Гомогенное химическое равновесие Контрольная работа Вариант№1. Рассчитайте сродство (-ΔrGt) железа к кислороду воздуха, Po2=2,0266*104Па при 1000К, если константа равновесия реакции 2Fe+ O2 2FeO при этой температуре равна 2,450*1020 Па-1 . 2. Константа равновесия реакции H2+I2 2HI при 717К равна 46,7. Определите кол-во разложившегося HI при нагревании 1моль HI при 717К. 3. Вычислите при температуре 298К константу равновесия реакции CO+0,5O2=CO2 по стандартной энергии Гиббса.
Критерии оценивания Данная к/р оценивается в 45 баллов. №1-10 баллов, №2-15 баллов, №3-20 баллов.Наиболее характерные ошибки: - использование неправильных размерностей величин; - ошибки при выводе ур-ния Кс реакции; - неправильное решение квадратного ур-ния и использование его отрицательных корней (для нахождения кол-ва моль прореагировавшего в-ва); - ошибки при счёте; - использование неверных справочных значений(необходимо использовать величины, выраженные в Дж/моль, Дж/моль*К или кДж/моль); - следует учесть, что энтальпия реакции образования простых веществ равна 0; - для расчета стандартной энергии Гиббса необходимо значение энтропии реакции перевести в кДж/моль; - если реакция проводится в стандартных условиях, то необходимо использовать PO=0,101Мпа=101,3кПа. Решение задач №1. 2Fe+ O2 2FeO ΔG=-RTlnKp+RTПі(Pνіі исх.) ΔG=-8,314*1000ln(2,450*1020)+8, 314*1000ln(2,0266*104)= -390324-82447=-472,77 кДж/моль. Ответ. (-ΔrGt)=472,77 кДж/моль. №2 2HI H2+I2 исх. 1моль 0 0 Реак. 2х х х Равн. 1-2х х х Кс= 46,7x2=1-4x+4x2 42,7x2+4x-1=0 D=186,8 x1= (моль) 2x=0,227 (моль) Ответ. Разложилось 0,227 моль HI. №3 Все необходимые значения станд. для CO2 , O2 и CO берутся из справочника физико-химических величин. ΔV-приращение числа молей во время реакции.
Для реакции CO+0,5O2=CO2 ΔV=1-(1+0,5)= -0,5 Ответ. Индивидуальное задание Вариант№5 1. По значениям изобарных потенциалов в справочнике [M.] определите константу равновесия при температуре 298К для реакции: 2. При окислении SO2 в SO3 в газовой фазе установилось хим. равновесие: Как будет влиять на это равновесие увеличение давления и добавление азота, не участвующего в реакции? Ответ дать на основании термодинамич. соотнош.
И пользуясь принципом Ле-Шателье. 3. Если нагреть 0,746 кг йода и 0,0162 кг водорода в закрытом сосуде ёмкостью 1 м3 до 693К, то при достижении равновесия образуется 0,721 кг йодистого водорода.
Сколько йодистого водорода получится, если к исходной смеси добавить 0,1 кг йода и 0,005 кг водорода? 4. Процесс получения водяного газа идёт по ур-нию . При 1000К конст. равновесия равна 1,45. Какой состав должна иметь исходная смесь, сост. из водяного пара и СО, чтобы при 1000К равновесная смесь содержала по объёму 25%СО2 и 25%Н2 ? 5. При Т=1396К и Р=1,0133*105 н/м2 степень диссоциации водяного пара на водород и кислород равна 0,567*10-4 , а степень диссоциации двуокиси углерода на окись углерода и кислород при тех же условиях -1,551*10-4. Определить на основании этих данных состав водяного газа, образующегося при указанной температуре из равных объёмов окиси углерода и водяного пара. 6. При температуре 1500К и давлении 0,1013 МПа степень диссоциации водяного пара =1,9*10-4. Выразить для реакции горения водорода константу равновесия Кр через степень диссоциации водяного пара и вычислить Кр при 1500К. 7. Для реакции определите Кр при 600К, если при 298К константа равновесия этой реакции равна 1,0*105. Справочник [M.] –краткий справочник физико-химических величин. под ред. К.П.Мищенко и А.А.Равдия, М Госхимиздат, 1967г. Критерии оценивания Данное индивидуальное задание оценивается в 110 баллов. №1,2 -10 баллов; №4,6 -15 баллов; №3,5,7 -20 баллов; Наиболее характерные ошибки: - использование неверных справочных данных; - ошибки при выводе ур-ния Кс и Кр для исследованной реакции; - ошибки при вычислении равновесной концентрации вещества; - использование неверных корней квадратного уравнения(полученное значение корней квадратного уравнения необходимо сопоставлять с условием задачи, чтобы не получить отрицательные значения концентраций); - ошибки при счёте; - при расчёте по уравнению реакции необходимо учитывать коэффициенты, стоящие перед веществом; - необходимо все единицы измерения выражать в СИ (как например, парциальное давление газов в н/м2); - нужно использовать значения температуры процесса в К для расчёта ; - ошибки могут быть при неверной трактовке уравнения Менделеева-Клапейрона (следует учесть число моль-n); -следует отличать равновесные и неравновесные процессы и учитывать правильность их написания; - справочные данные должны соответствовать необходимому в-ву, которое указано в условии задачи; - ошибки также возникают при переводе моль в кмоль, кал в Дж. Решение задач №1 В справочнике физико-химических величин [M.], находим значения : Реакция Знач. *10-6, Дж/кмоль -1577,46 -370,62 -3094,00 Используя уравнение: Δn- изменение числа молей газообразного конечного и начального продуктов реакции.
