Например, смещение равновесия в реакции

CO_2(г) + H_2(г) ⇄ CO_(г) + H₂O_(г); DН° = +41 кДж

при повышении температуры будет осуществляться в прямом (так как реакция эндотермическая), а при понижении температуры — в обратном направлении. Этот фактор смещения равновесия применим ко всем химическим системам вне зависимости от агрегатного состояния реагентов и продуктов.

Влияние концентрации на состояние равновесия ограничено изменением содержания только тех веществ, равновесные концентрации которых входят в выражение для константы равновесия.

Для гомогенных реакций (1) в соответствии с принципом Ле Шателье введение избытка одного из реагентов вызовет смещение равновесия в прямом, а введение избытка одного из продуктов — в обратном направлении, тем самым ослабляя эффект внешнего воздействия на систему: А + В D (С + D) избыток реагента (А или В) (®) избыток продукта (С или D) ().

Для гетерогенных реакций введение дополнительного количества жидкого или твердого вещества (реагента или продукта) не влияет на состояние равновесия. Например, для гетерогенной реакции

Cu₂O_(г) + 2HCl_(г) ⇄ 2CuCl_(ж) + H₂O_(г)

добавление в систему избытка хлороводорода сместит равновесие в прямом направлении, а введение избытка твердого оксида меди(1) на состояние равновесия не повлияет.

Влияние давления на состояние равновесия проявляется только при наличии в системе газов. В соответствии с принципом Ле Шателье увеличение давления смещает равновесие в сторону той (прямой или обратной) реакции, которая сопровождается уменьшением объема газообразных продуктов или реагентов соответственно, а уменьшение давления - в противоположную сторону. Поскольку объем газообразных реагентов и продуктов пропорционален сумме их стехиометрических коэффициентов (обозначенной и ), то изменение давления в гомогенных реакциях (1) сместит равновесие в следующем направлении, тем самым уменьшая эффект внешнего воздействия на систему:

увеличение > (®)

давления < ()

уменьшение > ()

давления < (®)

При равенстве = изменение давления не повлияет на состояние равновесия. Для гетерогенных реакций коэффициенты при формулах жидких и твердых веществ во внимание не принимаются. Например, при увеличении давления направление смещения равновесия в следующих реакциях таково:

а) 2СО_2(г)+2Н₂О_(г)+2НСl_(г) ⇄ 2СН₃Сl_(г)+3O_2(г)

(nСО₂ + nН₂О + nНСl) > (nСН₃Сl + nO₂) (®)

б) N_2(г) + H_2(г) + 2C_(т) ⇄ 2HCN_(г)

(nN₂ + nH₂) = nHCN (смещения нет)

При решении расчетных задач данного раздела следует иметь в виду, что при переходе из одного состояния равновесия (исходного по условию) к другому (конечному) под влиянием внешних воздействий начальные концентрации продуктов уже не равны нулю. То же наблюдается и для реакций, которые еще не пришли к состоянию равновесия, но уже протекают.

Примеры решения задач

Пример 1. При некоторой температуре в системе

2C₂H_6(г) + 7O_2(г) ⇄ 4CO_2(г) + 6H₂O_(г) равновесные концентрации составили: [C₂H₆] = 0,22; [O₂] = 1,34; [CO₂] = 0,57 (моль/л). Рассчитайте Kр и исходные концентрации реагентов.

Составим таблицу:

Решение:

Вещества	C₀	DC	[C_р]
C₂H₆		-2x	0,22
O₂		-7x	1,34
CO₂	0	+4x	0,57
H₂O	0	+6x	?

4x = 0,57 x = 0,1425

[H₂O]рав. = 6 × 0,1425 = 0,855.

Далее находим ∆С для C₂H₆ –это 2x, т.е. 2·0,1425=0,2850, и ∆СO₂= 7x·0,1425=0,9975. Тогда С₀(C₂H₆)=0,22+0,2850=0,5050 моль/л.

Пример 2. В каких объемных соотношениях были смешаны водород и хлор в системе H₂ + Cl₂ ⇄ 2HCl, если константа равновесия равна 1 и к моменту равновесия в реакцию вступило 90% Cl₂.

Решение:

Составим таблицу, обозначив исходные концентрации H₂ и Cl₂ y и x соответственно:

Вещества	C₀	DC	[C_р]
H₂	y	-0,9x	y-0,9x
Cl₂	x	-0,9x	0,1x
HCl	0	+1,8x	1,8x

3,24x = 0,1y – 0,09x 3,33x = 0,1y

Таким образом: .

