ЭНЕРГЕТИКА ХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ.

ХИМИЧЕСКОЕ РАВНОВЕСИЕ

Пример 1. Рассчитайте стандартную энтальпию реакции

2SO_2(г) + O_2(г) = 2SO_3(г)

Δ H_f^o (кДж/моль) -297 0 -396

Решение: Δ Н^ор-ции = Σ Δ Н^опрод - Σ Δ Н^оисх = 2(-396) - [2(-297) + 1(0)] = -198 кДж

Пример 2. Рассчитайте стандартную энтальпию образования этанола, если стандартные энтальпии сгорания углерода, водорода и этанола соответственно равны (в кДж/моль): -393, 5; -285, 8; -1366, 9.

Решение: Уравнение реакции, соответствующей энтальпии образования этанола-

2С + 3Н₂ + 0, 5О₂ = С₂Н₅ОН

Δ Н^ор-ции = Δ H_f^o(С₂Н₅ОН) = Σ Δ Н^осг. исх - Σ Δ Н^осг.эт. = 2(-393, 5) + 3(-285, 8) - (-1366, 9) =

-277, 6 кДж/моль

Пример 3. Рассчитайте стандартную энтропию Δ S^o реакции: SO_2(г) + 0, 5O_2(г) = SO_3(г)

Если стандартные энтропии образования SO₂(г), SO₂(г), SO₃(г) равны соответственно(в Дж/К моль):

248, 205, 257.

Решение: Δ S^o = Σ S _f^o прод. - Σ S_f ^oисх. = 2·257 -(2· 248 1· 205) = -187 Дж/К

Пример 4. Пользуясь значениями Δ G^o_f отдельных соединений, вычислите Δ G^o реакции

SO₂(г) + NO₂(г) = SO₃(г) + NO(г) и определите её направление в стандартных условиях.

Решение: Δ G^o р-ции = [Δ G^o_f(SO₃) + Δ G^o_f(NO)] - [Δ G^o_f(SO₂) + Δ G^o_f(NO₂)] =

(-370, 4 + 86, 6) - (-300, 4 + 51, 8) = -35, 2 кДж Величина Δ G^o р-ции < О, значит реакция протекает в сторону образования SO₃ и NO.

Пример 5. Константа равновесия системы H₂(г) + I₂(г) = 2HI(г) при некоторой температуре равна 40. Определите равновесные концентрации реагирующих веществ, если исходные концентрации этих веществ составляют (в моль/л): [I₂] = 0, 01; [H₂] = 0, 03.

Решение: Пусть уменьшение концентрации водорода и иода к моменту равновесия будет x. Тогда равновесные концентрации составят( в моль/л): [I₂] =(0, 01 - x); [H₂] = (0, 03 – x); [HI] = 2x.

Решение этого уравнения даёт два корня: x₁= 0, 0349 моль/л и x₂= 0, 0096моль/л

Так как исходная концентрация иода равна 0, 01 моль/л, уменьшение концентрации не может превышать эту величину и, следовательно, решением задачи будет x₂= 0, 0096моль/л.Тогда равновесные концентрации реагирующих веществ будут равны(в моль/л):

[[H₂]р = 0, 01 – 0, 0096 = 0, 0004; [I₂]р = 0, 03 – 0, 0096 = 0, 0204; [HI]р = 2 0, 0096 = 0, 0192.

Пример 6. Химическое равновесие реакции СО₂(г) + Н₂(г) = СО(г)+Н₂О(г)

Установилось при следующих концентрациях реагирующих веществ(моль/л):

[CO₂] = 7, 0; [H₂] = 5, 0; [CO] = 10; [H₂O] = 14. Равновесие системы было нарушено вследствие уменьшения концентрации Н₂О до 11 моль/л Рассчитайте равновесные концентрации реагирующих веществ после сдвига равновесия.

Решение. Уменьшение концентрации Н₂О показывает, что равновесие сместилось в сторону прямой реакции. Таким образом, концентрация СО₂ и Н₂ уменьшилась, а концентрация СО и Н₂О увеличилась. Пусть изменение концентрации реагирующих веществ будет х моль/л.Тогда новые равновесные концентрации после смещения равновесия будут равны (в моль/л):

[CO₂] = (7-x); [H₂] = (5-x); [CO] = (10 + x); [H₂O] = (11 + x).

Константа равновесия данной реакции равна:

Кс = [CO] [H₂O] / [CO₂][H₂] = 10 · 14 / 7 · 5 = 4, 0.

4 = (10 +x) (11 +x) / (7 – x)(5 – x) = (110 + 21x + x²) / (35 – 12x + x²).

x² – 23x +10 = 0; x₁ = 22, 56; x₂ = 0, 44.

