Кинетический подход к состоянию химического равновесия



Мы поможем в написании ваших работ!


Мы поможем в написании ваших работ!



Мы поможем в написании ваших работ!


ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?

Кинетический подход к состоянию химического равновесия



С позиций химической кинетики химическое равновесие наступает тогда, когда скорость прямой реакции становится равной скорости обратной реакции:

 

где Кр – константа химического равновесия, величина, характеризующая степень протекания реакции; для любого химического равновесия Кр является безразмерной величиной.

NB! На величину константы химического равновесия оказывает влияние только температура системы и природа веществ, и не влияют концентрации веществ, давление и объем системы.

В случае гетерогенного равновесия в выражение для Кр попадают только концентрации (парциальные давления) газов, если они есть или только концентрации соединений, находящихся в растворе. Концентрации твердых веществ никогда не попадают в выражение константы химического равновесия.

Термодинамический подход к состоянию химического равновесия

Изменение свободной энергии Гиббса DG связано со стандартным изменением свободной энергии Гиббса DG0 и концентрациями веществ в химической системе следующим уравнением:

Стандартным изменением энергии Гиббса DG0 называется изменение свободной энергии при стандартных условиях (P0 = 1 атм, Т = 273 К) и концентрациях веществ 1 моль/л.

С позиций термодинамики, равновесие наступает тогда, когда система приходит к минимуму свободной энергии или, другими словами, когда DGТ = 0. В этом случае выражение, находящееся под логарифмом, превращается в константу химического равновесия:

DGТ < 0 – процесс возможен

DGТ > 0 – процесс невозможен

DGТ = 0 – химическое равновесие

DGТ0 < 0, lnKP > 0, KP > 1

DGТ0 > 0, lnKP < 0, KP < 1

DGТ0 = 0, lnKP = 0, KP = 1

DGТ –возможность протекания процесса; DGТ0 – мера протекания процесса (КР).

Равновесие реализуется в интервале DG0 = ±50 кДж.

Задачи к разделу

1. Определите понятия

a) «истинное химическое равновесие»,

b) «ложное химическое равновесие»,

c) равновесие гомогенное и гетерогенное.

2. Сформулируйте закон действующих масс для химического равновесия.

3. Что такое константа химического равновесия?

4. Принцип Ле–Шателье.

5. В системе N2(г) + 3H2(г)  2NH3(г) начальные концентрации азота и водорода равны соответственно 2 и 6 моль/л. Как изменится давление к моменту равновесия, если наступит оно тогда, когда прореагирует 10% первоначального количества азота? Чему равна константа этого равновесия?

6. При смешении 1,0 моль HCl с 0,48 моль O2 образовалось 0,40 моль хлора. Давление в системе равно 1 атм. Определите константу равновесия

4HCl(г) + O2(г)  2H2O(г) + 2Cl2(г).

7. Константа равновесия

CO2(г) + H2(г)  CO(г) + H2O(г)

равна 1. В каких объемных отношениях были смешаны CO2 и H2, если к моменту равновесия 90% водорода превратилось в воду?

8. Константа равновесия

Fe2O3(кр) + 3CO(г)  2Fe(кр) + 3CO2(г)

при температуре T равна 0,4. Исходные концентрации CO и CO2 равны соответственно 0,2 и 0,1 моль/л. Найдите равновесные концентрации.

9. Константа равновесия реакции

2NO(г) + O2(г)  2NO2(г)

равна 2,2. Равновесная концентрация оксида азота равна 0,02 моль/л, а диоксида – 0,03 моль/л. Определите исходную концентрацию O2.

10. Исходные концентрации оксида углерода и хлора равны 0,03 и 0,02 моль/л. Равновесная концентрация CO равна 0,021 моль/л. Определите равновесные концентрации хлора и фосгена в реакции

CO(г) + Cl2(г)  COCl2(г).

11. Исходная концентрация CO равна 0,05 моль/л, а хлора – 0,06 моль/л. Реакция

CO(г) + Cl2(г)  COCl2(г)

протекает в замкнутом сосуде емкостью 1 л. Вычислите исходное давление и давление в момент, когда 50% CO прореагирует, если начальная температура 20°C, а конечная 50°C.

12. Константа равновесия

A(г) + B(г)  C(г) + D(г)

равна 1. Начальные концентрации A и B равны соответственно 0,02 и 0,10 моль/л. Сколько моль/л A подверглось превращению при данных условиях?

13. Константу равновесия  

CO(г) + H2O(г)  CO2(г) + H2(г)

выразите через константы двух других равновесий:

2CO(г) + О2(г)  2CO2(г)    (k1)

2H2(г) + O2(г)  2H2O(г) (k2).

14. Укажите (качественно), какие изменения условий (температура, давление) благоприятствуют смещению равновесий вправо:

a) H2(г) + S(кр)  H2S(г)                    ∆H° = 40,0 кДж

b) 2O3(г)  3O2(г)                            ∆H° = 287,7 кДж

c) HCl(г)  H2(г) + Cl2(г)                  ∆H° = +183,5 кДж

d) CO2(г) + H2O(г) HCOOH(г) + O2(г) ∆H° = +517,1 кДж.

15. Оцените, при какой температуре константа равновесия 2SO2(г) + O2(г)  2SO3(г) равна 1. Стандартные энтальпии образования и энтропии этих веществ приведены в приложении.

16. Оцените температуру, при которой давление диссоциации CaCO3 достигает 1 атм.  Какие допущения используются при этой оценке?

17. Константа равновесия Kp реакции

NH4Cl(кр)  NH3(г) + HСl(г)

при 25°С равна 1016, DH°298 реакции равна 177,1 кДж. Найдите температуру, при которой давление диссоциации достигает 1 атм.

18. Константа равновесия реакции

2HI(г)  H2(г) + I2(г)

при 360°C равна 0,0162, а при 445°C равна 0,0240. Вычислите термодинамические характеристики процесса диссоциации йодоводорода.

19. Вычислите начальные концентрации исходных аминокислот, константу равновесия (Кр) и DG0298 реакции образования дипептида: аланин + глицин = аланинглицин, если равновесные концентрации реагентов следующие: [аланин] = [глицин] = 1,5 моль/л, [аланинглицин] = 3·103 моль/л.

20. В биологическом полимере имеет место следующее превращение:

нативное состояние  денатурированное состояние

причем при повышении температуры равновесие сдвигается вправо:

a) что можно сказать о знаке DН° в соответствии с принципом Ле-Шателье?

b) если при температуре 60°С величина DG° отрицательна, а DН° положительна, то каков будет знак изменения энтропии этого процесса?

 


Растворы



Последнее изменение этой страницы: 2021-04-05; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы!

infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 3.235.175.15 (0.011 с.)