Методичка Ермолаевой с условием ДЗ по химии (PDF) (967443), страница 6

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 6)

Так как rGТ0  0, то реакциясамопроизвольно протекает в прямом направлении.Для расчета константы равновесия используем уравнение:  rGТ0 = - RTlnK0 (2),откуда K0 = exp ( - r G 0T(92100)) = exp () = exp(15,82) и K0 =7,46.106.RT8,314.700Так как константа равновесия K0 1, реакция при T=700K протекает в прямомнаправлении практически необратимо.Для обоснования направления смещения равновесия при изменении температурыиспользуем уравнение изобары химической реакции:( H0 ln K 0) p  r 298(3). ТакTRT 2как рассматриваемая реакция является экзотермической ( ∆rH0298  0 ), то правая0 r H 298часть уравнения 0 и с увеличением температуры Т, которая всегдаRT 2 ln K 0)p ,положительна, уменьшается, откуда следует,что и производная (Tприобретшая отрицательное значение, с увеличением температуры Т уменьшается,а значит, уменьшается величина константы равновесия К0.

Уменьшение константы32равновесия означает смещение равновесия реакции влево в сторону образованияпродуктов реакции, т.к. константа равновесия представляет собой отношениепроизведения равновесных парциальных давлений продуктов реакции кпроизведениюравновесных парциальных давлений исходных веществ:K0 ( p ) прод( p ) исх(4). Для данной реакцииK0 1(парциальное давлениеp NH3  p HClтвердого вещества NH4Cl(к) незначительно, от давления мало зависит и может бытьвнесено в константу равновесия) и ее уменьшение означает увеличение знаменателя,т.е.

смещение равновесия влево в сторону исходных веществ.Пример 5.Для газофазной реакции А + В = D + F рассчитайте константу равновесия притемпературе Т = 700 К и равновесные концентрации веществ в системе, еслиизвестно, что стандартное изменение энергии Гиббса реакции при этой температуреравно  r G 0 = - 8 кДж и начальные концентрации равны:С 0,А = 2 моль/л, С 0,В = 3 моль/л. Концентрации веществ D и F в начальный моментравны нулю.Решение.

Стандартная константа равновесия K 0 связана со стандартной энергиейГиббса реакции по уравнению:  r G 0 = - RT ln K 0 .Отсюда находим логарифм стандартной константы равновесия:ln K0GRTr0 8000ДжмольДж8,31 700 Кмоль  К 1,375 .Следовательно, K 0 = e 1,375 = 3,96.Стандартная константа равновесия выражается через относительные равновесныепарциальные давления участников реакции, возведенных в степени, равныестехиометрическим коэффициентам.

В данном случае:K0P PP PDAF, гдеPBiPPi0- относительное равновесное парциальноедавление i – го компонента, P i - его равновесное парциальное давление,P 0 – стандартное давление. Так как нам надо рассчитать равновесныеконцентрации, то расчет необходимо вести через константу равновесия K C,выраженную через равновесные концентрации участников реакции.

В данномслучае она равна:KCDF  , где квадратными скобками обозначеныABравновесные концентрации соответствующих веществ. Константы равновесия K 0 иK C связаны между собой следующим соотношением: RTK K  0P0C,где  - изменение числа молей газообразных участников реакции. Для даннойреакции  =nD + nF – nA- nB= 1 + 1 – 1 – 1 = 0. Следовательно, константыравновесия равны K 0 = K C .33Теперь проведем расчет равновесных концентраций участников реакции.Предположим, что к моменту равновесия прореагировало x моль /л вещества А,тогда из уравнения реакции следует, что в реакцию вступило x моль /л вещества Ви образовалось x моль /л вещества D и x моль /л вещества F. Выражаем через xравновесные концентрации веществ:Вещество Начальная концентрация, Равновесная концентрация,моль/лмоль/лA22-xB33-xD0xF0xПодставим равновесные концентрации в выражение для константы равновесияK C и получим:KCxx 3,96 .2  x 3  x Решаем это уравнение относительно x.

Оно преобразуется к следующемуквадратному уравнению: 2,96 x 2 – 19,80 x + 23,76 = 0.По известным формулам для квадратного уравнения находим, что это уравнениеимеет два корня: x 1 = 5,12 и x 2 = 1, 57. Корень x 1 не удовлетворяет условиюзадачи, так как начальные количества исходных веществ меньше.