Кр и парц. давления выражены в н/м2. и ур-ние определим значение реакции: Ответ.lg Kp=55,87. №2 В данной реакции ΔV=2-3=-1, поэтому выражение для Кх примет вид: Из уравнения видно, что с увеличением давления р увеличивается константа равновесия Кх, поскольку Кр не зависит от давления.
Увеличение Кх произойдёт за счёт увеличения числителя и за счёт уменьшения знаменателя.
При отсутствии инертной примеси азота равна сумме молей веществ в равновесной смеси, которая при смещении равновесия изменяется незначительно, поэтому числитель увеличивается в основном за счёт увеличения ; одновременно должны уменьшатся и в знаменателе.
Отсюда делаем вывод, что с ростом давления р в равновесной системе кол-во SO3 возрастает, равновесие сдвинется вправо, выход серного ангидрида увеличится.
С увеличением кол-ва азота увеличивается сумма , что влечёт за собой уменьшение . Равновесие сдвинется влево, выход SO3 уменьшится. Принципа смещения равновесия Ле Шателье приводит с к следующим качественным выводам.
Т.к. реакция образования SO3 из SO2 и O2 идёт с уменьшением объёма, то при увеличении давления, т.е. при сжатии реагирующей смеси, процессом ослабляющим сжатие, будет процесс, приводящий к уменьшению числа молекул в реагирующей смеси.
Таким образом, при увеличении давлении реакция сдвинется слева на право и выход SO3 возрастёт. Увеличение содержания азота при постоянном общем давлении ведёт к разбавлению реагирующей смеси, что равноценно уменьшению давления при отсутствии азота, т.е. приведёт к сдвигу равновесия справа налево, выход SO3 уменьшится. №3 Реакция протекает по уравнению: H2+I2 2HI Константа равновесия этой реакции может быть выражена уравнением: Для определения величины константы равновесия необходимо определить состав равновесной газовой смеси.
H2 и I2 реагируют с образованием HI, то в равновесной смеси исходное кол-во будет меньше, чем в исходной. Исходная концентрация H2 и I2 : Конц. получ.
HI в равновесной смеси: Реакция протекает при постоянном давлении, тогда: H2+I2 2HI 1кмоль 1кмоль 2кмоль (2,82кмоль 2,82 кмоль 5,64 кмоль)*10-3 След в равновесной смеси останется: Данные вещества находятся в V=1м3, поэтому Используя полученные концентрации, определим константу равновесия: При добавлении к исх. смеси 0,100кг I2 и 0,005 кг H2 установ. равнов но Кс не изменится.
Обозначим новую равновесную конц. [HI]=x, тогда равнов. конц. [I2 ] и [H2 ] будут равны: Получим уравнение: Х1 не имеет физ.смысла, т.к.конц. H2 и I2 будут иметь отрицательные значения.След . Т.к. V=1м3, тогда Ответ. №4 Напишем содержание компонентов в процентах в равновесной смеси: Для рассматриваемой реакции Подставим содержание веществ (в молях) в выражение для константы равновесия: откуда т.к. в ходе реакции число молей в системе не меняется.
Исключая из этих уравнений , получим уравнение: Его решение даёт два действительных корня: . Это означает, что в исходной смеси СО(г) по объёму может быть 36,1 или 63,9% и, соответственно, Н2О(г) 63,9 или 36,1%. №5 Реакция образования водяного пара протекает по уравнению: Константа равновесия равна: Диссоциация двуокиси углерода: 2CO+O2=2CO2 Диссоциация водяного пара: Равновесная концентрация кислорода в данных реакциях одинакова, тогда: Выразим константу равновесия реакции диссоциации воды и двуокиси углерода через общее давление и степень диссоциации: По условию начальные об. конц. воды и укиси углерода равны 50об.%, обозначим конц. образ.
