз водного раствора сульфата натрия, кристаллов этой соли и водяного пара, находится при постоянном давлении. Сколько степеней свободы имеет данная система?

 

Вариант 5.

5. Не производя вычислений, установить знак ΔSº298 процесса:

2H2S(г) + 3O2(г) = 2H2O(ж) + 2SO2(г)

6. Определите значения ΔGº298, ΔHº298 и ΔSº298 для реакции:

CO(г) + H2(г) = C(к) + H2O(г)

7.Во сколько раз следует увеличить концентрацию вещества В2 в системе 2А2(г) + В2(г) = 2А2В(г), чтобы при уменьшении концентрации вещества А в 4 раза скорость прямой реакции не изменилась?

8.Две реакции протекают при 25оС с одинаковой скоростью. Температурный коэффициент скорости первой реакции равен 2,0, а второй – 2,5. Найти отношение скоростей этих реакций при 95оС.

9.В какую сторону сместятся равновесия реакций:

2СО + О2↔ 2СО2 + 568,48 кДж

2 SO2 + O2 ↔ 2 SO3 + 172?38 кДж

а) при понижении температуры; б) при повышении давления?

 

10.Определите число фаз, число компонентов и число степеней свободы для равновесной системы, содержащей ZnO(к), Zn(г), C(к), CO(г).

 

Вариант 6.

5. Не производя вычислений, установить знак ΔSº298 процесса:

2CH3OH(г) + 3O2(г) = 4H2O(г) + 2 CO2(г)

6. Определите значения ΔGº298, ΔHº298 и ΔSº298 для реакции:

CH4(г) + H2O(г) = CO2(г) + 3H2(г)

7.Начальные концентрации реагентов равны: со(А) = 0,06 моль/л и со(В) = 0,10 моль/л. Рассчитайте, как изменится скорость реакции 2А(г) + В(г) → 2D(г)

по сравнению с первоначальной в тот момент, когда прореагирует 10 % вещества В.

8.Чему равен температурный коэффициент скорости реакции, если при увеличении температуры на 30 градусов скорость реакции возрастает в 15,6 раза?

9. В какую сторону сместятся равновесия реакций:

2HBr ↔ H2 + Br2 – 59,83 кДж;

2N2 + O2 ↔ 2NO2 – 56,90 кДж

а) при понижении температуры; б) при повышении давления?

 

10.Определите число фаз, число компонентов и число степеней свободы для равновесной системы, содержащей ZnO(к), Zn(к), C(к), CO(г).

 

Вариант 7.

5. Не производя вычислений, установить знак ΔSº298 процесса:

2H2S(г) + O2(г) = 2S(к) + 2H2O(ж)

6. Определите значения ΔGº298, ΔHº298 и ΔSº298 для реакции:

2NO(г) + O2(г) = 2NO(г)

7.В сосуд объёмом 2л ввели 0,032 г О2 и 0,030 г NO. Рассчитайте, как изменится скорость реакции 2NO(г) + O2(г) → 2NO2(г) по сравнению с первоначальной в тот момент, когда прореагирует 20 % NO.

8.Температурный коэффициент скорости реакции равен 2,3. Во сколько раз увеличится скорость этой реакции, если повысить температуру на 25 градусов?

9.В каком направлении сместится равновесие в системе

CO(г) + Cl2(г) ↔ COCl2(г)

если при неизменной температуре увеличить давление путём уменьшения объёма газовой смеси?

10.Определите число фаз, число компонентов и число степеней свободы для равновесной системы, содержащей ZnO(к), Zn(г), C(г), CO(г).

Вариант 8.

5. Не производя вычислений, установить знак ΔSº298 процесса:

CO(г) + H2(г) = C(к) + H2O(г)

6. Определите значения ΔGº298, ΔHº298 и ΔSº298 для реакции:

FeO(к) + CO(г) = Fe(к) + CO2(г)

7. В два сосуда одной и той же вместимости ведены: в первый – 1 моль газа А и 2 моля газа В, во второй – 2 моля газа А и 1 моль газа В. Температура в обоих сосудах одинакова. Будет ли различаться скорость реакции между газами А и В в этих сосудах, если скорость реакции выражается: а) уравнением v= k 1[A][B]; б) уравнением v2= k2[A]2[B]?

8.При 150оС некоторая реакция заканчивается за 16 мин. Принимая температурный коэффициент скорости реакции равным 2,5, рассчитать, через какое время закончится эта реакция, если её проводить при 200оС.

9. В каком направлении сместится равновесие в системе

CO(г) + Cl2(г) ↔ COCl2(г)

если при неизменной температуре увеличить давление путём уменьшения объёма газовой смеси?

10.Определите число фаз, число компонентов и число степеней свободы для равновесной системы, содержащей ZnO(к), Zn(к), C(г), CO(г).

Вариант 9.

5. Не производя вычислений, установить знак ΔSº298 процесса:

CO2(г) + 4H2(г) = CH4(г) + 2H2O(г)

6. Определите значения ΔGº298, ΔHº298 и ΔSº298 для реакции:

CH4(г) + 2H2O(г) = CO2(г) + 4H2(г)

7.В системе CO + Cl2 = COCl2 концентрацию СО увеличили от 0,03 до 0,12 моль/л, а концентрацию хлора – от 0,02 до 0,06 моль/л. Во сколько раз возросла скорость прямой реакции?

8.При 150оС некоторая реакция заканчивается за 16 мин. Принимая температурный коэффициент скорости реакции равным 2,5, рассчитать, через какое время закончится эта реакция, если её проводить при 80оС.

9.Как повлияет на равновесие реакции

2(г) + О2(г) ↔ 2Н2О(г) ∆Н°= - 483,6 кДж

а) повышение давления; б)повышение температуры?

 

10.Определите число фаз, число компонентов и число степеней свободы для равновесной системы, содержащей Na2CO3(к), NaHCO3(к), CO2(г), H2O(г).

Вариант 10.

5. Не производя вычислений, установить знак ΔSº298 процесса:

2NO2(г) = N2O4(г)

6. Определите значения ΔGº298, ΔHº298 и ΔSº298 для реакции:

Fe2O3(к) + 3H2(г) = 2Fe(к) + 3H2O(г)

 

7. Реакция между веществами А и В выражается уравнением: А + 2В → С. Начальные концентрации составляют: [A]o = 0,03 моль/л, [B]o= 0,05 моль/л. Константа скорости реакции равна 0,4. Найти начальную скорость реакции и скорость реакции по истечению некоторого времени, когда концентрация вещества А уменьшится на 0,01 моль/л.

8. При 20оС константа скорости некоторой реакции равна 10-4 мин-1, а при 50оС - 8∙10-4 мин-1. Чему равен температурный коэффициент скорости реакции?

 

9. Как повлияет увеличение давления на химическое равновесие в обратимой системе:

Fe2O3(г) + 3H2(г)↔ 2Fe(к) + 3H2O(г) ?

 

10.Определите число фаз, число компонентов и число степеней свободы для равновесной системы, содержащей СuSO4·5H2O(к), СuSO4(к), H2O(г).

 

 

Поможем в написании учебной работы
Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой




Дата добавления: 2014-11-25; Просмотров: 2419; Нарушение авторских прав?;


Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет



ПОИСК ПО САЙТУ:


studopedia.su - Студопедия (2013 - 2022) год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! Последнее добавление




Генерация страницы за: 0.049 сек.