Ответ: скорость реакции увеличится в 16 раз.

Задача 2. 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] = c. Согласно закону действия масс, скорости и прямой и обратной реакций до изменения объема

υпр = k·а2·b ; υобр = k1·с2

После уменьшения объема гомогенной системы в три раза концентрация каждого из реагирующих веществ увеличится в три раза: [SO2] = 3a, [O2] = 3b, [SO3] = 3c. При новых концентрациях скорости υ' прямой и обратной реакций: υ'пр = k·(3a)2·(3b) = 27·k·a2·b; υ'обр= k1·(3с)2 = 9·k1·с2. Отсюда

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

Задача 3. В реакции  С(т)+2H2(г) ↔ CH4(г)  концентрацию водорода уменьшили в 3 раза. Как изменится скорость реакции?

Решение

Согласно закону действующих масс, начальная скорость реакции равна υн=k∙[H2]2. После уменьшения концентрации водорода в 3 раза скорость станет равна υк=k∙(1/3)2[H2]2 =1/9k[H2]2. После изменения концентрации водорода скорость изменится следующим образом: υк/υн=1/9k[H2]2/k[H2]2=1/9.

Ответ: скорость реакции уменьшится в 9 раз.

Задача 4. Во сколько раз возрастет скорость реакции при повышении температуры с 10 до 30 oС (γ = 3)?

Решение

При увеличении температуры с 10 до 30 oС скорость реакции в соответствии с правилом Вант-Гоффа возрастает:

υ2/υ1=γ(t2-t1)/10, где t2=30 oC, t1=10 oC, а υ2 и υ1 – скорости реакции при данных температурах. Получаем υ2/υ1=3(30–10)/10=32=9, т. е. скорость реакции увеличится в 9 раз.

Ответ: 9.

Задача 5. Вычислите, во сколько раз увеличится скорость реакции, протекающей в газовой фазе, при повышении температуры от 30 до 70 0С, если температурный коэффициент реакции равен 2.

Решение

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

;

Следовательно, скорость реакции при температуре 70 0С больше скорости реакции при температуре 30 0С в 16 раз.

Задача 6. Равновесие реакции 2H2(г)+O2(г) ↔ 2H2O(г) ;  ∆H<0 смещается вправо:

1) при уменьшении давления; 2) при увеличении давления?

Решение

Все вещества в системе – газы. В соответствии с принципом Ле Шателье, повышение давления приводит к смещению равновесия в сторону реакции, приводящей к меньшему количеству молей газов, т. е. в сторону образования Н2О. Следовательно, повышение давления в системе смещает равновесие реакции вправо.

Ответ: при увеличении давления.

Задача 7. В какую сторону сместится равновесие реакции 2SO2(г)+O2(г)↔ 2SO3(г);  ∆H<0  при повышении температуры?

Решение.

Поскольку ∆H<0, теплота выделяется в ходе прямой реакции, которая является экзотермической. Обратная реакция будет эндотермической. Повышение температуры всегда благоприятствует протеканию реакции с поглощением теплоты, т. е. равновесие сместится в сторону исходных веществ.

Ответ: влево.

Задача 8. Определите константу равновесия реакции  NOCl2(г)+NO(г) ↔ 2NOCl(г),  если при некоторой температуре равновесные концентрации веществ составляют  [NOCl2]=0,05;  [NO]=0,55;  [NOCl]=0,08 моль/л.

Решение

Константа равновесия обратимой химической реакции равна отношению произведения равновесных концентраций продуктов к произведению равновесных концентраций исходных веществ. Значение каждой из концентраций должно быть возведено в степень, равную стехиометрическому коэффициенту перед соответствующим веществом в уравнении реакции. Поэтому

.

Ответ: 0,233.

