И.В. Кудряшов, Г.С. Каретников - Сборник примеров и задач по физической химии (1134495), страница 47
Текст из файла (страница 47)
По уравнению (ХЧП.!) находим К,: (пнз/У) 4хз/[10 з)з 50, 25 (лн /У)(л! /У) [(!0,6.10-' — х)/!О-з[ [(3,33 10-з х)НО-з! Решение этого уравнения дает 46, 25хз — О, 7015х+ 1, 7737 ! 0 з = О. Откуда 0 7015 ~ [х 0 70!бе 4,1 7737,10-з,46 25 2 46,25 0 7015 ~ 0 4049 92,50 хз = 11,961 10 "; хе=3,206 !О з.
А+ 4В =1) ! 12 0 — количество молей я исходном состоянии системы 1 — х!2 — 4х х — количество молей н равновесном состоянии системы , Ел!=) — х+!2 — 4х+х=!3 — 4х. Первый корень х, не имеет физического смысла, так как величина х не может быть больше пн,) хз = 3,206 10 ' моль. Масса Н1, полученная в результате установления состояния равновесия, составит л!н! = =2х Мн! = 2 3,206 1О-з ° 128 1О-з = 0 821 ° 1О-з кг. 4.
В закрытом сосуде вместимостью 0,05 мз находится 1 моль вещества А н 12 моль вещества В. В результате реакции А + 4В = Р установилось равновесие. Общее давление в равновесном состоянии системы составляет 4,51 ° 1Оз Па. Вычислите равновесные концентрации всех реагентов при 298 К. Система подчиняется законам идеального газообразного состояния. Р е ш е н и е. Согласно уравнению реакции приведем количество молей в начальный момент и в состоянии равновесия: По уравнению Менделеева — Клапейрона Р(/ = ~лДТ: 4,51.10ь 0,05 ~~з~л;=13 — 4х=, =9,10 моль 8,3!43 298 13 — 9 1О х = =0,975 моль. 4 Равновесные концентрации определим по уравнению ! — О, 975 = 0,5 моль/м 0,05 12 — 4 0,975 св = 0,05 = !62 моль/мв 0,975 с, — †' = !9,5 моль/мв. 0,05 5.
При 693 К водород и иод находятся в закрытом сосуде. В исходном состоянии системы парциальные давления Рн, = 0,4521 1О' и Рс, — — 0,1882 10ь Па. Равновесное парциальное давление Н1 Рн! = 0,3222 1Оь Па. Вычислите равновесные парциальные давления Н, и 1в и константу равновесия. Р е ш е н и е, Убыль парциальных давлений водорода и иода равна между собой (ЬРн, и АР1,): ! н, = ! н, — 5 !'н,1 '/'1, = !'!,— о Р1„ где Р„', и Р!, — равновесные парциальные давления водорода и иода. Парцнальное давление образовавшегося Н! равно удвоенной убыли пацнального давления водорода: Рн =25 Рн =25 Р! ' Л Р= О 3222,!Оь/2 0 161!.10в Па. Тогда Рн = 0,4221 10ь — 0,16!1 ° !Ос=0,29!О 10ь Па, Р; 0 !682 10ь 0 !б!1,10ь 0 0071,10ь Па.
Вычислим Кр по уравнению (ХЧ! !.3): (Рнс)в (О 3222, 10ь)в Рн Р 0 29!О'10ь 0 007!'10ь 6. Процесс получения хлора окислением хлороводорода протекает по уравнению реакции 4НС!+ Ов=2Нво+2С1с 264 При смешении 1,000 моль НС! с 0,480 моль О, образуется 0,402 моль С1,. Вычислите Кр, если система находится при Р = 1,0133 10' Па и б59 К. Р е ш е н и е. На образование 0,402 моль С!, расходуется 0,804 моль НС1 и 0,201 моль О,.
В равновесном состоянии будет: лс! — — лн 0=0,402 моль, лнс! = 1,000 — 0,804=0,196 моль, ло = 0,480 — 0,20! =0,279 моль, 2 лс=0,196+0,279+0,402+0,402=1,279 моль. Отнесем рановесные парциальные давления к давлению 1 атм: Рн о = 0.402/1 279=0 314 Рос, = 0 402/1 279=0 3!4 Рис! = 0 196/1 279=0 153 Ро = 0'279/1'279=0 218 тогда 0,314в.0,3!4в Кр =, =81,376 !атм-'1.
О.!53с 0,2!8 7. При 823 К и 1,0133.10' Па степень диссоциации фосгена на окснд углерода и хлор равна 77 %. Определите Кр и Кс. Р е ш е н и е. Процесс диссоцнации можно записать: СОС!, = = СО + С!,. Равновесное парцнальное давление равно общему давлению, умноженному на равновесную молярную долю: 'со='хсо( 'с! =Рха , ''сось ="сосс, СОС1, = СО + С1, 1 0 0 — исходное количество молей сс — равновесное количество молей ! — а а Е лс=! — сс+а+а=!+и.
Отсюда равновесные парциальные давления, отнесенные к давлению 1 атм, будут: а ! — а Р =Р =Р—; Р =Р—," со — сь, — 1+ „1 сос1,— Рв аь (1 — а) аь 0,77в Кр = = Р = =1,456 атм, (! — а)ь Р(! — а) 1 — сев 1 — 0,77в К, Кр (РТ) а~=!,456 !8,3!43.823) с=0,02157 моль/л, 8. В реакции, протекающей по уравнению ЗРе+4Н О= Ревоь+4Н, при исходном давлении водяного пара 1,3325 10ь Па после достижения равновесия при 473 Крановесное парциальное давление образующегося водорода составляет 1,27!7.10ь Па. Определите выход водоро- да, если в сосуд вместимостью 2 1О-а м*, содержащий металлическое железо, введен водяной пар под давлением 3,0399 10' Па при 473 К. Р е ш е н и е. Так как концентрации металлического железа и окида железа Ре«04 в газовой фазе практически постоянн~, то константа равновесия реакции может быть записана так: Рн = 1,27!7 !О' Па= 1,2550 атм; К' = ' =20,9!7.
1,2550 О, 0600 Количество молей образовавшегося водорода определим по уравнению Менделеева — Клапейрона "н,="н, "//ет Ри =/дн о К' =(З,ОЗ99 !О' — „) К' 3,0399 !Од 3,0399 !Од 20,9!6 !+К 2! ОШ Количество водорода будет 2,90!2 !Од 2 !О-а бн, — 2лн — 2 8 3!43 473 — — 0,295 т = 0,295 !О- кг, 9. Вычислите равновесный выход )ь)Оа по реакции 51«04 хм 2)ь)О при 1,0133 !0в Па и 298 К. а и а ах а Решен ие. е н и е. Для определения равновесного выхода необходимо знать константу равновесия реакции. Воспользуемся данными справочника (М.! н рассчитаем энергию Гиббса по уравнению Д б1„5 Оо„2985 за НдО« 9,37 304,3 НО, 33,89 240,45 Вещество Ьо! дед «Дж/моль д зада, Дж/(моль К) Л//ад д — — 58,4! кДж; Л здд =!76,6 Дж; Лб =58,4! ° !Оа — 298.
!76,6=5,78. !Од Дж. По уравению (ХЪ'П.20) вычислим Кр !8К 5780 2,3026 8,3!43 298 — 1,0!3! = 2,9869; Кр — — 0,0970; /' хмо, К, = ' =0,0970; хндо =0,0970 — 0,0970« ! — хно К =рй,/рй, л К,'=р„/р где Кр = Кр". Реакция идет без изменения объема, поэтому пр стиженни равновесия Рн,о = 1,3325 10в — 1,27!7 10«= 0,0608 1ОаПа= ому при до'= 0,0600 атм. хдмо +0,0970хмо 0 0970 О. Решение уравнения второй степени дает два корня, один из них не имеет физического смысла. Тогда хно, = 0,2667; малярная доля в равновесии составляет хно, 100 = 26,67 %.
1О. Определите константу равновесия Кр при 1000 К реакции окисления аммиака: ННа+'/,Од= '/дна+'/,НдО Для расчета использовать константы равновесия реакций образования аммиака и воды нз простых веществ при 1000 К: ь/~Н +а/ Н =НН К вЂ” 5 69 !О-д ь/аО«+На= Н 0 (т) Кр .= 1, !6 !О'д (давление выражено в атмосферах).
Р е ш е н и е. Выведем уравнение, связывающее искомую величи- ну Кр с известными значениями Кр, и Кр,! 3 — !,но !.нн,, где Лб) ! — стандартное изменение энергии Гиббса при образовании данного вещества из простых веществ; Лба — стандартное изменение энергии Гиббса реакции окисления аммиака, 3 — /)71п Кр — — — /77'!и Кр +/77'1п Кр или К, (! !6 !О")"' К 2 !96.!Оьв 5,69 !О а Р, !1. Константа равновесия реакции Н, + 1, = 2Н! при 693 К равна 50.
