Гомогенное химическое равновесие

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 .

Константа равновесия реакции H2+I2  2HI при 717К равна 46,7. Определите кол-во разложившегося HI при нагревании 1моль HI при 717К.

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 то равноценно уменьшению давления при отсутствии азота,  ведёт к разбавлению реагирующей смесию числа молекул в реагирующей с 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.