задачи по химии. Государственное образовательное учреждение

• Название: Государственное образовательное учреждение
• Анкор: задачи по химии.docx
• Дата: 21.03.2017
• Размер: 410.9 Kb.
• Имя файла: задачи по химии.docx
• Тип: Решение; #4034
• страница: 6 из 9

Химическая кинетика и равновесие.

Примеры наиболее важных расчетных задач.

Пример 1. Вычисление скорости реакции по концентрациям реагирующих веществ.

Реакция между веществами А и В протекает по уравнению 2А + В = С; концентрация вещества А равна 6 моль/л, а вещества В – 5 моль/л. Константа скорости реакции равна 0,5 л²∙моль^-2∙с^-1. Вычислите скорость химической реакции в начальный момент и в тот момент, когда в реакционной смеси останется 45% вещества В.

Решение. Согласно закону действующих масс скорость химической реакции прямо пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ в степенях, равных стехиометрическим коэффициентам. Следовательно, для уравнения реакции в нашем примере

V = к [А]² [В]

Скорость реакции в начальный момент равна V₁ = 0,5∙6²∙5 = 90,0 моль∙с^-1∙л^-1.

По истечении некоторого времени останется 45% В, т.е. 5∙0,45 = 2.25 моль/л. Значит концентрация В уменьшилась на 5 – 2,25 = 2,75 моль/л. Так как вещества А и В взаимодействуют в соотношении 2:1, то концентрация А уменьшилась на 5,5 моль/л (2,75∙2) и стала равной 0,5 моль/л (6-5,5). Следовательно,

V₂ = 0,5 (0,5)²∙2,25 = 0,28 моль∙с^-1∙л^-1.
Пример 2. Определение изменения скорости реакции при изменении температуры.

Вычислите, во сколько раз возрастает скорость реакции при увеличении температуры на 40⁰С, если температурный коэффициент этой реакции равен 3.

Решение. Зависимость скорости химической реакции от температуры выражается эмпирическим правилом Вант-Гоффа, согласно которому при увеличении температуры на 10⁰ скорость реакции увеличивается в 2-4 раза. Число, показывающее, во сколько раз увеличивается скорость химической реакции при повышении температуры на 10⁰, называют температурным коэффициентом γ. Математически правило Вант-Гоаффа можно выразить так:



В данном примере

Пример 3. Вычисление времени протекания реакции при изменении температуры.

При 353 К реакция заканчивается за 20 с. Сколько времени длится реакция при 293 К, если температурный коэффициент равен 2.

Решение. Между скоростью протекания химических реакций и их продолжительностью существует обратно пропорциональная зависимость

, где t₁ и t₂ - время протекания реакции при температурах Т₁ и Т₂.

Правило Вант-Гоффа в данном случае можно записать в виде –, откуда

Пример 4. Определение температурного коэффициента реакции.

Найдите температурный коэффициент скорости некоторой реакции, если константа скорости этой реакции при 413 К равна 4,5×10^-4л×моль^-1×с^-1 а при

453 К - 9×10^-3л×моль^-1×с^-1.

Решение. Температурный коэффициент реакции определяют, пользуясь правилом Вант-Гоффа:
; = g⁴

20 = g⁴; ;

g = 2,115

Пример 5. Вычисление константы равновесия реакции по равновесным концентрациям реагирующих веществ и определение их исходных концентраций.

Равновесие реакции А + 3ВÛ2С установилось при следующих концентрациях реагирующих веществ (моль/л): [А] = 2,5; [В] = 1,8; [С] = 3,6. Рассчитайте константу равновесия этой реакции и исходные концентрации А и В.

Решение. Определяем константу равновесия К_р этой реакции

== 0,89

Исходные концентрации А и В находим на основе уравнения реакции. На образование 2 моль С расходуется 1 моль А, а на образование 3,6 моль С потребовалось моль А. Учитывая равновесную концентрацию А, находим его исходную концентрацию: [А]_исх = 2,5 + 1,8 = 4,3 моль/л. На образование 2 моль С необходимо 3 моль В, а для получения 3,6 моль С требуется 3×3,6/2 = 5,4 моль В; [В]_исх = 1,8 + 5,4 = 7,2 моль/л.
Пример 6. Вычисление равновесных концентраций реагирующих веществ.

Реакция протекает по уравнению А + В Û 2С. Определите равновесные концентрации реагирующих веществ, если исходные концентрации веществ А и В соответственно равны 0,5 и 0,7 моль/л, а константа равновесия – 50 .

Решение.