Пример 3. При некоторой температуре в системе 2SO_3(г) ⇄ 2SO_2(г) + O_2(г) равновесные концентрации веществ равны соответственно 0,04, 0,12 и

0,06 моль/л. Рассчитайте Kр реакции.

Решение: 2SO_3(г) ⇄ 2SO_2(г) + O_2(г); K_р = ?

Ответ: Для данной реакции K_р = 0,54.

Пример 4.При некоторой температуре в системе 2NO_2(г) ⇄ 2NO_(г) + O_2(г)

равновесная концентрация [O₂] = 0,2 (моль/л). Определить начальную концентрацию реагента и K_р.

Решение:

Вещества	C₀	DC	[C_р]
NO₂	?	-2x
NO	0	+x
O₂	0	+x	0,2

Из таблицы видно, что равновесные концентрации NO и O₂ равны 2x и x соответственно, а расход NO₂ равен – 2x. Тогда, учитывая, что [NO]_равн. = 0,4[O₂]_равн. = 0,2моль/л; и подставив эти значения в выражение . Отсюда находим значение [NO₂]_равн. = 0,05. Следовательно: C_o для NO₂ = 0,45 моль/л.

Пример 5. В какую сторону сместится равновесие в системе

2NO_2(г) + 2S_(т) ⇄ 2N_2(г) + 2SO_2(г) при увеличении давления.

Решение: Согласно принципу Ле Шателье равновесие сместится в сторону с меньшей концентрацией газовых реагентов, т.е. влево ().

Контрольные задачи

121. При некоторой температуре в системе CO + H₂O ® CO₂ + H₂ установилось равновесие при концентрациях веществ: [CO] = 0,8; [H₂O] = 7,2; [CO₂] = [H₂] = 2,4 (моль/л). Определить величину константы равновесия и исходные концентрации веществ.

122. Реакция между веществами: А + 3В ⇄ 2С. Начальные концентрации были: [А] = 0,6; [В] = 0,8 (моль/л). Константа равновесия равна 1. Определить равновесные концентрации, если к этому моменту в реакцию вступило 20% вещества А. Константа равновесия для реакции H₂ + I₂ ⇄ 2HI равна 5. Сколько молей водорода надо взять на 1 моль иода, чтобы 80% последнего превратилось в иодоводород? .

123. При определенной температуре константа равновесия системы FeO + CO ⇄ Fe + CO₂ равна 0,4. Каковы равновесные концентрации CO и CO₂, если начальные концентрации составляли [CO] = 0,04, а [CO₂] = 0,001 моль/л?

124. Вычислить константу равновесия реакции 2NO₂ ⇄ N₂O₄, если исходная концентрация [NO₂] = 0,5 моль/л, а к моменту равновесия прореагировало 20% NO₂. В замкнутом сосуде протекает обратимый процесс PCl₅ ⇄ PCl₃ + Cl₂. Начальная концентрация [PCl₅] = 2 моль/л. Равновесие установилось после того как 25% PCl₅ разложилось. Вычислить K_р.

125. При некоторой температуре в системе CO + H₂O ⇄ CO₂ + H₂ установилось равновесие. Концентрации веществ оказались следующие: [CO] = 0,8; [H₂O] = 7; [CO₂] = [H₂] = 2. Определить K_р. и исходные концентрации реагентов.

126. При некоторой температуре в закрытом сосуде были смешаны 20 моль/л H₂ и 5 моль/л I₂. Определить состав равновесной смеси (моль/л) в системе H₂ + I₂ ⇄ 2HI, если K_р. = 4. Реакция протекает по уравнению A + B ⇄ 2C K_р. = 4. Определить равновесие концентрации веществ, если исходные были (моль/л):[A] = 4; B = 2. Как изменится давление к моменту наступления равновесия в системе N₂ + 3H₂ ⇄ 2NH₃ в результате реакции, протекающей в закрытом сосуде при постоянной температуре, если начальные концентрации были: [N₂] = 2; [H₂] = 4 (моль/л), а равновесие наступит тогда, когда прореагирует 20% начального количества азота.

127. Концентрации веществ в системе CO + H₂O ⇄ CO₂ + H₂ в некоторый момент были [CO] = 0,2; [H₂O] = 0,4; [CO₂] = 0,3; [H₂] = 0,1 (моль/л). Вычислить концентрации всех участвующих в процессе веществ после того как прореагировало 20% CO.

