В.В. Ерёмин, С.И. Каргов, И.А. Успенская, Н.Е. Кузьменко, В.В. Лунин - Основы физической химии. Теория и задачи (1134487), страница 25
Текст из файла (страница 25)
Константа равновесия реакции Хг(г) + ЗНг(г) = 2ХНз«) 1 — а Равновесная мольная доля: 2 — 2а Следовательно, Пример 9-3. Константа равновесия реакции СО(г) + 2Нг(г) = СН)ОН(г) 0 2а (Всего: 2 — 2а) 2а 2 — 2а Гл а е а 2. Приложения химической термодинамики Следовательно хсп он а(4 — 2а) г К— е г хсо хйг (1 — а) (2 — 2а) (1-а) (2-2а)' рг Таким образом, 6.09 10 а(4 — 2а) (1-а) (2 — 2а) (100) Решая зто уравнение, получаем а = 0.732.
Мольные доли веществ в равновесной смеси равны: хсн,он = 0 288 хсо 0 106, хн = 0.212 и хн = 0.394. Пример 9-4. Для реакции Нго) ) ЗНго) 21.Н)о) при 298 К К„= 6.0 10, а ЬгН' (ХН)) = — 46.1 кДж моль . Оцените значение константы равновесия при 500 К. Решение. Стандартная мольная знтальпия реакции равна Л,Н' = 26)Н'(НН)) = — 92.2 кДж моль '. Согласно уравнению (9.18.6), ЛН"(! 1! 1п К, = 1п К, + — '! — — — ) = ?1 17' т 1 (6010) 173 8.314 Дж К ' моль ' ),298 К 50ОК,) откуда Кг = 0.18. Отметим, что константа равновесия экзотермнческой реакции уменьшается с ростом температуры, что согласуется с принципом Ле Шателье.
~ ЗАДАЧЙ1 Указание: во всех задачах газы считать идеальными. 9-1. При 1273 К и общем давлении 30 атм в равновесной смеси СОгп) + Сое = 2СО(г) содержится 17% (по объему) СОг. Сколько процентов СОг будет содержаться в газе при общем давлении 20 атм? При каком давлении в газе будет содержаться 25% СОг? Гл а е а 2. Приложения химической термодинамики 9-2. При 2000 'С и общем давленли 1 атм 2% воды диссоциировано на водорол и кислород. Рассчитайте константу равновесия реакции Н2О(г) Н2(г) ( 1г2О2(г) при этих условиях. 9-3. Константа равновесия реакции СО( )+ Н20(г) = СО2(г) + Н2( ) при 500 'С равна К, = 5.5.
Смесь, состоящую из 1 моль СО и 5 моль Н20, нагрели Ло этой температуры. Рассчитайте мольную долю Н20 в равновесной смеси. 9-4. Константа равновесия реакции Н)о„„) = 2!чо,в) при 25 'С равна Кр = 0.143. Рассчитайте давление, которое установится в сосуде объемом 1 л, в который поместили 1 г М20( при этой температуре. 9-5. Сосуд объемом 3 л, содержащий 1.7910 2 моль 12, нагрели до 973 К. Давление в сосуде при равновесии оказалось равно 0.49 атм.
Считая газы идеальными, рассчитайте константу равновесия при 973 К для реакции 9-6. Для реакции РС!5(г) = РС15(г) + С12(г) при 250 'С Л,С' = — 2508 Дж моль '. При каком общем давлении степень превращения РС15 в РС1) и С12 при 250 'С составит 30%? 9-7. Для реакции 2 Н 1(г) = Н2(г) + 12(г) константа равновесия К = 1.83 1 О при 698.6 К. Сколько граммов Н 1 образуется при нагревании до этой температуры 10 г 12 и 0.2 г Н2 в трехлитровом сосуде? Чему равны парциальные давления Н2, 12 и Н1? 9-8. Сосуд объемом 1 л, содержащий 0.341 моль РС15 и 0.233 моль !л)2, нагрели до 250 'С.
Общее давление в сосуде при равновесии оказалось равно 29.33 атм. Считая все газы идеальными, рассчитайте константу равновесия при 250 'С для протекающей в сосуде реакции РС!5(г) = РС!З(г) (- С12(г). Гл а е а 2. Приложения химической термодинамики 9-9. Константа равновесия реакции СОоз + 2Нг<о = СНзОНо> при 500 К равна Кр = 6.09.10 . Рассчитайте общее давление, необходимое для получения метанола с 90% выходом, если СО и Нг взяты в соотношении 1: 2. 9-10.
