- •Задания для срс
- •1. Строение атома и периодическая система
- •Примеры решения задач
- •Степени окисления фосфора, серы, хлора
- •Задачи Билет 1.1
- •Билет 1.3
- •Билет 1.4
- •Билет 1.5
- •Билет 1.6
- •Билет 1.7
- •Билет 1.8
- •Билет 1.9
- •Билет 1.10
- •Билет 1.11
- •Билет 1.12
- •Билет 1.13
- •Билет 1.14
- •Билет 1.15
- •Билет 1.16
- •Билет 1.17
- •Билет 1.18
- •Билет 1.19
- •Билет 1.20
- •2. Химическое равновесие
- •Примеры решения задач
- •3. Свойства разбавленных растворов неэлектролитов
- •Примеры решения задач
- •4. Реакции обмена в растворах электролитов
- •Примеры решения задач
- •5. Ионное произведение воды. Водородный показатель. Гидролиз солей.
- •Примеры решения задач 5 а) Ионное произведение воды. Водородный показатель
- •Примеры решения задач 5 б) Гидролиз солей
- •Приложение
Примеры решения задач
Пример 2.1. При некоторой температуре в системе
N2
(г) + 3Н2
(г)
2NH3
(г) равновесные
концентрации составляли (моль/л):
[N2] = 1,5; [H2] = 1,7; [NH3] = 2,6. Вычислить константу равновесия этой реакции и исходные концентрации азота и водорода.
Решение.
Константа
равновесия данной реакции выражается
уравнением
.
Подставляя данные задачи, получаем:
.
Исходные
концентрации азота и водорода находим
на основе уравнения реакции. Согласно
уравнению реакции на образование 2 моль
NH3
расходуется 1 моль N.2.
По условию задачи образовалось 2,6 моль
NH3,
на что
израсходовалось 1,3 моль N2.
Учитывая равновесную концентрацию
азота, находим его исходную концентрацию:
= 1,5 + 1,3 = 2,8
моль/л.
По
уравнению реакции на образование 2 моль
NH3
необходимо 3 моль H2,
а для получения 2,6 моль NH3
требуется 3×2,6
/ 2 = 3,9 моль H2.
Исходная концентрация водорода СН2
= 1,7 + 3,9 = 5,6
моль/л. Таким образом, КС
= 0,92; исходные
концентрации
=
2,8 моль/л,
= 5,6 моль/л.
Пример 2.2. Реакция протекает по уравнению А + В D + F. Определить равновесные концентрации реагирующих веществ, если исходные концентрации веществ А и В, соответственно, равны 2 и 1,2 моль/л, а константа равновесия реакции КС = 1.
Решение. Так как все вещества в данной реакции реагируют в одинаковых соотношениях, обозначим изменение концентрации всех реагирующих веществ через x. К моменту установления равновесия образовалось х моль D и х моль F и соответственно [D] = x; [F] = x. По уравнению реакции на столько же уменьшились концентрации А и В, т. е. [A] = 2 – x; [B] = 1,2 – x. Подставим равновесные концентрации в выражение константы равновесия:
КС=
; 1=
;
х =
0,75.
Отсюда равновесные концентрации: [D] = 0,75 моль/л; [F] = 0,75 моль/л; [A] = 2 – 0,75 = 1,25 моль/л; [B] = 1,2 – 0,75 = 0,45 моль/л.
Пример 2.3. Реакция протекает по уравнению 2SO2 + O2 2SO3. В каком направлении сместится химическое равновесие, если объем системы уменьшить в 3 раза?
Решение. До изменения объема скорости прямой и обратной реакций выражались уравнениями:
vпр
=
;
vобр
=
.
При
уменьшении объема в 3 раза концентрация
каждого из реагирующих веществ увеличится
в 3 раза. После увеличения концентрации
скорость прямой реакции стала: vпр
= k1×(3
)2×(3
)
= k1×
9
×
3
=
27k1
,
т.
е. возросла в 27 раз; а скорость обратной
– vобр
= k2×
(3
)2
= k2×
9
=
9k2
,
т. е. возросла в 9 раз. Следовательно,
равновесие сместится в сторону прямой
реакции (вправо).
Пример 2.4. В какую сторону сместится химическое равновесие реакции А + В D, если повысить температуру на 30 оС? Температурные коэффициенты скорости прямой и обратной реакции, соответственно, равны 2 и 3.
Решение.