Н2 и СО2 в сост. равновесия x об.%, получим: Состав водяного газа имеет вид: Ответ. 15,95 об.% №6 Напишем равновесные числа молей реагентов, выраженные через степень диссоциации : n0 –начальное количество (число молей) водяного пара. Константа равновесия этой реакции будет выражаться уравнением: Выразим парциальные давления реагентов через общее давление Р, общее число молей и степень диссоциации . Находим: Парциальные давления реагентов вычисляются по уравнению : Таким образом, Т.к. можно считать и , поэтому Для обратной реакции, т.е для реакции горения водорода при 1500К, получим: Ответ. №7 Зависимость теплового эффекта от температуры опред. законом Кирхгоффа: По справочнику [M] находим зависимость теплоёмкости веществ от температуры Вещество Зависимость теплоёмкости от температуры, Дж/кмоль*град 44,14 9,04 - -8,54 29,10 -0,84 - - 27,63 5,02 - - 30,12 11,30 2,01 - По уравнению находим Кр при 600К: Ответ. Тест В вопросах 1-10 необходимо выбрать правильный ответ (он может быть только один). 1. При наступлении состояния химического равновесия протекают следующие процессы: а) число молекул веществ, составляющих химическую систему увеличивается во времени при неизменных внешних условиях; б) число молекул веществ, составляющих химическую систему остаётся постоянным во времени при неизменных внешних условиях; в) число молекул веществ, составляющих химическую систему, уменьшается во времени при неизменных внешних условиях. 2. Для реакции: протекающей в изобарно-изотермических условиях, общее выражение для изменения энергии Гиббса имеет вид: 3. Для состояния химического равновесия характерно: 4. Уравнение изотермы химической реакции имеет вид: 5. Для реакции: Константа равновесия, выраженная через парциальные давления газов, записывается так: 6. Какое из выражений соответствует уравнению изобары химической реакции: 7. Стандартная константа равновесия связана с константой равновесия Кр соотношением: 8. Для реакции в газовой фазе, протекающей без изменения числа молей (Δν=0) характерно: 9. Связь между Кр и Кс химической реакции выражается уравнением: 10. В общем виде Кх для реакции: можно выразить так: Правильные ответы: № вопроса Ответ 1. б) 2. в) 3. в) 4. г) 5. г) 6. в) 7. б) 8. в) 9. а) 10. б) Каждый правильный ответ на один вопрос оценивается в 1 балл. В результате, ответив на 10 вопросов, можно получить 10 баллов.
В вопросах 11-20 необходимо установить соответствие. (например 1б, 2а,3г)-верный ответ может быть только один. 11. Из уравнения изотермы химической реакции видно, что величина и знак энергии Гиббса реакции зависят от Пр’ и Кр ( при Р=const, T=const), как: 1.ΔG<0 2. ΔG=0 3. ΔG>0 12. Для данных реакций укажите соответствующие им константы равновесия Кс: 13. Определите зависимость между значением энергии Гиббса реакции и характером протекающего процесса: 1.ΔG<0 а) реакция достигла состояния 2. ΔG=0 равновесия; 3. ΔG>0 б) процесс необратимый самопроизвольный; в) процесс необратимый несамопроизвольный 14. Определите изменение числа молей (Δν) для следующих реакций: 15. Для реакции : константа равновесия равна , то при увеличении давления будут наблюдаться следующие процессы: 1.Δν>0 а) Кх уменьшается 2.Δν<0 б) Кх не изменяется 3.Δν=0 в) Кх увеличивается 16. Определите Кх для реакции в идеальной и реальной газовой смеси: а) идеальная газовая смесь б) реальная газовая смесь 17. Из приведённых уравнений выберите то, которое является изотермой, изохорой, изобарой химической реакции: 1. уравнение изохоры химической реакции 2. уравнение изобары химической реакции 3. уравнение изотермы химической реакции 18. Для данных уравнений реакции в смеси идеальных газов определите соотношение между значениями стандартной энергией Гиббса: 19. Укажите верное выражение для Кх, Кс и Кm при рассмотрении равновесия химической реакции в идеальном растворе: 20. Установите, как будет влиять тепловой эффект реакции на константу и состояние равновесия химической реакции: а) константа равновесия не изменится, и состояние равновесия останется неизменным; б) равновесие сдвинется в сторону исходных веществ; в) константа равновесия увеличится, и равновесие сдвинется вправо.
Правильные ответы № вопроса ответ 11. 1б2в3а 12. 1б2в3а 13. 1б2а3в 14. 1в2а3б 15. 1а2в3б 16. 1б2а 17. 1б2в3а 18. 1б2а 19 1в2а3б 20. 1в2б3а Каждый правильный ответ на 1 вопрос оценивается в 1 балл. Ответив на 10 вопросов можно получить 10 баллов.
Если в ответе одна половина соответствия букв и цифр верна, а другая нет, то такой ответ не учитывается и оценивается в 0 баллов.
В вопросах 21-30 пропущено слово-ответ, его необходимо записать (ввести) в правильном числе и падеже. 21.