Условию задачиудовлетворяет корень x 2 = 1, 57. Следовательно, равновесные концентрациивеществ равны: [A] = 2 – 1,57 = 0,43 моль/л; [B] = 3 – 1,57 = 1,43 моль/л;[D] = [F] = 1, 57 моль/л.Раздел «Химическая кинетика»Пример 1. Определите время, за которое прореагирует 90 % вещества А,разлагающегося по реакции первого порядка: A  B + D, если известно, что времяполупревращения составляет t ½ = 40 мин.Решение. Текущая концентрация исходного вещества для реакции 1 – го порядкаопределяется уравнением: C = C0 exp (-kt) (1)Количество распавшегося вещества А к моменту времени t равно x = C0 - CПодставим в уравнение (1) С = С 0 - x и получимC  x C e0kt0x  C 1  ex  C C e,kt00kt,x  C 1  e0kt..0Доля распавшегося вещества  равна ktИз этого уравнения выразим экспоненту:e  1 .Логарифмируем это выражение и находим время:   ln1   ,ln ekt kt  ln 1   , t  ln 1   .k34Константу скорости реакции находим из уравнения для периода полупревращенияреакции первого порядка:t12ln 2ln 2, k.kt12Подставляем выражение для k в уравнение для времени t и получаем окончательноеуравнение:tt1 ln 1   Проводим вычисления:.ln 240  ln 1  0,940  ln 0,140   2,3 132,76 мин .ln 2ln 20,693t2Пример 2.

Для элементарной реакции A + B = D + F при начальных концентрацияхреагентов С А 0 = С В 0 = 0,6 моль/л через 20 мин. после начала реакцииконцентрация вещества А уменьшилась до значения С А 1 = 0,4 моль/л. Определитеконцентрацию вещества А через 60 мин. после начала реакции.Решение. Поскольку данная реакция элементарная, то это реакция второго порядка.При равных начальных концентрациях реагентов для реакции второго порядкарешение дифференциального уравненияdCdtA k C211Aприводит к следующему результату:CAC k t .A0Выразим из этого уравнения константу скорости и текущую концентрациюkCt C1A0CA0 CA;ACAC1  C  k tA0.A0Вычислим константу скорости по заданным условиям:k1 0,6  0,4л 0,0417.20 0,6  0,4моль  мин.Далее вычисляем концентрацию вещества А через 60 мин.

после начала реакции:CA20,6моль 0,24.1  0,6  0,0417  60лПример 3. Скорость образования NО в реакции: NOBr(г)  NO(г) +1/2 Br2 (г)равна 1,610 -4 моль/(лс). Определите скорость реакции, скорость расходованияNOBr и скорость образования Br2 .Решение. Из уравнения следует, что из 1 моль NOBr2 образуется 1 моль NO и1/2 моль Br2, тогда скорость реакции можно выразить через изменениеконцентрации любого компонента:r1 d [ NOBr ] 1 [ NO] d [ Br2 ] 1,6  104 8,0  105 моль /( л  с)2dt2 dtdt2Скорость расходования NOBr равна скорости образования NO с обратнымзнаком, а скорость образования Br2 в 2 раза меньше скорости образования NO:35d NOBr  d NO 1,6.10 4 моль /( л.с) ,dtdtd Br2  1 d NO 1 .1,6.10 4  0,8.10 4  8.105 моль /( л.с)2dt2 dtПример 4.В реакции А + В  D начальные концентрации веществ А и В равнысоответственно 2,0 моль/л и 3,0 моль/л.

Скорость реакции равнаr =1,2 10-3 моль/(л .с) при  А  =1,5 моль/л. Рассчитайте константу скорости искорость реакции при  В  = 1,5 моль/л.Решение. Согласно закону действующих масс скорость реакции равна:r = kАВ. К моменту времени, когда А = 1,5 моль/л, прореагировало по0,5 моль/л веществ А и В, поэтому В = 3 - 0,5 = 2,5 моль/л.Константа скорости равна: k = r / (АВ) =1,210-3 /(1,52,5) =3,210-4 л / (моль с).К моменту времени, когда В = 1,5 моль/л, прореагировало по 1,5 моль/л веществА и В, поэтому А = 2 – 1,5 = 0.5 моль/л. Скорость реакции равна:r = k  А   В  = 3,2 10-4  0,5 1,5 =2,410-4 моль/(л.с).Пример 5. Энергия активации первой реакции Е1 в 3 раза больше энергииактивации второй реакции Е2.