При повышении температуры на 30° скорость
прямой реакции возрастет в
раз,
а скорость обратной в
раз.
Так как скорость обратной реакции
возросла в 27 раз, а скорость прямой в 8
раз, то равновесие этой реакции при
повышении температуры сместится в
сторону обратной реакции (влево).
Пример 2.5. Как изменятся скорости прямой и обратной реакции, если в системе 2NO (г) + О2 (г) 2NO2 (г) уменьшить давление в 2 раза? Произойдет ли при этом смещение равновесия? Если да, то в какую сторону?
Решение.
До уменьшения давления выражения для
скорости прямой и обратной реакции
имели вид vпр
= k1
,
vобр
= k2
.
При уменьшении давления в 2 раза концентрации каждого из реагирующих веществ уменьшаются в 2 раза, так как общий объем системы увеличивается в 2 раза. Тогда
;
.
В результате уменьшения давления скорость прямой реакции уменьшилась в 8 раз, а скорость обратной – в 4 раза. Таким образом, скорость обратной реакции будет в 2 раза больше, чем прямой, и смещение равновесия произойдет в сторону обратной реакции, т. е. в сторону разложения NO2.
Пример 2.6. В каком направлении сместится равновесие реакции
COCl2 ↔ СО + Cl2, ∆H0х.р. = +112,5 кДж а) при повышении давления;
б) с понижением температуры; в) при уменьшении концентрации хлора.
Решение. а) При повышении давления равновесие смещается в сторону реакции, идущей с уменьшением числа молекул газа, при понижении давления – в сторону реакции, идущей с увеличением числа молекул газа. В левой части приведенной реакции 1 молекула (COCl2), а в правой – 2 (1 СО + 1 Cl2), поэтому при повышении давления равновесие смещается в сторону обратной реакции;
б) При понижении температуры равновесие смещается в сторону экзотермической реакции, при повышении температуры – в сторону эндотермической. В нашем примере прямая реакция эндотермическая (∆H0х.р. > 0), а обратная – экзотермическая, следовательно, при понижении температуры равновесие сместится в сторону обратной реакции;
в) При увеличении концентрации исходных веществ и уменьшении концентрации продуктов реакции равновесие смещается в сторону продуктов реакции. При уменьшении концентрации хлора (продукта реакции) равновесие сместится в сторону прямой реакции, т.е. в сторону образования продуктов реакции.
Задачи
2.1. При нагревании диоксида азота в закрытом сосуде до некоторой температуры равновесие реакции 2NO2 2NO + O2 установилось при следующих концентрациях: [NO2] = 0,4 моль/л; [NO] = 1 моль/л; [O2] = 0,5 моль/л. Вычислить константу равновесия для этой температуры и исходную концентрацию диоксида азота. (Ответ: 3,125; 1,4 моль/л).
2.2. Реакция протекает по уравнению АВ А + В. При некоторой температуре из 1 моль АВ, находящегося в закрытом сосуде емкостью 20 л, разлагается 0,6 моль АВ. Определить константу равновесия. (Ответ: 0,045).
2.3. Константа равновесия реакции N2O4 2NO2 равна 0,16 при 375 К. Равновесная концентрация NO2 равна 0,09 моль/л. Вычислить равновесную концентрацию N2O4. (Ответ: 0,051 моль/л).
2.4. Рассчитать равновесную концентрацию О3 и константу равновесия в реакции 3О2 (г) 2О3 (г), если начальная масса О2 равна 24 г, а равновесная концентрация О2 равна 0,6 моль/л. (Ответ: 0,1 моль/л; 0,046).
2.5. Используя справочные данные табл. 1 приложения, рассчитать ΔН0х.р. реакции, протекающей по уравнению 2NO2 (г) 2NO (г) + O2 (г) и определить, в какую сторону сместится равновесие при охлаждении системы.
2.6. Рассчитать равновесные концентрации газообразных веществ в гетерогенной системе FeO (к) + CO (г) Fe (к) + CO2 (г), если начальная концентрация СО составляла 2 моль/л, константа равновесия КС = 0,6.
(Ответ: 1,25 моль/л; 0,75 моль/л.).
2.7. При состоянии равновесия системы N2 + 3H2 2NH3 концентрации веществ были (моль/л): [N2] = 0,3; [H2] = 0,9; [NH3] = 0,4. Рассчитать, как изменятся скорости прямой и обратной реакции, если концентрации всех участвующих в реакции веществ увеличить в 4 раза. В каком направлении сместится равновесие? (Ответ: 256; 16).
