Главная » Просмотр файлов » Общая химия. Теория и задачи под ред. Н. В. Коровина и Н. В. Кулешова

Общая химия. Теория и задачи под ред. Н. В. Коровина и Н. В. Кулешова (1154110), страница 30

Файл №1154110 Общая химия. Теория и задачи под ред. Н. В. Коровина и Н. В. Кулешова (Общая химия. Теория и задачи под ред. Н. В. Коровина и Н. В. Кулешова) 30 страницаОбщая химия. Теория и задачи под ред. Н. В. Коровина и Н. В. Кулешова (1154110) страница 302019-09-11СтудИзба
Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 30)

Изотерма Лэнгмюра редко соблюдается в реальности, так как условия, заложенныепри ее выводе, соблюдаются не часто. Поэтому предложены другие уравнения, в которых используются несколькоГЛАВА 4. ХИМИЧЕСКОЕ РАВНОВЕСИЕ193иные допущения. Г. Фрейндлих в 1906 г. предложил эмпирическое уравнение изотермы (уравнение Фрейндлиха):Г 1 Kф pp1/ n ,(4.32)где Kф и n — постоянные.Уравнение Фрейндлиха соблюдается при адсорбции некоторых веществ в области средних заполнений (Q = 0,2–0,8).Адсорбция находит широкое применение в разных областях техники. На явлении адсорбции основаны способыочистки газов и жидкостей от различных примесей, в томчисле при подготовке питьевой воды, а также воды, подаваемой на электростанции и заводы по производству стройматериалов, при осушке газов, при получении чистыхвеществ (например, кислорода из воздуха).

В медицине адсорбционные методы используются для извлечения вредных веществ из крови (гемосорбция). Особое значение приобретает адсорбционная техника в решении экологических задач, в частности для очистки сточных вод, выбросовэлектростанций и различных предприятий.Российские ученые П. Ребиндер, Ю. Горюнов и Е. Щукин установили, что адсорбция поверхностноактивныхвеществ (ПАВ) снижает энергию химических связей в поверхностном слое твердого тела и соответственно прочность последнего. Использование этого эффекта позволяет ускорить механическую обработку металлов, бурениеи разрушение горных пород.Широкое применение находит метод хроматографии,основанный на динамической адсорбции.ПРИМЕРЫРЕШЕНИЯ ЗАДАЧЗадача 4.1. Запишите выражения для Kс и Kр и рассчитайте их значения для реакции С(к) + СО2(г) € 2СО(г)при 298 и 1000 К. Сделайте качественные выводы по полученным значениям о выходе продукта реакции при данных температурах и о влиянии температуры на величинуконстанты равновесия.194ОБЩАЯ ХИМИЯ.

ТЕОРИЯ И ЗАДАЧИР е ш е н и е. Запишем выражения для констант равновесия данной реакции, принимая во внимание, что этареакция гетерогенная и вещество графит С(к) находится втвердом состоянии:2pравн,COKp 1;pравн,CO2[CO]2.[CO2 ]Используя табличные данные термодинамических функций состояния веществ (Приложение 1), рассчитаем энтальпию и энтропию заданной реакции; в результате по113 172,5 кДж, 2r S2983 175,66 Дж/К.лучим: 2r H298Для расчета энергии Гиббса применим приближеннуюформулу:11 .2r GT1 3 2r H2984 T2 r S298Kc 1В результате получим:13r G2984 172,5 2 298 5 175,66 5 1023 414 120,15 кДж, т.е. 3r G2986 0;13r G1000 4 172,5 2 1000 5 175,66 5 1023 414 23,16 кДж, т.е. 3r G10007 0.4 23G 1 5По уравнению K p 6 exp 78 рассчитаем Kр при 2989 RT и 1000 К:Kр,298 = exp(–120×103/8,31 × 298) = ехр(–48,5) = 1;Kp,1000 = exp(316/8,31 × 1000) = ехр(0,038) = 1,039.По формулеKc 3KpRT 12находимKс,1000 = 1,039/0,082 × 1000 = 0,013,так как Dn = 2 – 1 = 1.По полученным значениям можно сделать вывод, чтопри 298 К константа равновесия Kр стремится к нулю, что195ГЛАВА 4.

ХИМИЧЕСКОЕ РАВНОВЕСИЕговорит о том, что в равновесной смеси практически отсутствуют продукты реакции и равновесие реакции сильносмещено в сторону исходных веществ. С ростом температуры величина константы равновесия возрастает (реакцияэндотермическая) и при 1000 К Kр уже больше единицы,т. е. в равновесной смеси начинают преобладать продукты реакции, их выход растет с ростом температуры.Задача 4.2.