Задача 9. Эндотермическая реакция разложения пентахлорида фосфора протекает по уравнению:

РСl5(г)↔ РСl3(г)+Сl2(г); ∆Н = + 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 PCl5 эндотермическая (∆Н > 0), то для смещения равновесия в сторону прямой реакции нужно повысить температуру; б) так как в данной системе разложение PCl5 ведет к увеличению объема газообразных веществ (из одной молекулы газа образуются две газообразные молекулы), то для смещения равновесия в сторону прямой реакции надо уменьшить давление; в) смещение равновесия в указанном направлении можно достигнуть как увеличением концентрации PCl5, так и уменьшением концентрации PCl3 или Cl2.

Задача 10. Один моль аммиака поместили в сосуд объемом 20 л и нагрели до 600 0C. Давление в сосуде оказалось равным 435 кПа. Рассчитайте степень разложения аммиака.

Решение

Количество (моль) газов после реакции:

PV/RT = 435∙20/(8,31∙873) = 1,20 моль

Если разложилось х моль аммиака, то схема разложения:

Осталось NH3 (1-х); получилось N2 (х/2) + H2 (3х/2)

Из уравнения: 1,20 моль = (1-x) + x/2 + 3x/2 = 1+x

получим x = 0,2 моль.

Ответ: Степень разложения аммиака 20 %.

Задача 11. Смешали по три моля веществ А, В, С. После установления равновесия А + В = 2С в системе обнаружили 5 моль вещества С. Рассчитайте константу равновесия. Определите равновесный состав смеси (в мольных %), полученной смешением веществ А, В, С в мольном соотношении 3:2:1 при той же температуре.

Решение

Первый случай:

Соотношение количества веществ (моль) соответствует соотношению их коэффициентов в уравнении. Если С стало на 2 моль больше (5 из 3), то количество А и В уменьшились на 1 моль каждое. В результате при установлении равновесия стало 5 моль С, по 2 моль А и В.

Константа равновесия:

К = [С] 2 / ([А][В]) = 25/2∙2 = 6,25

Второй случай:

Мольное соотношение то же, примем за х число молей прореагировавших А и В (они одинаковы):

К = (1+2х) 2 /{(3-х)(2-х)} = 6,25.

х = 1,115.

Ответ: Мольные доли веществ в равновесной смеси:

(А) = (3-1,115)/6 = 0,314 ;

(В) = (2-1,115)/6 = 0,148 ;

(С)= 0,538.

Задача 12. Константа равновесия реакции N2 + 3H2 ↔ 2NH3 равна 0,1 (при 400 oС). Равновесные концентрации [Н2] = 0,2 моль/л и [NН3] = 0,08 моль/л. Вычислить начальную и равновесную концентрации азота.

Решение

Записываем выражение для константы равновесия К:

K = ([NH3]2/ ([N2]∙[H2]3)

Подставляем в выражение для К данные задачи:

0,1 = (0,082/ ([N2]∙0,23)

Отсюда рассчитываем равновесную концентрацию

[N2] = 8 моль / л

Далее находим начальную концентрацию азота, учитывая, что из одного моль азота согласно уравнению реакции образуется 2 моль аммиака, т. е. для получения 0,08 моль аммиака требуется 0,04 моль азота. Таким образом, начальная концентрация азота

[N2] = 8 + 0,04 =8,04 моль/л.

Ответ: Равновесная концентрация азота 8 моль/л, начальная – 8,04 моль/л.

Задача 13. Некоторая реакция при 0 oС протекает практически до конца за 4,5 часа (∼16384 с = 214 с). При какой температуре реакция пройдет практически до конца в 1 с (температурный коэффициент скорости равен 2).

Решение

Подставляем данные задачи в формулу (1.5):

,

находим t2/10 = 14. Отсюда: t2 = 140 oС.

Ответ: t2 = 140 oС.

Задача 14. Во сколько раз увеличится скорость реакции, протекающей при 300 К, если энергию активации уменьшить на 7 кДж/моль.

Решение

Воспользуемся уравнением (1.6). Запишем его для двух скоростей реакций при двух разных энергиях активации, отличающихся на 7 кДж, и поделим одно на другое:

Ответ: В 16,6 раза.

Задача 15. При 37 oС реакция заканчивается за 150 с, а при 47 oC – за 75 с. Вычислить энергию активации.

Решение

Найдем энергию активации по формуле (1.7).