При нагревании от температуры Т1 = 400К доТ2 =500К константа скорости первой реакции увеличилась в 7 раз. Во сколько разувеличилась константа скорости второй реакции при нагревании в этом жетемпературном интервале?Решение. Е1 / Е2 =3. Из уравнения Аррениуса k = k0 e - E/RT для первой реакции длядвух различных температур справедливо соотношениеln k2 / k1 =E1 (T2  T1 ) ln 7RT1.T2Из этого соотношения можно выразитьE1 RT1T2 ln 7T2  T1Аналогично из уравнения Аррениуса для второй реакцииln k 21 / k 11 =E2 (T2  T1 ).RT1T2По условию задачи Е2 = Е1 /3 и , следовательно36lnk21 ln 7  RT2T1 (T2  T1 ) ln 7;k11(T2  T ) RT2T1  333 lnk21 ln 7k111и1k2 7 3  1,911k137Приложение 1Термодинамические свойства веществВеществоAl (к)Al2O3 (к)As (к)As2O3 (к)As2O5 (к)AsF3 (г)AsF5 (г)Ar (г)Ag (к)Au (к)Be (к)C (графит)CO(г)CO2 (г)CS2 (ж)COF2 (г)CaO (к)Ca(OH)2(к)CaCO3 (к)Co (к)Cu (к)Cr (к)CuCl (к)CrCl2 (к)CrCl3 (к)CrF2 (к)Ce2O3 (к)Cl (г)Cl2 (г)Cl2F6 (г)Fe (к)FeO (к)Fe2O3 (к)Fe3O4 (к)F (г)F2 (г)Ge (к)GeO2 (к)GeCl4 (г)H (г)H2 (г)H2O(ж)H2O (г)HCl (г)H2S (г)HF (г)Hg2Br2 (к)He (г)Ir (к)Ir2S3 (к)Δf H0298,S0298,Δ fG0298,ВеществокДж/моль Дж/(моль.К) кДж/моль0,028,30,0N (г)-167557-1582N2 (г)0,0360,0N2O (г)-666117-588NO (г)-925105-782NO2 (г)- 921289-906N2O4 (г)-1238353-1181NH3 (г)0,0150,80,0NH4Cl(к)0,0430,0Ne (г)0,0480,0Ni (к)0,0100,0NiO (к)0,05,740,0Ni(OH)2 (к)-110197-137O (г)-393214-395O2 (г)8815164PCl5 (г)-635258-619Pb (к)-63540-604PbO (к)-98583-897PbO2 (к)-120792-1128PbS (к)0,0300,0Pt (к)0,0330,0Rh (к)0,0240,0S (к)-13687-119S2 (г)-393115-356SO2 (г)-516123-446SO2Cl2 (г)-75484-711SO3 (г)-1801143-1708Si (к)122165106SiO2 (к)0,02230,0Sn (к)-326562-246Sb (к)0,0270,0W (к)-26459-251WO3 (г)-82487-742WO3 (к)-1117151-1012Zn (к)7915962ZrCl2 (г)0,02030,0CH4 (г)0,0420,0C2H2 (г)-58040-522C2H4 (г)-495348-457C2H6 (г)218115203C2H6O (г)0,01310,0C3H6 (г)-28670-238C3H8 (г)-242189-228C4H8 (г)-92187-951CH2O (г)-21206-34C6H5NO2(ж)-271174-273C5H5N(ж)-207218-181CH4N2O(к)0,01260,0C10H8 (к)0,0350,0CH4O (ж)-24597-224C3H6O (г)Δf H0298,S0298,Δ fG0298,Дж/мколь Дж/(моль.К) кДж/моль4731534560,01920,08222010491211873324051930498-46192-16-31595-2030,01460,00,0300,0-24038-212-54480-4592491612320,02050,0-375364-3050,0650,0-21769-183-27772-218-10191-990,0420,00,0290,00,0320,012822879-297248-300-364312-320-396257-3710,0190,0-85942-8050,0520,00,0460,00,0330,0-293287-277-84376-7640,0420,0-326308-340-75186-513092442975523268-85230-27716120227-1042701,7307,4-11621916224100178-33310578167-239127-218295-38Kr (г)Mn (к)MnO (к)MnO2 (к)MgO (к)Mg(OH)2(к)Mo(к)MoO2 (к)Mo2C (к)0,00,0-385-520-601-9250,0-5851816432605327632946820,00,0-363-465-569-8340,0-53412C4H10 (г)CH3COOH(ж)C2H5OH (ж)C6H6 (г)C6H12 (г)HCOOH (ж)-126-484-27783-42-42631016016126940391-Рекомендуемая литература1.

Характеристики

Список файлов книги