Для некоторой реакции А(г) € 2В(г), идущей при постоянных давлении и температуре, константаравновесия Kр равна 0,02 при 400 К и 4 при 600 К. Опреде1 , 2 S11лите по этим данным 2r H298r 298 и 2 r G298 этой реакции,а также Kр при 800 К.Р е ш е н и е. Пренебрегая зависимостью DrH° и DrS° оттемпературы, составим систему из двух уравнений с двумя неизвестными (T1 = 400 К, T2 = 600 К):112 r GT11 3 2r H2984 T1 2r S2983 4RT1 ln K p1 ;112 r GT12 3 2 r H2984 T2 2r S2983 4 RT2 ln K p2или112r H2983 4002r S2984 38,31 5 400 5 ln0,02;112 r H298 3 6002r S298 4 38,31 5 600 5 ln4.Решая систему уравнений, получаем:112 r H2983 52 833 Дж 3 52,833 кДж; 2 r S2983 99,575 Дж/К.Значение Kр при 800 К рассчитаем по формуле изобары ВантГоффа:lnт. е.lnK800 4 r H 37K400RK2 2 r H 1 3 1 1 4567,K1R 8 T1 T2 91211 6 52 833118 59 7 8,31 8 400 9 800 7 7,95.

T400 T800 Откуда K800 = 56,55.Задача 4.3. Определите температуру, при которой вреакцииСаСО3(к) € СаО(к) + СО2(г)равновесное парциальное давление СО2 составляет pравн,CO2 11 104 Па.196ОБЩАЯ ХИМИЯ. ТЕОРИЯ И ЗАДАЧИР е ш е н и е. Для данной гетерогенной реакции запишем выражение для константы равновесия: K p 1 pCO2 , т. е.константа равновесия равна относительному парциальному давлению СО2 при данной температуре. Для искомойтемпературы K p 1 pравн,CO2 1 104 /105 1 0,1.Используя табличные данные термодинамических функ1ций состояния веществ (Приложение 1), получаем 2r H298313 178,1кДж; 2 r S298 3 160,5 Дж.Пренебрегая зависимостью DrH° и DrS° от температуры, воспользуемся формулами:112r GT1 3 2r H2984 T2r S298и 2r GT1 3 4RT ln K p .Приравняем друг другу два выражения для 2r GT1 :112r GT1 3 2r H2984 T2r S2983 4RT ln K p .В результате расчета имеем2 r GT1 3 178,1 4103 5 T160,5 3 58,31 4 T ln0,1.Решая полученное уравнение относительно Т, находимТ = 991 К.Задача 4.4.

Зная исходные и равновесные концентрации газообразных реагентов гетерогенного химическогопроцесса, определите изменение общего давления в реакторе к моменту установления равновесия в системе:H2(г) + I2(к) € 2HI(г),если исходная концентрация равна cH2 1 40 моль/м3 , продукта в исходный момент в системе не было, а равновесные концентрации веществ равны [H2] = 10 моль/м3 и [HI] == 60 моль/м3.Р е ш е н и е. В исходной гетерогенной системе присутствовало одно газообразное вещество — водород, поэтомуобщее давление в системе определялось только парциальным давлением водорода. Используя основной газовыйзаконp = cRT,определим исходное парциальное давление водорода, равное общему давлению в исходной системе:pобщ 1 pH2 1 40 2 8,31 2 400 1 133 кПа.197ГЛАВА 4. ХИМИЧЕСКОЕ РАВНОВЕСИЕВ равновесной гетерогенной системе присутствуют двагаза: водород и иодид водорода. Используя основной газовый закон, по известным равновесным концентрациямопределим равновесные парциальные давления газов:pH2 1 10 2 8,31 2 400 1 33,3 кПа;pHI 1 60 2 8,31 2 400 1 199,7 кПа.Общее давление в равновесной гетерогенной системеопределяется суммой равновесных парциальных давленийвходящих в нее газов и составляетpобщ 1 pH2 2 pHI 1 33,3 2 199,7 1 233 кПа.Задача 4.5.