= 57,1 кДж / моль.

Ответ: 57,1 кДж / моль.

5 ЗАДАЧИ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО РЕШЕНИЯ

1. Окисление серы и ее диоксида протекает по уравнениям:

а) S(к) + O2 = SO2(г);

б) 2SO2(г) + О2 = 2SO3(г).

Как изменятся скорости этих реакций, если объемы каждой из систем уменьшить в четыре раза?

2. Напишите выражение для константы равновесия гомогенной системы: N2+3H2↔2NH3. Как изменится скорость прямой реакции – образования аммиака, если увеличить концентрацию водорода в три раза?

3. Реакция идет по уравнению N2 + O2 = 2NO. Концентрации исходных веществ до начала реакции были: = 0,049 моль/л; =0,01 моль/л. Вычислите концентрацию этих веществ в момент, когда [NO] = 0,005 моль/л.

Ответ: [N2] = 0,0465 моль/л; [O2]= 0,0075 моль/л.

4. Реакция идет по уравнению N2+3H2=2NH3. Концентрации участвующих в ней веществ были: = 0,80 моль/л; = 1,5 моль/л; = 0,10 моль/л. Вычислите концентрацию водорода и аммиака, когда [N2] = 0,5 моль/л.

Ответ: [NH3] = 0,70 моль/л; [H2] = 0,60 моль/л.

5. Реакция идет по уравнению H2 + I2 = 2HI. Константа скорости этой реакции при некоторой температуре равна 0,16. Исходные концентрации реагирующих веществ: =0,04 моль/л; =0,05 моль/л. Вычислите начальную скорость реакции и ее скорость, когда [H2] = 0,03 моль/л.

Ответ: 3,2 · 10-4; 1,92 · 10-4.

6. Вычислите, во сколько раз уменьшится скорость реакции, протекающей в газовой фазе, если понизить температуру от 120 до 80 оС. Температурный коэффициент скорости реакции 3.

7. Как изменится скорость реакции, протекающей в газовой фазе, при повышении температуры на 60 оС, если температурный коэффициент скорости данной реакции 2?

8. Во сколько раз изменится скорость реакции, протекающей в газовой фазе, при понижении температуры на 300 oС, если температурный коэффициент скорости данной реакции 2?

9. В гомогенной системе СО + Cl2 ↔ COCl2 равновесные концентрации реагирующих веществ: [CO] = 0,2 моль/л; [Cl2] = 0,3 моль/л; [COCl2] = 1,2 моль/л. Вычислите константу равновесия системы и исходные концентрации хлора и СО.

Ответ: К = 20; = 1,5 моль/л; = 1,4 моль/л.

10. В гомогенной системе А + 2В С равновесные концентрации реагирующих газов: [A] = 0,06 моль/л; [B] = 0,12 моль/л; [C] = 0,216 моль/л. Вычислите константу равновесия системы и исходные концентрации веществ А и В.

Ответ: К = 250; = 0,276 моль/л; = 0,552 моль/л.

11. В гомогенной газовой системе А + B↔C + D равновесие установилось при концентрациях: [B] = 0,05 моль/л и [C] = 0,02 моль/л. Константа равновесия системы равна 0,04. Вычислите исходные концентрации веществ А и В.

Ответ: = 0,22 моль/л; =0,07 моль/л.

12. 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 ее скорость, когда разложится 50% N2O.

Ответ: 1,8 ·10-2; 4,5 · 10-3.

13. Напишите выражение для константы равновесия гетерогенной системы СО2 + С ↔ 2СО. Как изменится скорость прямой реакции – образования СО, если концентрацию СО2 уменьшить в четыре раза? Как следует изменить давление, чтобы повысить выход СО?

14. Напишите выражение для константы равновесия гетерогенной системы С + Н2О(г) ↔ СО + Н2. Как следует изменить концентрацию и давление, чтобы сместить равновесие в сторону обратной реакции – образования водяных паров?