128. При T = const рассчитайте равновесные концентрации газообразных веществ в системе FeO_(т) + CO_(г) ⇄ Fe_(т) + CO_2(г); если K_р = 0,6, а начальная концентрация CO составляла 0,16 моль/л.

129. Рассчитайте константу равновесия реакции

3A_(г) + 4B_(г) ⇄ C_(г) = 2D_(г) если известны (при T = const) равновесные концентрации веществ (моль/л).

Вариант	[A]	[B]	[C]	[D]
а	0,05	0,21	0,94	0,77
б	0,07	0,32	1,05	0,59
в	0,03	0,15	0,84	0,66
г	0,08	0,41	0,79	0,72
д	0,06	0,28	0,94	0,83
е	0,09	0,37	0,89	0,52

130. Для следующих гомогенных реакций с заданными константами равновесия и начальной концентрацией реагента рассчитайте равновесные концентрации всех веществ (моль/л).

Вариант	Реакция	Kр	с₀, моль/л
а	CCl₂O ⇄ CO + Cl₂	1,23	2,86
б	PCl₅ ⇄ PCl₃ + Cl₂	5,45	0,74
в	C₂H₆ ⇄ C₂H₄ + H₂	2,46	1,65
г	C₂H₅OH ⇄ C₂H₄ + H₂O	7,65	2,48
д	SCl₂O₂ ⇄ SO₂ + Cl₂	4,58	1,32
е	SO₂F₂ ⇄ SO₂ + F₂	3,82	2,59

131. Для следующих гомогенных реакций с заданными константой равновесия и начальными концентрациями, одинаковыми для обоих реагентов, определите равновесные концентрации всех веществ (моль/л).

Вариант	Реакция	Kр	с₀, моль/л
а	CO + H₂O ⇄ CO₂ + H₂	2,25	0,75
б	H₂ + SO₃ ⇄ H₂O + SO₂	1,36	0,65
в	SO₃ + CO ⇄ SO₂ + CO₂	1,89	0,95
г	H₂ + CO₂ ⇄ H₂O + CO	2,64	1,05
д	H₂O + SO₂ ⇄ H₂ + SO₃	1,56	0,45
е	SO₂ + CO₂ ⇄ SO₃ + CO	3,06	0,55

132. Для следующих реакций с заданными константами равновесия и начальной концентрацией газообразного реагента рассчитайте равновесные концентрации газообразных веществ (моль/л).

Вариант	Реакция	Kр	с₀, моль/л
а	FeO_(т) + CO_(г) ⇄ Fe_(т) + CO₂₍_г)	13,64	2,05
б	2CuO₍_т₎ + CO₍_г₎ ⇄ Cu₂O₍_т₎ + CO₂₍_г₎	15,89	3,21
в	Fe₂O₃₍_т₎ + CO₍_г₎ ⇄ 2FeO₍_т₎ + CO₂₍_г₎	11,33	2,59
г	CoO₍_т₎ + CO₍_г₎ ⇄ Co₍_т₎ + CO₂₍_г₎	18,67	1,77
д	CuO_(т) + CO_(г) ⇄ Cu_(т) + CO₂_(г)	12,84	4,43
е	NiO_(т) + CO_(г) ⇄ Ni_(т) + CO₂_(г)	16,09	1,88

133. В реактор объемом 11,42 л для проведения реакции

2SO_2(г) + O_2(г) ⇄ 2SO_3(г) введены 2,43 моль SO₂ и 2,17 моль O₂. При некоторой температуре к моменту наступления равновесия количество диоксида серы уменьшилось на 1,85 моль. Определите константу равновесия. В реактор объемом 7,25 л введена смесь 2,34 моль NO и

1,17 моль С1₂. При некоторой температуре к моменту наступления равновесия образовалось 0,65 моль (NO) Cl. Определите константу равновесия. Рассчитайте константу равновесия реакции

N_2(г) + 3H_2(г) ⇄ 2NH_3(г), если начальные количества реагентов были

4,06 моль N₂ и 12,28 моль Н₂, а к моменту наступления равновесия при T=const прореагировало 10% начального количества азота. Объем реактора составляет 2,35 л. Определите константу равновесия реакции

4HCl_(г) + O_2(г) ⇄ 2Cl_2(г) + 2H₂O_(г), если начальные количества реагентов были 2,4 моль HCl и 1,2 моль О₂, а к моменту наступления равновесия при T=const осталось непрореагировавшим 0,8 моль хлороводорода. Объем реактора равен 4 л.

134. Рассчитайте константу равновесия реакции

N_2(г) + 3H_2(г) ⇄ 2NH_3(г), если при некоторой температуре в реактор объемом 10 л введено 0,05 моль N₂, и 0,52 моль Н₂, а к моменту равновесия образовалось 0,04 моль аммиака.

135. При некоторой температуре протекает реакция

2NO_2(г) ⇄ N₂O_4(г); К_р=0,32. Рассчитайте равновесные концентрации (моль/л) всех веществ, если начальное количество диоксида азота составляло 1,15 моль, а объем реактора равен 5,75 л.

136. В реакторе объемом 0,5 л протекает реакция

CH_4(г) + H₂O_(г) ⇄ CO_(г) + 3H_2(г). Определите константу равновесия при T=const, если в начальный момент имелось 0,05 моль СН₄ и 0,04 моль H₂O, а к моменту равновесия прореагировало 50% начального количества метана.

137. При некоторой температуре протекает реакция

CS_2(г) + 3O_2(г) ⇄ CO_2(г) + 2SO_2(г). Рассчитайте константу равновесия и начальные концентрации реагентов (моль/л), если в состоянии равновесия количества веществ составили 0,5, 0,3 и 0,6 моль для CS₂, О₂ и СО₂ соответственно, а объем реактора равен 0,5 л.

138. На основании принципа Ле Шателье определите, в каком направлении сместится равновесие в следующих системах при повышении температуры (Р = const):

а) 2NO_(г) + O_2(г) ⇄ 2NO_2(г); DH° < 0

б)2SO_3(г) ⇄ 2SO_2(г) + O_2(г); DH° > 0

в) C_(т) + CO_2(г) ⇄ 2CO_(г); DH° > 0

г) 2NH_3(г) ⇄ N_2(г) + 3H_2(г); DH° > 0

д) C_(т) + 2Cl_2(г) ⇄ CCl_4(г); DH° < 0

е) C_(т) + 2N₂O_(г) ⇄ CO_2(г) + 2N_2(г); DH° < 0

139. На основании принципа Ле Шателье установите, в каком направлении сместится равновесие в следующих системах при повышении давления (Т= const):

а) 2Fe_(т) + 3H₂O_(г) ⇄Fe₂O_3(т) + 3H_2(г)

б) C₃H_8(г) + 5O_2(г) ⇄ 3CO_2(г) + 4H₂O_(г)

в) CO_2(г) + 2N_2(г) ⇄ C_(т) + 2N₂O_(г)

140. При T=const состояние равновесия реакции

CuO_(т) + H_2(г) ⇄ Cu_(т) + H₂O_(г) установилось при концентрации каждого газообразного вещества 0,55 моль/л. Затем увеличили концентрации на 2 моль/л Н₂ и на 0,5 моль/л Н₂О, чем вызвали смещение равновесия. Определите направление смещения равновесия и новые значения равновесных концентраций газообразных веществ.

141. Рассчитайте равновесные концентрации газообразных веществ

для реакции LiH_(т) + H₂O_(г) ⇄ LiOH_(ж) + H_2(г); Кр=2,21, протекающей при T=const, если в некоторый момент концентрации газообразных веществ были равны 0,75 моль/л (Н₂О) и 0,15 моль/л (Н₂).

142. В реакторе объемом 0,25 л проводят реакцию

Sb₂S_3(т) + 3CO_(г) ⇄ 2Sb_(т) + 3CSO_(г) при T=const, равновесная концентрация каждого газообразного вещества равна 0,3 моль/л. Для смещения равновесия добавляют 0,1 моль монооксида углерода. Определите новые равновесные концентрации газообразных веществ. При T=const состояние равновесия реакции

2ZnS_(т) + 3O_2(г) ⇄ 2ZnO_(г) +2SO_2(г); К_р = 12,5 установилось при равновесной концентрации кислорода, равной 0,5 моль/л. Установите концентрацию SO₂ в некоторый момент протекания реакции, если концентрация О₂ в этот момент равна 2 моль/л.

Дата добавления: 2018-02-15; просмотров: 2541; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 12

Мы поможем в написании ваших работ!