К моменту наступления равновесия концентрации веществ А и В понизятся, а концентрация С увеличится. На каждый моль веществ А и В образуется 2 моль вещества С; поэтому если понижение концентрации веществ А и В обозначить через х моль, то увеличение концентрации вещества С будет равно 2х моль.

Равновесные концентрации реагирующих веществ будут:

[А]_р = (0,5 - х)моль/л; [В]_р = (0,7 – х) моль/л; [С]_р = 2х моль/л.



46х²- 60х + 17,5 = 0; Решая это уравнение, получаем х₁ = 0,86; х₂ = 0,44. По условию задачи справедливо значение х₂. Отсюда: [А]_р = 0,5 – 0,44 = 0,06 моль/л;

[В]_р = (0,7 – 0,44) = 0,26 моль/л; [С] = 2∙0,44 = 0,88 моль/л.
Пример 7. Влияние изменения концентрации реагирующих веществ на смещение равновесия.

Реакция протекает по уравнению 4А + В → 2С + 2Д

В каком направлении сместится химическое равновесие, если концентрацию всех реагирующих веществ увеличить в 2 раза.

Решение. Первоначальные скорости прямой и обратной реакций были следующие:

V_→= К₁ [А]⁴[В] ; V_← = К₂[С]²[Д]²

После увеличения концентраций:

V¹_→ = К₁[2А]⁴[2В] = 32К₁[А]⁴[В]

V¹_← = К₂[2С]²[2Д]² = 16К₂[С]²[Д]²

т.е. скорость прямой реакции возросла в 32 раза, а скорость обратной – в 16 раз. Следовательно, равновесие сместится вправо (в сторону прямой реакции).
Пример 8. Влияние изменения температуры на смещение химического равновесия.

В какую сторону сместится химическое равновесие реакции АВ  А + В, если повысит температуру на 30⁰? Температурные коэффициенты прямой и обратной реакций соответственно равны 2 и 3.

Решение.

При повышении температуры на 30⁰. Скорость прямой реакции возрастает

, а скорость обратной ─

Таким образом, равновесие сместится влево, так как скорость обратной реакции возрастет в 27 раз, а прямой в 8 раз.
Пример 9. Влияние изменения давления на смещение химического равновесия.

Равновесие реакции 2А_(г) + В_(г)2АВ_(г) установилось при следующих концентрациях реагирующих веществ (моль/л): [А] = 0,5; [В] = 0,7;[АВ] = 2,1.

Как изменятся скорости прямой и обратной реакций, если в системе уменьшить давление в 2 раза? Произойдет ли при этом смещение равновесия?

Решение.

До уменьшения давления в системе выражения для скоростей прямой и обратной реакций:

V_→ = К₁[А]²[В] = К₁[0,5]²[0,7] = 0,175 К₁

V_← = К₂[АВ]² = К₂[2,1]² = 4,41 К₂

При уменьшении давления в 2 раза концентрации всех реагирующих веществ уменьшится в 2 раза.

Тогда V¹_→ = К₁ (0,5/2)²(0,7/2) = 0,0219 К₁; V¹_← = К₂(2,1/2)² = 1,1015 К₂. В результате уменьшения давления скорости прямой и обратной реакций уменьшились: ;

Таким образом, скорость обратной реакции будет в 2 раза больше, чем прямой смещение равновесия произойдет справа налево, то есть в сторону разложения АВ.
Пример 10. Вычисление равновесных концентраций реагирующих веществ после смещения равновесия.

Химическое равновесие реакции А + В  С + Д установилось при следующих концентрациях реагирующих веществ (моль/л): [А] = 7,[В] = 5, [С] = 10, [Д] = 14.

Равновесие системы было нарушено из-за уменьшения концентрации [Д] до 11 моль/л. Вычислите, какими стали новые равновесные концентрации реагирующих веществ после сдвига равновесия.

Решение.

Из условия задачи видно, что при уменьшении концентрации Д равновесие системы сместится вправо. Это вызовет уменьшение концентраций А и В и увеличение концентраций С и Д. Все вещества в этой реакции реагируют в одинаковом соотношении, поэтому изменение всех концентраций обозначим через х моль/л. Тогда новые равновесные концентрации:

[А]_р = 7 – х; [В]_р = 5 – х; [С]_р = 10 + х; [Д]_р = 11 + х.

Константа равновесия данной реакции После смещения равновесия: ; х²  23х + 10 = 0; х = 0,44моль/л. Отсюда: [А]_р = 6,65 моль/л; [В]_р = 4,56 моль/л; [С]_р = 10,44 моль/л; [Д] = 11,44 моль/л.
Задания

Вариант 3.1.