Реальное значение имеет второй корень. Следовательно, х = 0, 44моль/л.

Новые равновесные концентрации:

[CO₂] = 7, 0 – 0, 44 = 6, 56 моль/л; [H₂] = 5, 0 – 0, 44 = 4, 56 моль/л;

[CO] = 10, 0 + 0, 44 = 10, 44 моль/л; [H₂O] = 11, 0 + 0, 44 = 11, 44 моль/л.

 

ЗАДАЧИ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО РЕШЕНИЯ

 

1. Стандартные энтальпии образования (в кДж/моль) аммиака и нитрата аммония равны соответственно: - 46, 2 и -365, 4. Напишите уравнения реакций, к которым относятся эти тепловые эффекты.

2. При образовании 1, 70г аммиака выделилось 4620Дж тепла. Определите стандартную теплоту образования аммиака.

3. Рассчитайте энтальпию реакции ( при стандартных условиях: ):

SO₂(г)+ 2H₂S(г)= 3S(кр).+ 2Н₂О(ж),.если стандартные энтальпии образования SO₂(г), H₂S(г) и.H₂О(ж) равны соответственно( в кДж/моль): -296, 9; -21, 0; -285, 8.

4. Окисление аммиака протекает по уравнению: 4NH₃(г)+ 30₂(г)= 2N₂(г) + 6Н₂О(ж).

Стандартная энтальпия реакции –1530 кДж/моль. Определите стандартную энтальпию образования аммиака, если стандартная энтальпия образования воды -285, 8кДж/моль.

5. Не производя вычислений, установите знак изменения энтропии реакции окисления аммиака(см.п.4).

6. Рассчитайте стандартную энергию Гиббса реакции СО(г) + Н₂О(ж) = СО₂(г) + Н₂(г)

и установите, в каком направлении эта реакция может протекать самопроизвольно в стандартных

условиях при 25^оС. Стандартные энергии Гиббса образования СО₂(г), Н₂О(ж) и СО(г)

соответственное( в кДж/моль): -137, 1; -237, 3; -394.4.

7 Напишите выражения констант химического равновесия (Кс, Кр)

следующих обратимых реакций (V = const. Т = const):

а)N₂(г) + 3H₂(г) = 2NH₃(г)

б)C(тв)+ CO₂(г) =2CO(г)

в)4HCl(г) +O₂(г) = 2H₂O(г) + 2Cl₂(г)

г)2NO₂(г) =2NO(г) +O₂(г)

8. В каком направлении смещено равновесие в реакции Н₂(г)+ J₂(г)= 2HJ(г),

если при некоторой температуре константа равновесия Кр> 1?

9. С ростом температуры равновесие в реакции

N₂(г) + O₂(г)= 2NO(г) сдвигаетсяв сторону прямой реакции.

Сделайте вывод о знаке энтальпии реакции.

10. При некоторой температуре константа равновесия реакции А=В равна 4.

Как изменится константа равновесия реакции, если концентрацию вещества А

увеличить в 10 раз?

11. При температуре 298К константа равновесия реакции А=В равна 4× 10^-4, а при температуре 1000К равна 5× 10^-6. Экзотермическая или эндотермическая эта реакция?

12. Как повлияет повышение давления на состояние равновесия системы:

СН₄(г) = С(тв) + 2Н₂(г).

13. Как повлияет понижение температуры на величину константы равновесия реакции N₂(г)+ ЗН₂(г)=2 NH₃(г), если стандартная энтальпия реакции -92, 4кДж.

 

14. Исходные концентрации СО и Н₂О соответственно равны 0, 08 моль/л.

Вычислите равновесные концентрации СО, Н₂О и Н₂ в системе

СО(г)+ Н₂0(г)= СО₂(г)+ Н₂(г), если равновесная концентрация СО оказалась равной 0, 05моль/л.

15. Равновесие реакции 4HCl(г) + 0₂(г)= 2H₂O(г)+ 2Cl₂(г) установилось

при следующих концентрациях реагирующих веществ(в моль/л):

/Н₂О/ = /Cl₂ / = 0.4; /HCl/ = /О₂/ = 0.2. Вычислите константу равновесия Кс и

исходную концентрацию кислорода в реакционной смеси.

16.При 721К константа равновесия Кр реакции Н₂(г)+ I₂(г)=2HI(г), равна 50. Рассчитайте стандартное изменение энергии Гиббса этой реакции.

К занятитию №9

⇐ Предыдущая12345Следующая ⇒

Поделиться: