И.В. Кудряшов, Г.С. Каретников - Сборник примеров и задач по физической химии (1134495), страница 48
Текст из файла (страница 48)
16. Выразите зависимость 1пКр реакции СО+Н,О = СОз+Нв от температуры. Установите, в каком интервале температур зависимость будет справедливой. Вычислите Кр при 700 К. Р е ш е н и е. Установим зависимость 1п Кр —— / (Т). Для этого выразим зависимость ЛС/ от температуры. Решение удобно провести в форме таблицы: 4 р=/)т), Дж/!моль К) о о 298.
вдж/моль зо 298 джн к) темлератур- вмр затер- зал. К Вещества с )о' о )оо СО, н СО Н,О(т) — 393,5! Π— 110,5 — 241,84 213,6 130,6 197,4 188,74 44, 14 27,28 28,41 30,00 9,04 3,26 4,!0 10,71 — 8,53 О, 502 — 0,46 0,33 298 — 2500 298 — 3000 298 — 2500 298 — 2500 Для реакции получаем 0,950 1Оа / 1 ! 1 5651и 298 0 151.10-з (Т 298) 2 (, Тз 298а / 5,723 =11,572 — 19,205 — 8,9!6+0,045+ 0,535+ — '+ Т 0,475.104 + 1,565!и Т 0 151.!0-4 Т вЂ . Тз ОКОНЧатЕЛЬНО ПОЛУЧИМ ураВНЕНИЕ ВИда !)т Кр — / (Т) 5,723 !Оа 0 47,104 !и К ' т = — !5 969+ +1 5651и Т 0 151,10-зТ Т /) Не,!1 !7. !Оз Дж Л 54 41,94 Дж/К, да=!3,01; аЬ= — 2,51 10-а; /)о'= — 7,90 10', Температурный интервал, в котором справедливы вычисленные значения, 298 — 2600 К.
Рассчитаем !и Кр при 298 К по уравнению (ХЧП.20): — 41,17 10з †2 41,94 2,3026 8,3143 298 Установим зависимость теплового эффекта от температуры по закону Кирхгофа (Ч1.31): 4) ДНо 7,90 !04 — Л Со !3 О! 2 51.10-з Т дТ ' ' 79 2,51.!О з Л Нто=а Нова+13 01 (Т 298) (Тз — 298з)+ 2 /! ! +7,90 104~ — — — = — 41,!7.10а — 13,01 298+ ),Т 298 / 2 51,10-з 7 90,!04 7,90 1Оа + ' 298а ' ' .+13 01Т ! 255,!О-зТз ! — ' 2 298 Т ЛНте= 47,586 10з+!3,0!Т вЂ” 1,255 10 ата+7,90 104/Т. Подставим полученную зависимость в уравнение изобары Вант-Гоффа (Х'ЧП.30) и интегрируем от 298 К до Т: 7,90 !04 47586 1Оа+130!Т ! 255 10-аТа+ 4))и Кр Т 4) Т, /774 5 723.10а 1 565 !и Кр т ††!и Кр 298 + ) ~ + — — 0,151.10" + 298 0,950 !Оз /1 ! + ' ~дТ вЂ” !1 572 ! 5 723.!Оз — — 1+1,5651ВТ— Та / ' ' ( Т 298) 270 или 0,206 1Оа 2,485 !Оз 1и К)', т — — + 6 935 + 1 56518 Т=О 066'10 4 Т.
Т Это уравнение справедливо в интервале температур от 298 до 2500 К. Для определения 1д Кр при любой температуре в интервале от 298 до 2600 К подставляем температуру в уравнение 0,206 104 , 2,485 !Оа 16 К), тоо = — + — 6 935 + !.56518 700— 700з 700 — 0,066 10 а 700= — 0,042+ЗД50 — 6,935+4,453 — 0,046=-0,980; Кр, тор 17. Зависимость константы равновесия от температуры для реакции Н, + С1, = 2 НС! выражается уравнением 94! 1,7 О,!1 104 1Я Ка = — 1, 3121 8 Т -)- 0 ! 28 ! 0 З Т + .4- 4 9. Т Т Уравнение приведено в справочнике !М.!. Определите тепловой эффект реакции при 1000 К.
Р е ш е н и е. Преобразуем десятичный логарифм в 'натуральный: 21,671 !Оа ' 0,253 104 )и Ка= ' 1,312)и Т+0,295'1О аТ+ +1! 28. Т По уравнению (ХЧП.26) 4)1и К 5 Н)/= НТ: дТ 21 671,!Оз ! 312 0 506,!Оа /) Но /7Та ' — ' +О 295,10-з ' ) = т аа Т ' Та 4,207 104 = — 180,179 1Оа — !0,908Т+2,453.10-а Та— Т Л Не = — !80,!79 10а — 10908 !Оа+2,453 10а — 0,42! .1Оааа — 189 055 10з Дж. 18, Определите при 800 К константу равновесия реакции л С4Н)еаа 1,3 С4На+2Нз 271 откуда хсн он 47 96 хсо хй, + 2Нз е о'СНзОН 2 0 2 — 2х х СО Вещество 1,3-С<Но Нз и-Со<о~о — исходное количество молей †равновесн количество молей ') ~ вео Нез — е], Дж/(моль К) Т вЂ” 298,07 — 130,482 --333,! 7 дое, кДж моль 125,95 0 — 97,98! Для реакции находим /сн,он 'сн.он тон,он /со /й, «со хй, тсо тй, (196,0 — 172,0) — О,О! у=О,ОО!7, (196,0 — !91,84) — у Для х = 0,7983 0,7983 1,4034з 0,20173 = 192,6, гнр к зир <о ' Вещество СН ОН СО Н 79,54 34,96 12,96 513,2 132,9 ЗЗ,'3 1,27 2,90 7,82 1,02 3,94 15,71 0,55 1,05 1,06 0,7983/(3 — 2 0,7983) = 0,57 0,55 К = ' , =0,466, СН,С<+ Н,О= СН,ОН+ НС! 2СН ОН=СНзОСН +Н О Ко=2 235,10-з ° 0 466,<оо-в хсо хн, 272 273 / Оа Но! ДлЯ РешениЯ воспользУйтесь Данными ( т / н /«Но, пРнведеннымн в справочнике [М.].
Р е ш е н н е, Рассчитаем 6[он по уравнению (ХУП.25) н по стан/о йоо — Но! дартному сродству вычислим Кр. Величины ( ) н Но найдем в справочнике [М.]: / С<о Оо Ь [ зео ) = — 225,864 Дж/К, 5 Ооо =223,93! кДж, Т Р <з™ 2,3026/< [ ( Т ) Т ! / 223 931,<оз т !9,!445 ~ ( — 225,864+ ) = — 2,8233; К = 0,0015.
ЗОО 19. Определите равновесный выход СН„ОН прн 523 К н давлении 1,0133 10' Па для реакции СО + 2Н, = — СН,ОН (г), если исходная смесь стехнометрнческая; К, „., = 2,235 ° 10-з (давленне выражено в атмосферах). Р е ш е н н е. По уравнению (Хт/П.38) рассчитаем К,: Значения у< находим по методу соответственных состояний. Завнснмость у' = / (л, т) приведена в виде графиков в справочнике [М.]: Согласно уравнению реакции количество молей в начальный момент н в состоянии равновесия составляет: х (3 — 2«)' х (3 в 2х)з — 47,96. (3 — 2«) (! — х)з 4 4 (1 — х) з Для определения х необходимо решить уравнение третьей степени.
Найдем х методом подбора. Велнчнна х не может быть больше единицы н отрицательной: 1 х )О. Из соотношения находим х (3 — 2х)з ' = 191,84. Если вместо х подставить корень уравнения, то левая часть будет равна 191,84. Если же вместо х подставить произвольное значение, то левая часть будет отличаться от 191,84. Обознах (3 — 2х)в чая выражение (' через А н задаваясь произвольным зна- (1 — х) з ченнем х, получим различные значения А, Так, например, если х =- =-- 0,900, то А = 1296; если х =- 0,950, то А = 9196.
Отсюда следует, что увеличение значения х ведет к росту А. Если х = 0,800, то А = = 196,0, а если х = 0,790, то А = 172,0. Линейной интерполяцией между последними близкими значениями А найдем корень уравнення: что отвечает выходу метанола нз 1 моль СО н 2 моль Н,: 20. Определите состав равновесной смеси прн условии протекания сложной реакции в газовой фазе прн 600 К: Константы равновесия реакций Кр<» = 0,00154, Кр<п< — — 10,6. хснаш хн,о Снаоена наО хсн,он (гя М ь т)з/2 0н = / 35/3/2 х (х — 2у) Кр, /1> = =0,00154; (1 — х) (1 — х+у) у (1 — в+у) К~ .111> = (х — 2у)ь = 10,6. для молекулярного водорода 0,00154— 1 †Решение уравнений откуда =0,00154, (1 — х) (1 — х+ у) 0,0016324 (! — х) (х — 2у) (3) (б) 310) Ваввд 3(в) 0,04346 0,01094 0,00222 у (а) значительно отличается от у (б) у (а) близкое к у (б) у (3) значительно отлнчается от у (б) 0,1 0,05 0,04 0,02060 0,00957 0,008786 или 12 5737 1Оь 1 01325.10ь 274 Р е ш е н и е.
Метанол, образующийся в результате реакции (1), вступает в реакцию (Н) с образованием диметилового эфира н воды. Обе реакции протекают без изменения количества молей, отсюда Обозначим через х количество молей НС!, если исходная смесь состоит из 1 моль СН,С! и 1 моль Н О. Обозначим у количество молей СН,ОСН 3. Тогда в равновесном состоянии в системе будет содержаться СН,С! (1 — х); Н,О (1 — х + у); СН3ОН (х — 2у); НС! х; СНЗОСН,у. Так как количество молей газообразных продуктов реакции не изменяется, то количество молей равно молярной доле: Для нахождения х и у необходимо совместно решить эти два уравнен ия. х — 2у Для облегчения решения выразим из второго уравнения (1 — х+ у) и подставим в первое уравнение: 10.6 (х — 2у) — 0,016324.
10,6 (х — 2у) ' 1 — х х — 2у проведем методом подбора. Найдем сначала пределы допустимых зна чений х и йс 0 ( х( 1; 2у( х; у( 0,5х; у(0,5. Задаваясь значе- ниями х, получим значения у по уравнениям (а) и (б): Точное решение можно получить, построив графики у (а) = / (х) и у (б) = /'(х). Координаты точки пересечения линий будут решениями уравнений х = 0,048, у = 0,009. Состав равновесной смеси тогда бу- дет (моль): СН„С! — 0,952; Н,Π— 0,951; СН ЗОН вЂ” 0,030; СНЗОСН,— — 0,009; НС! — 0,048. 21.
Определите константу равновесия Кр реакции диссоциации молекулярного водорода при Т = 5000 К, используя молекулярные постоянные молекулы Н,: 0>, = 4398, 55 см ', 7, = 0,459 10-" кг м'. Энергия диссоциации при Т = 0 равна Р = 431,9 кДж/моль. Основное электронное состояние молекулы Н, и атомов Н невырожденное, число симметрии для Н, равно а = 2. Р е ш е н и е. Запишем уравнение реакции Н, = 2Н.
Для этой реакции /зН "5 = 431,9 кДж/моль. Атомарный водород не совершает колебательного и вращательного движений. Если не принимать в расчет возбужденные электронные состояния, то для атомарного водорода (глМн зт)'/' В '/ ет З/2 83 да о 83 1 — еху ( — ) / все>в а 10т) Следовательно, отношение (/1/ к (/н, составляет (гя/ьт!з/2 / М/> '>3/2 оаь К а ат Х Лз Л/3/2 ~ Мн ) Вяз / 'х т ) А /38 4398.38 1 431, 9 1Оа (1 381. 10 — ьв,5000)3/2 2 ( 1 Е 300 ) Е 3,314300 2 (2Я)'" 6,626 10-ьа(6 02,шьь)З/2.0 459. !0-41 / 1 )3/2 Х ( †) 12 5737 1Оь 1/13! ~ ) 22.
Определите константу равновесия реакции изотопного обмена при Т =- 300 К, если известна частота колебания ыно — — 3770 см-'. Расстояние между атомами и энергию связи для молекул Н, !)з и !всвз НР считать одинаковыми и — ~~ 1, он = 2, по = 2, оно = 1, Р е ш е н и е. В рассматриаемом случае 2 тв=2 — 1 — ! =О, тогда в соответствии с соотношением н — з нв7вг 0в в?н, 0о, .9нергия связи представляет энергию молекул в равновесной конфигурации. Минимальная энергия молекулы будет больше энергии связи на величину энергии нулевого колебательного уровня, т. е.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
