Химическая кинетика и равновесие.
Пример 1. Реакция протекает по уравнению
N2(г) + 3 H2(г) = 2 NH3(г) . Начальные концентрации веществ (моль/л): [N2] = 6; [H2] = 11,2; [NH3] = 0. Рассчитать константу равновесия реакции Кс, если к моменту равновесия прореагировало 40% исходного количества азота. Записать математическое выражение Кр и определить совпадают ли Кр и Кс численно.
Решение: В начальный момент времени в реакционной смеси присутствуют только азот и водород в начальных концентрациях. В процессе реакции их концентрации убывают, а концентрация аммиака увеличивается. После установления равновесия (когда скорости прямой и обратной реакций равны) в равновесной смеси присутствуют азот, водород и аммиак.
По условию задачи к моменту равновесия прореагировало 40% исходного количества азота: моль/л.
Сравнивая стехиометрические коэффициенты реакции, видим, что водорода расходуется в 3 раза больше, чем азота, т.е. 3´2,4 = 7,2 моль/л. Зная начальные концентрации веществ и количество их, вступившее в реакцию, можно найти равновесные концентрации: Сравн = Сисх – Спрореаг, т.е.
= 6,0 – 2,4 = 3,6 моль/л; = 11,2 – 7,2 = 4,0 моль/л.
Равновесную концентрацию NH3 находим из соотношения стехиометрических коэффициентов реакции. По реакции видим, что аммиака образуется в 2 раза больше, чем расходуется азота. Следовательно, равновесная концентрация аммиака.
=2,4 ´2 = 4,8 моль/л.
Наглядно эти рассуждения можно представить в виде схемы:
|
|
N2 + 3H2 Û 2 NH3 | |||
Cнач, моль/л | 6 | 11,2 моль/л | - |
Сизрасход, моль/л | 40%=2,4 | : =1 :3 2,43´=7,2 | - |
Сравн, моль/л | 6 – 2,4 =3,6 | 11,2 – 7,2 = 4 | : =1 :2 2,4´2=4,8 |
С помощью этой схемы можно рассчитать как равновесные, так и исходные концентрации.
Для нахождения константы равновесия, надо записать ее математическое выражение. Данная реакция является гомогенной, т.к. протекает в одной фазе (в системе присутствуют только газы), следовательно,
Подставив в математическое выражение константы значения равновесных концентраций веществ, определим
Математическое выражение константы равновесия в условия Р, Т=const
,
где Р- равновесные парциальные давления реагентов, указанных в нижнем индексе.
Для реакции аА + bB +…= dD + qQ+… связь Кр и Кс устанавливается с использованием закона Клайперона-Менделеева: Кр=Кс(RT)Dn, где Dn- разность сумм стехиометрических коэффициентов продуктов реакции и исходных веществ, находящихся в газообразном состоянии, т.е. Dn=(d + q +…) – (a + b +…).
В нашем случае Dn=2 – (1+3) =-2 и, следовательно, Кр=Кс(RT)-2, т.е. Кр и Кс численно не совпадают.
Пример 2. Реакция протекает по уравнению H2(г) + I2(г) = 2HI(г). Определить исходные концентрации водорода и иода, если равновесные концентрации (моль/л): [H2] = 1; [I2]= 2; [HI] = 10. Установить взаимосвязь Кр и Кс.
|
|
Решение: Исходная концентрация каждого вещества равна сумме количества прореагировавшего вещества и его равновесной концентрации:
Сисх = Сравн + Спрореаг.
Количества прореагировавших водорода и иода определяем из уравнения реакции,
согласно которому для образования 2 моль необходимо израсходовать по 1 моль водорода и иода. Следовательно, для образования 10 моль HI к моменту равновесия прореагировало по 5 моль H2 и I2. Т.о.,
Сисх (H2) = 5+1 = 6 моль/л;
Сисх (I2) = 5+2 = 7моль/л.
Взаимосвязь Кр и Кс устанавливается согласно уравнению Кр = Кс(RT)Dn, Dn=2 – (1+1) =0 и, следовательно, Кр=Кс(RT)0=Кс.
Пример 3. Рассчитать константу равновесия реакции
С(графит) +СО2(г) = 2СО(г), если исходная концентрация СО2 равна 2,4 моль/л, а к моменту равновесия его прореагировало 60%. В сторону расходования или в сторону образования СО сдвигается равновесие при уменьшении давления?
Решение:
Данная реакция является гетерогенным процессом, и с учетом того, что концентрация твердой фазы С(графит) -это постоянная величина (условно принимается за 1), математическое выражение константы равновесия записывается в виде:
|
|
В процессе реакции изменяется концентрация только СО2. По условию задачи к моменту равновесия прореагировало 60% исходного количества углекислого газа:
моль/л,
следовательно, равновесная концентрация СО2:
Сравн = Сисх – Спрореаг, т.е.
= 2,4 – 1,44 = 0,96 моль/л.
Сравнивая стехиометрические коэффициенты реакции, видим, что СО образуется в 2 раза больше, чем расходуется СО2, т.е. 2´1,44 = 2,88моль/л.
Дата добавления: 2019-02-12; просмотров: 477; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!