15. Равновесие гомогенной системы: 4НСl(г) + О2 ↔ 2Н2О(г) + 2Cl2(г) установилось при следующих концентрациях реагирующих веществ: [H2O] = 0,14 моль/л; [Cl2] = 0,14 моль/л; [HCl] = 0,20 моль/л; [O2] = 0,32 моль/л. Вычислите исходные концентрации хлороводорода и кислорода.

Ответ: [HCl]исх = 0,48 моль/л; [O2]исх = 0,39 моль/л.

16. Вычислите константу равновесия для гомогенной системы: CO(г) + H2O(г) ↔ CO2(г)+H2(г), если равновесные концентрации реагирующих веществ: [CO] = 0,004 моль/л; [H2O] = 0,064 моль/л; [CO2] = =0,016 моль/л; [H2] = 0,016 моль/л. Чему равны исходные концентрации воды и СО? Ответ: К = 1; = 0,08 моль/л; =0,02 моль/л.

17. Константа равновесия гомогенной системы СО(г) + Н2О(г) ↔ СО2 + Н2(г) при некоторой температуре равна 1. Вычислите равновесные концентрации всех реагирующих веществ, если исходные концентрации: СCO= 0,10 моль/л; = 0,40 моль/л.

Ответ: [CO2] = [H2] = 0,08 моль/л; [CO] = 0,02 моль/л.; [H2O] = =0,32 моль/л.

18. Константа равновесия гомогенной системы N2 + 3H2↔2NH3 при некоторой температуре равна 1. Равновесные концентрации водорода и аммиака соответственно равны 0,2 и 0,08 моль/л. Вычислите равновесную и исходную концентрацию азота.

Ответ: [N2] = 8 моль/л; = 8,04 моль/л.

19. При некоторой температуре равновесие гомогенной системы: 2NO + O2 ↔ 2NO2 установилось при следующих концентрациях реагирующих веществ: [NO] = 0,2 моль/л; [O2] = 0,1 моль/л; [NO2] = 0,1 моль/л. Вычислите константу равновесия и исходную концентрацию NO и О2.

Ответ: К = 2,5; = 0,3 моль/л; = 0,15 моль/л.

20. Почему при изменении давления смещается равновесие системы: N2 + 3H2 ↔ 2NH3 и не смещается равновесие системы N2 + O2 ↔2NO? Ответ мотивируйте на основании расчета скорости прямой и обратной реакции в этих системах до, и после изменения давления. Напишите выражения для констант равновесия каждой из данных систем.

21. Исходные концентрации в гомогенной системе:

2NO + Cl2 ↔ 2NOCl составляют соответственно 0,5 и 0,2 моль/л. Вычислите константу равновесия, если к моменту наступления равновесия прореагировало 20 % NO.

Ответ: 0,416.

22. Во сколько раз изменится скорость реакции 2А + В↔А2В, если концентрацию вещества А увеличить в 2 раза, а концентрацию вещества В уменьшить в два раза?

Ответ: возрастает в 2 раза.

23. Через некоторое время после начала реакции 3A + B↔2C + D концентрации веществ составляли: [А] = 0,03 моль/л; [В] = 0,01 моль/л; [С] = 0,008 моль/л. Каковы исходные концентрации веществ А и В?

Ответ: СА = 0,042 моль/л; СВ = 0,014 моль/л.

24. В системе СО + Cl2↔СОCl2 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?

Ответ: в 12 раз.

25. Как изменится скорость реакции 2NO(г) + О2(г) ↔2NO2(г), если:

а) увеличить давление в системе в 3 раза;

б) уменьшить объём системы в 3 раза;

в) повысить концентрацию NO в 3 раза?

Ответ мотивируйте на основании расчета скорости прямой реакции до и после изменения условий.

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

Ответ: 2,5.

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

Ответ: в 8 раз.

28. Равновесие в системе Н2(г) + I2(г) ↔ 2 НI(г) установилось при следующих концентрациях: [H2] = 0,025 моль/л; [I2] = 0,005 моль/л; [HI] = 0,09 моль/л. Определить исходные концентрации йода и водорода.

Ответ: = 0,07 моль/л; = 0,05 моль/л.

Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах: 1 2 3 4 5