1. 
   Напишите выражение скоростей прямых и обратных реакций 2NO₂ = N₂O₄ ; NH_3(г) + HCl  NH₄Cl_(к)
   
2. 
   Как изменится скорость прямой реакции 2SO₂ + O₂ =2SO₃, если увеличить давление в системе в 2 раза?
   
3. 
   Как изменится скорость реакции при понижении температуры на 50⁰, если температурный коэффициент реакции равен 2?
   
4. 
   Напишите выражения констант равновесия для систем: 2SO₂ + O₂  2SO₃ ; 2S_(к) + 2H₂O_(г)  2H₂S_(г) + O_2(г)
   
5. 
   Равновесие реакции установилось при следующих концентрациях:
   

NO₂ = 0,06; NO = 0,24 моль/л, О₂ = 0,12 моль/л. Чему равна константа равновесия системы 2NO₂ = 2NO + O₂.

6. 
   Как следует изменить давление и температуру, чтобы сместить равновесие реакции С_(к) + Н₂О_(пар) = СО + Н₂ вправо? Прямая реакция – эндометрическая.
   
7. 
   Как следует изменить концентрации азота и аммиака, чтобы уменьшить выход аммиака в системе: N₂ + 3H₂ = 2NH₃.
   
8. 
   Рассчитайте число степеней свободы в системе: 2Na_(к) + Cl_2(г)  2NaCl_(к)
   

Вариант 3. 2.

1. 
   Напишите выражения скоростей прямых и обратных реакции N₂O₄ 2NO₂; Al₂(SO₄)_3(к)  Al₂O_3(к) + 3SO_3(г)
   
2. 
   При температуре 150⁰ некоторая реакция заканчивается за 16 минут. Принимая температурный коэффициент скорости реакции равным 2, рассчитайте через какое время закончится эта реакция, если проводить ее при 200⁰С?
   
3. 
   Как измениться скорость реакции СО₂ + С_{(графит)} = 2СО, если объем реакционного сосуда увеличить в 2 раза?
   
4. 
   Какие воздействия на систему 4HCl_(г) + О₂ = 2Cl₂ + 2H₂O_(г) приведут к смещению равновесия влево?
   
5. 
   В какую сторону сместится равновесие реакции: 2А2С + Д ─ ∆Н, если увеличить давление в системе в 2 раза и одновременно понизить температуру на 30⁰, причем температурный коэффициент прямой реакции равен 3, обратной 4.
   
6. 
   При нагревании протекает реакция SO₂Cl₂ SO₂ + Cl₂. При некоторой температуре из 1 моля SO₂Cl₂ разлагается 0,5 моль. Определите константу равновесия при этой температуре.
   
7. 
   Как следует изменить давление и температуру, чтобы сместить равновесие вправо: Na₂CO₃ IOH₂O_(тв) = Na₂CO_3(тв)+ 10Н₂О_(пар)? Прямой процесс эндометричен.
   
8. 
   Определить число степеней свободы в системе: СаСО_3(к) = СаО_(к) + СО₂
   

Вариант 3. 3.

1. 
   Напишите выражения скоростей прямых и обратных реакций:
   

2NO + Cl₂2NOCl_(г); 2Fe_(к) + 3Cl_2(г) 2FeCl_3(к)

2. 
   Во сколько раз нужно уменьшить объем реагирующей системы, чтобы скорость прямой реакции 2NO + O₂2NO₂ возросла в27 раз?
   
3. 
   Как изменится скорость реакции N₂ + 3H₂ = 2NH₃, если давление в системе увеличить в 2 раза?
   
4. 
   Приняв температурный коэффициент равным 3, вычислите, на сколько градусов необходимо повысить температуру, чтобы скорость реакции возросла в 243 раза?
   
5. 
   Напишите выражения констант равновесия для систем:
   

а) N₂ + 3H₂2NH₃; б) 2Fe_(к) + 3Cl_2(г)2FeCl_3(к)

6. 
   Найдите константу равновесия реакции N₂O₄ = 2NO₂, если начальная концентрация N₂O₄ составляла 0,08 моль/л, а к моменту наступления равновесия продиссоциировало 50% N₂O_4.
   
7. 
   Как следует изменить давление в системе СО₂ + С_графит = 2СО, чтобы повысить выход СО?
   
8. 
   Определите число степеней свободы в системе: СО₂ + С_графит = 2СО
   

Вариант 3.4.