Образуется лн иодид водорода при идеально обатимом проведении процесса, если исходные концентрации (моль/л): Н, — 2; 1,5; 1,0; 1, — 5; 0,25; 2,0; Н! — 10; 5; 10. Вещества в реакционный сосуд поступают из бесконечно больших емкостей. Иодид водорода выводится из реакционного сосуда в емкость бесконечно большого объема, где его концентрация сш. Р е ш е н и е. Воспользуемся уравнением нзотермы Вант-Гоффа 1Н1!д Л б= Л А =/77'(!п — 1п Ке) !Н,1 !1,! и вычислим Лб или /«А. Установим знак этой величины. Для этого рас- 1Н)Р считаем — и сопоставим эти величины с Ке: 1Н !!1 ! 1) для первых произвольных концентраций !Од — =!ОС5О, дбСО; 2 5 реакция будет протекать самопроизвольно в прямом направлении; 267 2) для вторых произвольных конценраций 52 = 66,66 > 50, Л б > 0; реакция в прямом направлении самопроизвольно протекать не будет; 3) для третьих произвольных концентраций 102 — =00; Лб =0; 2 1 система находится в состоянии равновесия.
12. Выразите константу равновесия Кр.реакции Нз+т/зО, = = Н,О (г) через общее давление Р и степень диссоциации водяного пара а. Р е ш е н и е. Если исходить из 1 моль Н,О (г) (пй,о = 1), то при степени диссоциации а в равновесной смеси останется (1 — а)моль Н,О (пн,о) и образуется а/2 моль О, (по,) и и моль Н, (пи,). Общее число молей в равновесной смеси газов составит ~ в!=а+а/2+ ! — а= (а+2)/2. Равновесные парциальные давления тогда будут: а 2а Н,= =Р—, (и+2)/2 а+2 а/2 а Р, =Р =Р—, (и+2)/2 а+2 1 — и 2(1 — а) — Р (а-1-2)/2 а-1-2 а константа равновесия реакции Ри,о Р2 (1 — а) (а-1-2) (а+2)'/з (1 — а) (и+2) '/з Кр д / н, ! о, (а+2) Р2а Р'/д из/д Рз/дав/д 13. Определите стандартное сродство оксида кальция к диоксиду углерода, находящегося под давлением 1,0133 1Оо Па при 1130 К, если давление диссоциация СаСО, при этой температуре 0,550 1(Р Па.
Р е ш е н и е. Вычислим константу равновесия реакции СаО+ + СО, = СаСО, по соотношению Л боззвз= йТ !«Кр = 8,3143 ! !30 2,302618 Кр, Константу равновесия рассчитаем из парциального давления СО,Рсо„ выраженного в атмосферах, так как за стандартное состояние принято давление 1 атм: ! ! К 1,0!33 !Оз= 1,8095; !'со, 0,560 1О' Л б1,3 =8,3!43 1130 2,302618 1,8095= — 5,57!8 !Ов Дж. 14, Определите константу равновесия реакции А1 з00+ 3500 = А12(500) в при 298 К. Р е ш е н и е. Вычислим тепловой эффект реакции изменение энтропии при стандартном давлении и 298 К, используя справочные данные (М.) о тепловых эффектах образования и об абсолютных энтропиях: 502 — 395,2 256,23 А!203 — 1675 50,94 А!2(50 )в — 3434 239,2 Вещество ЛН ддв, «Дж/иоле 30, Дж/( ° К) для реакции получаем Л Но, — 573,4 «Дж; Л Язв= — 580,43 Дж/К.
По уравнению (ХНП.24) определяем стандартное сродство: Л бо = — 573,4 103 — 298 ( — 580,43) = — 400,43 103 Дж. Константу равновесия определяем по уравнению (ХН11.20): Або 400 43 100 Л бзвв 400,43 10 Кр= 1,54 !Озо. 2,302653298 2,3026 8,3143 298 15 Определите константу равновесия реакции 50, + /00, = 1 = $00 при 700 К, если при 500 К Кр = 588,9 (давление выражено в Па), а тепловой эффект реакции в этом диапазоне температур равен — 99,48 кДж. Р е ш е н и е. Воспользуемся уравнением (ХНП.32) при ЬНг= = сопз1: Л Н)2 '8КР,ЬОО = — 23026.83143,500 +В Л Н). '8 Кр, 700 = — 2 3026,8 3143.700 + В ЛН /1 1 2 Я23 3 3\33 2 232 233 ) 99 48.!Ов / ! 1 19,1445 1 700 500 / Кр тоо =0,632.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