2.8. Вычислить константу равновесия для гомогенной системы:
CO (г) + H2O (г) СO2 (г) + H2 (г), если равновесные концентрации реагирующих веществ (моль/л): [CO] = 0,004; [H2O] = 0,064; [CO2] = 0,016, [H2] = 0,016. Чему равны исходные концентрации воды и СО?
(Ответ: 1; 0,08 моль/л; 0,02 моль/л).
2.9. В начальный момент протекания реакции
NiO
(к) +
Н2 (г)
Ni
(к) +
H2O
(г)
концентрации были
равны (моль/л):
= 0,5;
= 1,7. Рассчитать
равновесные концентрации газообразных
веществ, если КС
= 5,66. (Ответ:
0,33 моль/л; 1,87 моль/л).
2.10. В реакторе при некоторой температуре протекает реакция
СО2
+ Н2
СО + Н2О.
Определить константу равновесия, если
в начальный момент
= 2,15 моль/л,
= 1,25 моль/л, а к
моменту равновесия прореагировало 60 %
начального количества СО2.
(Ответ:
0,8).
2.11. Определить, в какую сторону произойдет смещение равновесия реакции CO2 (г) + 4Н2 (г) СН4 (г) + 2Н2О (г), ∆Н0х.р = -165 кДж
при следующих воздействиях: а) увеличении давления; б) повышении концентрации СО2; в) понижении температуры.
2.12. В гомогенной системе установилось равновесие
2H2S + 3O2 ↔ 2SO2 + 2H2O. Константа равновесия КС = 3∙105. Исходные вещества или продукты реакции будут преобладать в равновесной смеси веществ?
Вычислить равновесную концентрацию диоксида серы, если равновесные концентрации веществ, участвующих в реакции, равны (моль/л):
[H2S] = 0,02; [O2] = 0,30; [H2O] = 0,40. (Ответ: 4,5 моль/л).
2.13. Рассчитать КС реакции PCl5 (г) PCl3 (г) + Cl2 (г) при 500 К, если к моменту равновесия разложилось 54 % PCl5, а исходная концентрация PCl5 была равна 1 моль/л. (Ответ: 0,634).
2.14. После смешивания газов А и В в системе А (г) + В (г) С (г) +D (г) устанавливается равновесие при следующих концентрациях: [B] = 0,5 моль/л; [C] = 0,2 моль/л. Константа равновесия реакции равна 4×10-2. Найти исходные концентрации вещества А и В. (Ответ: 2,2 моль/л; 0,7 моль/л).
2.15. Система С (графит) + СО2 (г) 2СО (г), DН0х.р = 172,5 кДж
находится в состоянии равновесия. Как повлияет на равновесие системы:
а) повышение температуры; б) понижение давления; в) понижение концентрации СО2?
2.16. При некоторой температуре равновесные концентрации в систеие
2SO2 + O2 = 2SO3 составляли [SO2] = 0,04 моль/л, [O2] = 0,06 моль/л, [SO3] = 0,02 моль/л. Определить константу равновесия и исходные концентрации SO2 и O2. (Ответ: 4,17; 0,06 моль/л; 0,07 моль/л).
2.17. Реакция протекает по уравнению NO + Cl2 ↔ 2NOCl2, DН < 0
Какие изменения а) температуры; б) давления; в) концентраций участвующих в реакции веществ способствуют увеличению выхода продукта реакции?
2.18.
Константа равновесия реакции FeO
(к) + СО (г)
Fe
(к) + СО2 (г)
при некоторой температуре равна 0,5.
Найти равновесные концентрации СО и
СО2,
если начальные концентрации этих
веществ составляли (моль/л):
= 0,08;
= 0,02. (Ответ:
0,67 моль/л; 0,33 моль/л).
2.19. Система N2 (г) + 3Н2 (г) 2NH3 (г); DН0х.р= -92,4 кДж находится в состоянии равновесия. Определить, в каком направлении сместится равновесие: а) с ростом температуры; б) при повышении давления; в) при понижении концентрации NH3.
2.20. Найти константу равновесия реакции N2O4 2NO2, если начальная концентрация N2O4 составляла 0,08 моль/л, а к моменту наступления равновесия разложилось 50 % N2O4. (Ответ: 0,16).
Тема 3