При 25 'С Ь~О'~МНз) =. — 16.5 кДж моль . Рассчитайте Л,О реакции образования ХНз при парциальных давлениях Хг, Н. н МНз, равных 3 атм, 1 атм и 4 атм соответственно. В какую сторону реакция будет идти самопроизвольно при этих условиях? 9-11. Система, в которой протекает экзотермическая реакция СОоз+ 2Нгоз = СНзОНвь находится в равновесии прн 500 К и 10 бар.
Если газы идеальные, как повлияют на выход метанола следующие факторы: а) повышение Т; б) повышение р; в) добавление инертного газа при К= сопя!; г) добавление инертного газа при р = сопж; д) добавление Нг при р = сопя!? 9-12. Константа равновесия газофазной реакции изомеризации борнеола 1СиН1гОН) в изоборнеол равна 0.106 при 503 К. Смесь 7.5 г борнеола и 14.0 г изоборнеола поместили в сосуд объемом 5 л и выдерживали при 503 К до достижения равновесия. Рассчитайте мольные доли и массы борнеола и изоборнеола в равновесной смеси. 9-13.
Равновесие в реакции 2ХОС!о! = 2ХОп>+ С!го) устанавливается при 227 'С и общем давлении 1.0 бар, когда парцнальиое давление НОС! равно 0.64 бар (изначально присутствовал только НОС!). Рассчитайте Л,б' этой реакции. При каком общем давлении парциальное давление С1г будет равно 0.10 бар? 9-14. Рассчитайте общее давление, которое необходимо приложить к смеси 3 частей Нг и ! части Хг, чтобы получить равновесную смесь, содержащую 10% )чНз по объему при 400 'С.
Константа равновесия для реакции !Чг<г) + 3Нгоз = 2ХНзоз при 400 'С равна К = 1.60.10~. 9-15. При 250 'С н общем давлении 1 атм РС!з диссоциирован на 80% по реакции РС1зоз РС1зоз '~ С!го) Гл а е а 2. Приложения химической термодинамики Чему будет равна степень диссоциации РС1я если в систему добавить )Чь чтобы парцнальное давление азота было равно 0.9 атм? Общее давление поддерживается равным 1 атм.
9-16. При 2000 'С для реакции )Ч„о+ О„о = г)ЧОп, К, = 2.5.10 . В равновесной смеси Хъ О,, ХО и инертного газа при общем давлении ! бар содержится 80% (по объему) )чз и 16% Оъ Сколько процентов по объему составляет !чО? Чему равно парциальное давление инертного газа? 9-17. При нагревании 1 моль С1Ез(газ) в объеме 2.00 л до 300 'С разложению на простые вещества подверглось О.!% препарата. Справочные данные для составляющих веществ приведены в таблице: Теплоемкость С„для всех веществ не зависит от температуры в интервале 298 — 800 К. Заполните следующую таблицу для реакции гс)Еко = С(„о+ ЗЕ„„Е Какой объем сосуда надо выбрать, чтобы при температуре 300 'С разложилось 0.5% хлорида фтора? Какая часть С(Ез разложится при 500 'С? 9-18.
Используя справочные данные, рассчитайте термодинамические свойства (измененне энтальпии, энтропии и энергии Гиббса) реакции синтеза аммиака при 298.15, 800, 1300 К и стандартном давлении. Определите мольную долю аммиака при температурах 298.15, 800 и 1300 К и давлении ! бар, 1О бар, если реагенты смешаны в стехиометрических количествах. Охарактеризуйте влияние температуры и давления на выход продукта. Гл а в а 2.
Приложения химической термодинамики Коэффициенты полиномиальных зависимостей С (Т) = а + ЬТ+ + с Т~, о (Т) =Н+ еТ+7Т приведены в таблице 9-19. При исследовании газофазной реакции 2А + В -+ ЗС + 2Р обнаружили, что если смешать 1.00 моль А, 2.00 моль В и 1.00 моль О, то в равновесной смеси при 25 'С и общем давлении 1 бар будет находиться 0.90 моль С. Рассчитайте мольную долю каждого составляющего прн равновесии, константу равновесия и А„О'. 9-20. При исследовании газофазной реакции А +  — ~ С + 2О обнаружили, что если смешать 2.00 моль А, !.00 моль В и 3.00 моль О, то в равновесной смеси при 25 'С и общем давлении 1 бар будет находиться 0.79 моль С.