Для гетерогенной химической реакции:H2(г) + I2(к) € 2HI(г)рассчитайте значения равновесных концентраций реагентов, если исходная концентрация водорода составляла1 моль/л, Kc = 0,2.Р е ш е н и е. Пусть к моменту равновесия прореагировало x моль/л водорода. Тогда согласно стехиометрическим коэффициентам уравнения химической реакции образовалось 2x моль/л иодида водорода, концентрациятвердого реагента не изменилась.Составим таблицу материального баланса:12342565789258256578118328262281183285265825657812345832812345676117626168234569696961834566216216Запишем константу гетерогенного химического равновесия через равновесные концентрации газообразныхреагентов:[HI]2 (2x)2Kc 111 0,2.[H2 ] (1 2 x)Решая квадратное уравнение, рассчитаем количествопрореагировавшего водорода (x моль/л): x1 = 0,2; x2 = –0,25.198ОБЩАЯ ХИМИЯ.

ТЕОРИЯ И ЗАДАЧИОтрицательное значение x не подходит по смыслу. Следовательно, расновесные концентрации газообразных реагентов гетерогенной химической реакции составляют:[H2] = (1 – x) = 1 – 0,2 = 0,8 моль/л;[HI] = 2x = 2 × 0,2 = 0,4 моль/л.Задача 4.6. Реакцию С(графит) + СО2(г) € 2СО(г) проводят при 1000 К и постоянном давлении 2 атм. Определите равновесный состав системы, выход продукта и степеньпревращения СО2, если в начале реакции система состояла из 5 молей СО2 и 1 кг графита, а продукт отсутствовал.Какая масса графита вступила в реакцию?Р е ш е н и е.

Значение Kр,1000 рассчитывается из уравнения12 r G10003 4RT ln K p .Используем значение Kр,1000 = 1,039, рассчитанное взадаче 4.1. Запишем уравнение закона действующих массдля данной реакции, учитывая, что Dn = 1 и что графит —твердое вещество и не входит в выражение для константыравновесия:2nравн,COP02.Kp 1nравн,CO2 nравн,СО 3 nравн,CO2Примем, что в результате протекания реакции до установления равновесия прореагировало х молей СО2, следовательно, осталось (5 – х) молей СО2, при этом в соответствии со стехиометрией процесса в реакцию также вступило х молей графита и образовалось 2х моль СО.

Рассчитаемисходное количество молей графита:n0C = m/MC = 1000/12 = 83,3 моль.К моменту установления равновесия осталось графита: nC = 83,3 – x моль.Составляем таблицу материального баланса:1234256578958278118328262828118328526582781234583281234542123454212121672822282121216292712712ГЛАВА 4. ХИМИЧЕСКОЕ РАВНОВЕСИЕ199Подставляем выражения для nравн,СО и nравн,CO2 в записанное выше уравнение для Kр:Kp 1(2х)2221 1,039.5 3 х (5 3 х) 4 2хРешая уравнение относительно х, получаем удовлетворяющее условию значение х = 1,7 моль.

Таким образом,nравн,CO2 1 5 2 1,7 1 3,3, а nравн,СО = 3,4. В реакцию также вступило 1,7 моль углерода, т. е. 12 × 1,7 = 20,4 г.Поскольку графит по условию находится в большомизбытке, максимальное число молей СО2, которое можетпрореагировать, равно 5. Следовательно, степень превращения СО2: ai = 1,7/5 = 0,34.В соответствии со стехиометрией уравнения реакциимаксимальное число молей СО, которое может образоваться, равно 2 × 5 = 10. Следовательно, выход продукта СО:h = 3,4/10 = 0,34 или 34%.Таким образом, степень превращения вещества, находящегося в недостатке, равна выходу продукта реакции.Задача 4.7. Определите равновесные концентрацииСО2 и СО, если реакцияС(графит) + СО2(г) € 2СО(г)протекает при 1000 К в закрытом сосуде объемом 2 л, продукты в начальный момент отсутствуют, исходная массагазообразного СО2 равна 44 г. Графит взят в избытке. Оцените, на сколько изменится давление в системе при равновесии по сравнению с исходным.Р е ш е н и е.

Рассчитаем начальную молярную концентрацию СО2:c0,CO2 1 44/(44 2 2) 1 0,5 моль/л.Воспользуемся значением Kс,1000 = 0,013, полученнымв задаче 4.1. Примем, что в результате протекания реакции до установления равновесия прореагировало х моль/лСО2 и образовалось в соответствии со стехиометрией реакции 2х моль/л СО. Тогда равновесная концентрация СО2составит (0,5 – х) моль/л.200ОБЩАЯ ХИМИЯ. ТЕОРИЯ И ЗАДАЧИТаблица материального баланса будет иметь вид:95681234256578 2565781183283656568526568256578118 256578123458328328123456565651712845951595525172845952525Запишем выражение для Kс нашей реакции и подставим в него выражения для равновесных концентраций СО2и СО из данной таблицы:Kc 12сравн,CO(2х)211 0,013.сравн,CO2 5 2 хРешая уравнение относительно х, находим х = 0,0387моль/л. Таким образом, равновесные концентрации:[CO] = 2 × 0,0387 = 0,0774 моль/л;[CO2] = 0,5 – 0,0387 = 0,4613 моль/л.Найдем исходное давление в системе:Р0 = сRT = 0,5 × 0,082 × 1000 = 41 атм.При равновесииР = (2х + 0,5 – х)RT = 44,173 атм,т.