1. 
   Во сколько раз изменится скорость реакции 2А + В = А₂В, если концентрацию вещества А увеличить в 2 раза, а концентрацию вещества в уменьшить в 2 раза?
   
2. 
   Напишите выражение скоростей прямых и обратных реакций
   

2Na₂CO_3(к) + СО₂ + Н₂О_(г)  2NaHCO_{3 (к)}; 2NOCl _(г)  2NO + Cl₂

3. 
   Как измениться скорость реакции при понижении температуры на 30⁰, если температурный коэффициент скорости реакции равен 3?
   
4. 
   Напишите выражения констант развития для систем:
   

а) H_2(г) + S_(к)H₂S_(г); б) Са(ОН)_2(к)СаО_(к) + Н₂О_(г)

5. 
   Равновесие реакции H₂ + J₂ = 2HJ установилось при следующих концентрациях: Н₂ = 0,25 моль/л, J₂ = 0,05 моль/л, HJ = 0,9моль/л. Вычислить исходные концентрации Н₂ и J_2.
   
6. 
   Как следует изменить концентрации PCl₅ и Cl₂, чтобы увеличить процентное содержание PCl₃ в системе: PCl₅  PCl₃ + Cl₂?
   
7. 
   Как повлияет на равновесие системы CaCO_3(к) = СаО_(к) + СО₂, Н = 179 кДж, повышение температуры?
   
8. 
   Определить число степеней свободы в системе: H₂ + S _(к) = H₂S_(г).
   

Вариант 3. 5.

1. 
   Напишите выражения скоростей прямых и обратных реакций:
   

2Cr_(к) = 3Сl_2(г) 2СrCl_3(к); 3C₂H₂ C₆H₆

2. 
   Во сколько раз возрастет скорость реакции 2Н₂ + О₂ = 2Н₂О при увеличении концентрации водорода в 3 раза?
   
3. 
   Во сколько раз возрастет скорость реакции при повышении температуры на 50⁰? Температурный коэффициент равен 2.
   
4. 
   Температурный коэффициент скорости реакции 2NO₂2NO + O₂ равен 2. Вычислите константу скорости этой реакции при 600 К, если при 640 К константа скорости равна 407,0 лмоль^-1с^-1.
   
5. 
   В каком направлении смещается равновесие реакции СН₄ + Н₂ОСО + 2Н₂ при увеличении объема в 3 раза?
   

6. 
   Исходная концентрация каждого из веществ из смеси составляет 1 моль/л:
   

А + В=С +Д. После установления равновесия [Д] = 1,5 моль/л. Вычислите К равновесия.

6. 
   В какую сторону сместится равновесие в системе N₂ + O₂2NO при повышении давления?
   
7. 
   Рассчитайте число степеней свободы в системе 2BaSO_4(к)  2BaSO_3(к) + O₂
   

Вариант 3.6.

1. 
   Напишите выражения скоростей прямых и обратных реакций
   

2HJ_(г)  H_{2 (г)} +J_{2 (г)}

2S_(к) +2H₂O_(г)  2H₂S_(г) +O₂

2. 
   В системе СО +Cℓ₂ = COCℓ₂ концентрацию СО увеличили от 0,3 до 1,2 моль/л, а концентрацию Сℓ₂ – от 0,2 до 0,6 моль/л. Во сколько раз возросла скорость прямой реакции?
   
3. 
   Вычислить, во сколько раз уменьшится скорость реакции, если, понизить, температуру от 120⁰ до 80⁰ С. Температурный коэффициент равен 3.
   
4. 
   Константа скорости реакции
   

N₂O₅  N₂O₄ + 1/2О₂ при 298 К равна 2,0310^-3лмоль^-1с^-1, а при 288 К равна 4,7610^-4лмоль^-1 с^-1. Найдите температурный коэффициент скорости реакции.

5. 
   Напишите выражение константы равновесия системы
   

Na₂CO_3(к) + CO_2(г) + H₂O_(пар) 2NaHCO_3(к)

6. 
   Вычислить начальную концентрацию хлора в системе CO + Cl₂ = COCl₂, если равновесие концентрации [Cl₂] = 0,3 моль/л, [СО] = 0,3 моль/л, [COCl₂] = 1,5 моль/л.
   
7. 
   Как следует изменить концентрацию СО и Н₂О, чтобы повысить выход СО₂?
   

СО + Н₂О = СО₂ + Н₂

8. Определить число степеней свободы в системе

Na₂CO_3(к) + СО₂ + Н₂О_(пар) = 2NaHCO_3(к)