Рассчитайте мольную долю каждо~о составляющего прн равновесии, константу равновесия и Л,О'. 9-21. Получите выражение для стандартной энергии Гиббса реакции при температуре Т' через ее значение при другой температуре Т и коэффициенты и, Ь и с полиномиальной зависимости мольной теплоемкости А,С„= а + ЬТ+ с7' '. 9-22. Рассчитайте стандартную энтальпию реакции. для которой константа равновесия: а) увеличивается в 2 раза; б) уменьшается в 2 раза при изменении температуры от 298 К до 308 К. 9-23.
Оксид ртути днссоциирует по реакции 2Н8Опи = 2Н8!и ч Опо При 420 'С давление газов равно 5.16 10 Па. а при 450 'С 10.8.10 Па. Рассчитайте константы равновесия при этих температурах и энтальпию диссоциации на моль Н8О. 9-24. Для реакции АйзСОл~и А820ом + СОло получены следующие данные по зависимости константы равновесия от температуры: 350 400 450 500 Т,К 3.98 !О 1.41 10 1.8б 1О ' Гл а в а 2.
Приложения химической термодинамики Определите стандартную энтальпию реакции в этом температурном интервале. 9-25. Зависимость константы равновесия реакции 2С(Н6(о = СзН4(г) + С4Нз(о от температуры между 300 К и б00 К описывается уравнением 1п К = — 1.04 — 1088 (Т+ 1.51.10 (Т~. Рассчитайте Л,б', Л,Н' и ЛУ' при 400 К. 9-2б. При диссоцнации НН4С! прн 427'С давление пара составляет 608 кПа, но при увеличении температуры до 459 'С оно возрастает до 1115 кПа. Рассчитайте: а) константу равновесия; б) стандартную энергию Гиббса реакции; в) стандартную энтальпию; г) стандартную энтропию реакции диссоциации (все функции — при 427 'С).
Примите, что пар ведет себя как идеальный газ, а Л,Н' и Л,Я' не зависят от температуры в указанном интервале. 9-27. Рассчитайте константу равновесия реакции СО( ( + Нз( ) -+ Н СО( ь если известно, что при получении жидкого формальдегида Л,б' = = +28.95 кДж.моль прн 298 К, а давление пара формальдегнда при этой температуре равно 1500 Торр. 9-28. Константа равновесия синтеза ЛТФ по уравнению: АДФ + НРО4 + Н = АТФ + Н(0 при 25 'С равна 41. Рассчнтайтс Лб реакции гидролиза АТФ при стандартных условиях и при концентрациях ионов, близких к нормальным физиологическим значениям: [ЛДФ [ = [НРО4 ! = [АТФ = 1О моль л, рН = 7. В нейтральной среде изменение энергии Гиббса при молочнокнслом брожении равно — 218 кДж моль ', а при полном окислении глюкозы — 2880 кДж моль .
Сколько молекул АТФ 1 может быть синтезировано за счет энергии, запасенной в одной молекуле глюкозы, в аэробных и анаэробных клетках? 9-29. Используя величины стандартных энергий Гиббса (Л,б') различных метаболических реакций, рассчитайте соответствующие значения Л,б" и Л,б'" при стандартных состояниях компонентов, принятых в физической химии и биохимии. Гл а е а 2. Приложения химической термодинамики 1бб Реакция ккал моль гликолиз и спиртовое брожение Гликоген+ НРО4 -) глюкозо — ! — Ф е Н,О 2 2 + 0.55 Глюкоза+ АТФ' -+ глюкозо — б-Ф' + АДФ' + Н' '- 3.9 Гликоген (одна единица глюкозы) + Н)О -+ 2 лактат е 2 Н' -32.2 Ацетальлегид -)- НАД-Н е Н -+ этаиол е НАД -!4.90 цикл лимонной кислоты Оксалоацетат' е ацетил-КоА + Н,О -+ цитрат' + КоА + Н +1.8 Изоцитрат' + 112 0)+ Н'-+и — кетоглутарат + Н О+СО, Фумарат' + Н)О -+ малат' — 0.88 другие реакции 8 12 Бутнрат + !12 Оз+ КоА+ !12 Н'-+ ацетил — КоЛ+ Н,О 9 Пируват +О,+ Н'-+ 3 СО)+2Н)0 — 282.84 9-30.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