Характеристики

Тип файла
PDF-файл
Размер
4,48 Mb
Тип материала
Предмет
Высшее учебное заведение

Список файлов книги

Свежие статьи
Популярно сейчас
А знаете ли Вы, что из года в год задания практически не меняются? Математика, преподаваемая в учебных заведениях, никак не менялась минимум 30 лет. Найдите нужный учебный материал на СтудИзбе!
Ответы на популярные вопросы
Да! Наши авторы собирают и выкладывают те работы, которые сдаются в Вашем учебном заведении ежегодно и уже проверены преподавателями.
Да! У нас любой человек может выложить любую учебную работу и зарабатывать на её продажах! Но каждый учебный материал публикуется только после тщательной проверки администрацией.
Вернём деньги! А если быть более точными, то автору даётся немного времени на исправление, а если не исправит или выйдет время, то вернём деньги в полном объёме!
Да! На равне с готовыми студенческими работами у нас продаются услуги. Цены на услуги видны сразу, то есть Вам нужно только указать параметры и сразу можно оплачивать.
Отзывы студентов
Ставлю 10/10
Все нравится, очень удобный сайт, помогает в учебе. Кроме этого, можно заработать самому, выставляя готовые учебные материалы на продажу здесь. Рейтинги и отзывы на преподавателей очень помогают сориентироваться в начале нового семестра. Спасибо за такую функцию. Ставлю максимальную оценку.
Лучшая платформа для успешной сдачи сессии
Познакомился со СтудИзбой благодаря своему другу, очень нравится интерфейс, количество доступных файлов, цена, в общем, все прекрасно. Даже сам продаю какие-то свои работы.
Студизба ван лав ❤
Очень офигенный сайт для студентов. Много полезных учебных материалов. Пользуюсь студизбой с октября 2021 года. Серьёзных нареканий нет. Хотелось бы, что бы ввели подписочную модель и сделали материалы дешевле 300 рублей в рамках подписки бесплатными.
Отличный сайт
Лично меня всё устраивает - и покупка, и продажа; и цены, и возможность предпросмотра куска файла, и обилие бесплатных файлов (в подборках по авторам, читай, ВУЗам и факультетам). Есть определённые баги, но всё решаемо, да и администраторы реагируют в течение суток.
Маленький отзыв о большом помощнике!
Студизба спасает в те моменты, когда сроки горят, а работ накопилось достаточно. Довольно удобный сайт с простой навигацией и огромным количеством материалов.
Студ. Изба как крупнейший сборник работ для студентов
Тут дофига бывает всего полезного. Печально, что бывают предметы по которым даже одного бесплатного решения нет, но это скорее вопрос к студентам. В остальном всё здорово.
Спасательный островок
Если уже не успеваешь разобраться или застрял на каком-то задание поможет тебе быстро и недорого решить твою проблему.
Всё и так отлично
Всё очень удобно. Особенно круто, что есть система бонусов и можно выводить остатки денег. Очень много качественных бесплатных файлов.
Отзыв о системе "Студизба"
Отличная платформа для распространения работ, востребованных студентами. Хорошо налаженная и качественная работа сайта, огромная база заданий и аудитория.
Отличный помощник
Отличный сайт с кучей полезных файлов, позволяющий найти много методичек / учебников / отзывов о вузах и преподователях.
Отлично помогает студентам в любой момент для решения трудных и незамедлительных задач
Хотелось бы больше конкретной информации о преподавателях. А так в принципе хороший сайт, всегда им пользуюсь и ни разу не было желания прекратить. Хороший сайт для помощи студентам, удобный и приятный интерфейс. Из недостатков можно выделить только отсутствия небольшого количества файлов.
Спасибо за шикарный сайт
Великолепный сайт на котором студент за не большие деньги может найти помощь с дз, проектами курсовыми, лабораторными, а также узнать отзывы на преподавателей и бесплатно скачать пособия.
Популярные преподаватели
Добавляйте материалы
и зарабатывайте!
Продажи идут автоматически
6518
Авторов
на СтудИзбе
302
Средний доход
с одного платного файла
Обучение Подробнее