- Предложите способы увеличения выхода продуктов данной химической реакции.
- Решение задач по хими на расчет начальных и конечных концентраций в равновесной системе
- а) Изменения содержания СО в равновесной смеси с повышением температуры при неизменном давлении? С ростом общего давления при неизменной температуре?
- б) Изменения константы равновесия при повышении общего давления и неизменной температуре? При увеличении температуры? При введении в систему катализатора?
Предложите способы увеличения выхода продуктов данной химической реакции.
Для увеличения выхода продуктов данной химической реакции необходимо смещение химического равновесия в сторону продуктов реакции. Применим принцип Ле-Шателье.
1) увеличить температуру системы, т.к. процесс эндотермический
(∆r H 0 Т > 0), в соответствии с изобарой Вант-Гоффа:
2) увеличить концентрацию (парциальное давление) исходного газа СО2 — дополнительный ввод газа;
снижать концентрацию (парциальное давление) продукта реакции СО – отводить газ из сферы реакции;
3) понизить общее давление в системе, т.к. прямая реакция идет с увеличением числа молей газообразных веществ.
ЗАДАЧА 4. Химическая кинетика.
Для заданной химической реакции nА + mВ ® AnBm
| Т1, К | Т2, К | k1 | k2 | t , мин | С0 , моль/л |
| 5 . 10 -5 л 2 ×моль -2 ×с -1 | 2 . 10 -1 л 2 ×моль -2 ×с -1 | 0,1 |
1. Рассчитайте энергию активации по значениям констант скорости реакции k1 и k2 при температурах Т1 и Т2 , соответственно. Дайте определение и предложите способы изменения энергии активации.
Зависимость константы скорости реакции от температуры определяется уравнением Аррениуса:
где R = 8,31 Дж/(моль×К) – универсальная газовая постоянная.
Для заданной химической реакции:
ln(2 . 10 -1 /5 . 10 -5 )=Еакт . (400 — 330 ) / 8,31 . 400 . 330, решаем уравнение и получаем: Еакт =130 кДж/моль.
Энергия активации – энергия, необходимая для перехода реагирующих частиц в состояние активированного комплекса. Энергию активации можно уменьшить с помощью катализатора.
2. Определите количество вещества (моль/л), израсходованного за указанное время t при температуре Т2 , если начальная концентрация реагентов одинакова и равна С0 .
По размерности константы скорости химической реакции,
[ k ] = [л 2 ×моль -2 ×с -1 ] , определяем порядок химической реакции: n=3.
Изменение концентрации исходных веществ по времени при одинаковой начальной концентрации исходных веществ для реакции третьего порядка рассчитывается по уравнению:
где с – текущая концентрация веществ в момент времени τ,
с0 – начальная концентрация веществ, k – константа скорости,
Рассчитаем текущую концентрацию исходных веществ с в момент времени τ =30мин =1800 сек при температуре 400 К,
k2= 2 . 10 -1 л 2 ×моль -2 ×с -1 :
,
решаем уравнение и получаем: с = 0,035 моль/л.
Количество вещества (моль/л), израсходованного за 30 минут при температуре 400 К:
Рассчитайте период полупревращения для вашей реакции при температуре
Т2 . Определите, от каких факторов зависит период полупревращения для вашей реакции.
Рассчитаем период полупревращения τ1/2 для реакции 3-го порядка при температуре 400 К.
= 750 сек.
Для реакции 3-го порядка период полупревращения зависит от температуры, природы и концентрации реагентов.
ПРИЛОЖЕНИЕ
Таблица. Термодинамические характеристики некоторых веществ
| вещество | ∆Н 0 298, кДж/моль | DG 0 298, кДж/моль | S 0 298 , Дж/моль . К | с 0 р, 298 Дж/моль . К |
| Cd | 51,76 | |||
| CdCl2 | -256,1 | -342,6 | 115,3 | |
| Co | 30,04 | 24,6 | ||
| CoO | -239 | — | 52,7 | 78,6 |
| CoCl2 | -310 | -267 | 109,6 | — |
| Cu | 33,3 | 24,51 | ||
| CuO | -165,3 | -127 | 42,64 | 44,78 |
| CuCl2 | -205,9 | -166,1 | — | |
| СО2 (г) | -393,51 | -394,38 | 213,68 | 37,41 |
| Cr | 23,76 | 23,35 | ||
| CrCl3 | -554,8 | 122,9 | 91,8 | |
| Сl2 (г) | 222,96 | 33,93 | ||
| Fe | 27,15 | 24,98 | ||
| FeO | -263,7 | -244,3 | 58,79 | 49,92 |
| Fe2O3 | -821,32 | -741,5 | 89,96 | 48,12 |
| FeS | -100,5 | -100,9 | 60,33 | |
| FeCl2 | -341 | -301,7 | 120,1 | |
| H2O (г) | -241,82 | -228,61 | 188,7 | 33,61 |
| Н2О (ж) | -285,84 | -237,2 | 70,08 | 89,33 |
| H2S (г) | -20,17 | -33,01 | 205,6 | 33,44 |
| Ni | 29,86 | 26,05 | ||
| NiO | -239,7 | -216,5 | 38,07 | 44,27 |
| NiS | -94,1 | — | 52,99 | |
| Mo | 28,58 | 23,75 | ||
| MoO2 | -589,3 | 46,51 | 55,91 | |
| O2 (г) | 205,04 | 29,37 | ||
| Pb | 64,9 | 26,82 | ||
| PbO2 | -276,6 | -219 | 76,44 | 62,89 |
| SO2 (г) | -296,9 | -300,4 | 248,1 | 39,87 |
| W | 32,76 | 24,8 | ||
| WO3 | -841,3 | — | 81,6 | 79,7 |
| V2O5 | -1557 | — | — | |
| V2O3 | -1219 | — | — | |
| Zn | 41,59 | 25,48 | ||
| ZnS | -201 | -239,8 | 57,7 | 46,02 |
| ZnO | -349 | -318,2 | 43,5 | 40,25 |
Таблица. Термодинамические характеристики некоторых веществ и ионов
Источник
Решение задач по хими на расчет начальных и конечных концентраций в равновесной системе
Задача 361.
Константа равновесия реакции А(г) + В(г) ⇔ С(г) + D(г) равна единице. Начальная концентрация = 0,02 моль/л. Сколько процентов вещества А подвергается превращению, если начальные концентрации [A]0 = равны 0,02,
[B]0 = 0,1 и 0,2 моль/л?
Решение:
Уравнение реакции имеет вид: А(г) + В(г)⇔ С(г) + D(г).
Согласно уравнению реакции из 1 моля вещества А и 1 моля вещества В образуется по 1 молю веществ С и D. Следовательно, выражение для константы реакции будет иметь вид:
Обозначим количество прореагировавших веществ через «x». Следовательно, начальные концентрации реагирующих веществ можно записать:
Тогда выражение для константы реакции можно записать:
Теперь рассчитаем, сколько процентов вещества А подвергнется превращению из пропорции:
0,02 : 100 = 0,01 : x; x = (0,01 . 100)/0,02 = 50%.
Тогда выражение для константы реакции можно записать:
Теперь рассчитаем, сколько процентов вещества А подвергнется превращению из пропорции:
0,02 : 100 = 0,01667 : x; x = (0,01667 . 100)/0,02 = 83,35%.
Тогда выражение для константы реакции можно записать:
Теперь рассчитаем, сколько процентов вещества А подвергнется превращению из пропорции:
0,02 : 100 = 0,01818 : x; x = (0,01818 . 100)/0,02 = 90,9%.
Ответ: а) 50%; б) 83,35%; в) 90,9%.
Задача 362.
Система:
C(графит) + СО2(г) ⇔ 2СО(г); 
= 172,5 кДж
находится в состоянии равновесия. Указать: а) как изменится содержание СО в равновесной смеси с повышением температуры при неизменном давлении? С ростом общего давления при неизменной температуре? б) изменится ли константа равновесия при повышении общего давления и неизменной температуре? При увеличении температуры? При введении в систему катализатора?
Решение:
Уравнение реакции имеет вид:
C (графит) + СО 2(г) ⇔ 2СО (г) ; = 172,5 кДж
а) Изменения содержания СО в равновесной смеси с повышением температуры при неизменном давлении? С ростом общего давления при неизменной температуре?
(1) Реакция протекает с поглощением теплоты, поэтому с повышением температуры при неизменном давлении, согласно принципу Ле-Шателье, равновесие системы сместится вправо, т. е. в сторону прямой реакции и концентрация СО при этом повысится.
(2) Реакция протекает с увеличением объёма газообразных веществ, поэтому при повышении общего давления в системе, согласно принципу Ле-Шателье, равновесие системы сместится влево, т.е. в сторону обратной реакции и содержание СО при этом уменьшится.
б) Изменения константы равновесия при повышении общего давления и неизменной температуре? При увеличении температуры? При введении в систему катализатора?
(1) Реакция протекает с увеличением содержания газообразных веществ, поэтому при повышении общего давления и неизменной температуре в системе, согласно принципу Ле-Шателье, равновесие системы сместится влево в сторону уменьшения общего числа молей газообразных веществ, т.е. в сторону образования СО2. Значит, константа обратной реакции будет больше константы прямой реакции ( k2 > k1) или (k1
(2) Так как реакция протекает с поглощением теплоты, поэтому при увеличении температуры, согласно принципу
Ле-Шателье, равновесие системы сместится вправо в сторону прямой реакции, т.е. (k1 > k2).
(3) При введении в систему катализатора равновесие системы не изменится, потому что катализатор увеличит скорость как прямой, так и обратной реакции, т.е. (k1 = k2).
Ответ: а) (1) содержание СО повысится, (2) содержание СО понизится; б) (1) k1 k2, (3) k1 = k2.
Задача 363.
В каком направлении сместятся равновесия:
2C(г) + О2(г) ⇔ 2СО(г); = 556 кДж;
N2(г) + О2(г) ⇔ 2NО(г); = 180 кДж.
а) при понижении температуры? б) при повышении давления?
Решение:
Уравнения реакций имеют вид:
2C(г) + О2(г) ⇔ 2СО(г); = 556 кДж; (1)
N2(г) + О2(г) ⇔ 2NО(г); = 180 кДж. (2)
а) При понижении температуры, согласно принципу Ле-Шателье, равновесие реакции (1) сместится вправо, так как данная реакция протекает с выделением теплоты; равновесие реакции (2) сместится влево, потому что эта реакция протекает с поглощением теплоты.
б) При повышении давления в системе, согласно принципу Ле-Шателье, равновесие реакции (1) сместится вправо, так как данная реакция протекает с уменьшением числа молей газообразных веществ; смещение равновесия реакции (2) не произойдёт, так как данная реакция протекает числа молей газообразных веществ.
Ответ: а) (1) вправо, (2) влево; б) (1) вправо, (2) не сместится.
Задача 364.
Как повлияет на равновесие следующих реакций:
H2(г) + О2(г) ⇔ 2H2O(г); = -483,6 кДж;
СаСО3(к) ⇔ СаО(к) + СО2(г); = 179 кДж
а) повышение давления; б) повышение температуры?
Решение:
Уравнения реакций имеют вид:
H2(г) + О2(г) ⇔ 2H2O(г); = -483,6 кДж; (1)
СаСО3(к) ⇔ СаО(к) + СО2(г); = 179 кДж. (2)
а) При повышении давления в системе, согласно принципу Ле-Шателье, равновесие реакции (1) сместится вправо, так как данная реакция протекает с уменьшением числа молей газообразных веществ; равновесие реакции (2) сместится влево, так как данная реакция протекает с увеличением числа молей газообразных веществ.
б) При повышении температуры системы, согласно принципу Ле-Шателье, равновесие реакции (1) сместится влево, так как данная реакция протекает с выделением теплоты; равновесие реакции (2) сместится вправо, так как данная реакция протекает с поглощением теплоты.
Ответ: а) (1) вправо, (2) влево; б) (1) влево, (2) вправо.
Задача 365.
Указать, какими изменениями концентраций реагирующих веществ можно сместить вправо равновесие реакции C(графит) + СО2(г) ⇔ 2СО(г).
Решение:
Уравнение реакции имеет вид:
1). Продуктом данной реакции является угарный газ, поэтому, согласно принципу Ле-Шателье, отведение из системы СО сместит равновесие системы вправо, т. е. в сторону дополнительного образования СО.
2). Увеличение концентрации исходного газообразного вещества СО2, согласно принципу Ле-Шателье, сместит равновесие системы вправо, т.е. в сторону уменьшения содержания данного вещества и при этом будет образовываться дополнительное количество СО.
Ответ: 1) уменьшение концентрации СО; 2) увеличение концентрации СО2
Источник
