Тема 3. Основные закономерности протекания химических реакций

Задание 1. Химическая термодинамика

Дано уравнение реакции.

1. Из справочной литературы (приложение 1) выпишите значения стандартных термодинамических величин , .

2. Рассчитайте стандартное изменение энтальпии химической реакции и определите: а) является ли данная реакция экзо- или эндотермической; б) вычислите тепловой эффект реакции для заданной массы или объема одного из веществ.

3. По виду уравнения, не прибегая к расчетам, определите знак изменения энтропии реакции . Приведите обоснование, подтвердите его расчетом. Какой из факторов – энтальпийный или энтропийный – способствует самопроизвольному протеканию процесса в прямом направлении?

4. Вычислите стандартное изменение энергии Гиббса . Определите, в каком направлении при температуре 298 К (прямом или обратном) будет протекать реакция.

5. Рассчитайте температуру Т_р, при которой равновероятны оба направления реакции. При каких температурах, выше или ниже рассчитанной, более вероятно протекание реакции в прямом направлении?

6. Рассчитайте приТ₁ = Т_р – 100; Т₂ = Т_р + 100 и постройте график зависимости отТ. Определите область температур самопроизвольного протекания реакции (заштрихуйте).

7. Вычислите значения константы равновесия K_равн для температур Т_р, Т₁, Т₂. Сделайте вывод о влиянии температуры на величину K_равн и на смещение равновесия.

Номер варианта	Уравнение реакции A + B = C + D	m, г	V, л
1	2 РН3(г) + 4 О2(г)  Р2О5(т) + 3 Н2О(ж)	7,1 (C)
2	4 NH3(г) + 3 О2(г)  2 N2(г) + 6 Н2О(ж)		22,4 (В)
3	СН4(г) + 2 Н2О(г)  СО2(г) + 4 Н2(г)		11,2 (С)
4	2 S(т) + 2 Н2О(г)  О2(г) + 2 H2S(г)	12,8 (A)
5	СО2(г) + 2 SO3(г)  CS2(г) + 4 О2(г)		33,6 (D)
6	2 H2S(г) + SO2(г)  3 S(т) + 2 Н2О(г)	27 (D)
7	СН4(г) + СО2(г)  2 СО(г) + 2 Н2(г)		4,5 (A)
8	2 PCl5(г) + О2(г)  2 РОСl3(г) + 2 Сl2(г)	14 (D)
9	2 NH3(г) + SO3(г) + Н2О(г)  (NH4)2SO4(т)	19,8 (D)
10	2 СН3ОН(ж) + 3 О2(г)  2 СО2(г) + 4Н2О(ж)		16,8 (B)

Задание 2.Закон Вант-Гоффа

1. Чему равен температурный коэффициент скорости реакции, если при увеличении температуры на 30 градусов скорость реакции возрастает в 15,6 раза?

2. При 150 С некоторая реакция заканчивается за 16 мин. Принимая температурный коэффициент скорости реакции равным 2,5, рассчитайте, через какое время закончится эта реакция, если проводить ее при 200 С.

3. Некоторая реакция при 100 С закончилась за 20 с. Как нужно изменить температуру проведения реакции, чтобы она заканчивалась за 2 мин 40 с, если  = 2?

4. Две реакции при 40 С протекают с одинаковой скоростью. Температурный коэффициент скорости первой реакции равен 2, а второй 3. Как будут относиться друг к другу скорости реакции при 70 С?

5. Некоторая реакция при 20 С заканчивается за 16 мин, а при 70 С за 0,5 мин. Чему равен температурный коэффициент скорости реакции?

6. При 150 С некоторая реакция заканчивается за 16 мин. Принимая температурный коэффициент скорости реакции равным 2,5, рассчитайте, через какое время закончится эта реакция, если проводить ее при 80 С.

7. На сколько градусов нужно повысить температуру реакции, чтобы ее скорость возросла в 90 раз? Температурный коэффициент скорости реакции равен 3,2.

8. Скорость химической реакции при 20 С составляет 1 моль/лс. Температурный коэффициент скорости этой реакции равен 3. Чему будет равна скорость этой реакции при 50 С?

9. Температурный коэффициент скорости реакции равен 2. Рассчитайте, как изменится скорость реакции при понижении температуры со 120 до 80 С.

10. Скорость некоторой реакции возросла в 25 раз. На сколько градусов была повышена температура реакции, если  = 2,5?

Задание 3.Влияние концентрации на скорость химической реакции

1. Во сколько раз изменится скорость реакции 2 А + В → А₂В, если концентрацию вещества А увеличить в 2 раза, а концентрацию вещества В уменьшить в 2 раза?

1. Во сколько раз следует увеличить концентрацию вещества В₂ в системе 2 А_2(г) + В_2(г) → 2 А₂В_(г), чтобы при уменьшении концентрации вещества А₂ в 4 раза скорость реакции не изменилась?

2. В системе СО + Сl₂ → СОСl₂ концентрацию СО увеличили с 0,03 до 0,12 моль/л, а концентрацию Сl₂ от 0,02 до 0,06 моль/л. Во сколько раз возросла скорость прямой реакции?

3. Как изменится скорость реакции 2 NO + O₂ → 2 NO₂, если объем реакционного сосуда увеличить в 2 раза?

4. Во сколько раз следует увеличить концентрацию угарного газа в системе 2 СО → СО₂ + С, чтобы скорость реакции увеличилась в 4 раза?

5. Во сколько раз следует увеличить давление в системе, чтобы скорость реакции 2 NO + O₂ → 2 NO₂ увеличилась в 1000 раз?

6. В два сосуда одной и той же вместимости введены: в первый – 1 моль газа А и 2 моля газа В, во второй – 2 моль газа А и 1 моль газа В. Температура в обоих сосудах одинакова. Будут ли различаться скорости реакции между газами А и В в этих сосудах, если скорость реакции выражается уравнением: а) v₁ = k₁[A][B], б) v₂ = k₂[A]²[B]?

7. Концентрацию вещества В в реакции А_(р-р) + В_(р-р) → С_(р-р) уменьшили в 2 раза. Как надо изменить концентрацию вещества А, чтобы скорость реакции не изменилась?

8. Как изменится скорость реакции 2 А_(г) + В_(г) → А₂В_(г), если одновременно увеличить в 2 раза объем системы и концентрацию вещества А в ней?

9. При увеличении концентрации вещества А в два раза скорость некоторой реакции возрастает в 4 раза. Выберите уравнение реакции, удовлетворяющее этому условию:

а) А_2(г) + В_2(г) → 2 АВ_(г) б) А_2(г) + В_(т) → ВА_2(т)

в) 2 А_2(г) → В_(г) г) 2 А_2(т) → В_(г) + С_(г)

Задание 4.Химическое равновесие

1. Найдите равновесные концентрации хлора и фосгена и рассчитайте константу скорости в реакции СО + Сl₂ ↔ СОСl₂. Исходные концентрации оксида углерода и хлора равны 0,030 и 0,020 мольл^–1, а равновесная концентрация СО равна 0,021 мольл^–1.

2. Равновесие в системе Н_2(г) + I_2(г) ↔ 2HI_(г) установилось при следующих концентрациях (мольл^–1): [H₂] = 0,025; [I₂] = 0,005; [HI] = 0,09. Рассчитайте константу равновесия реакции. Определите исходные концентрации йода и водорода.

3. Константа равновесия реакции FeO_(к) + СО_(г) ↔ Fe_(к) + СО_2(г) при некоторой температуре равна 0,5. Вычислите равновесные концентрации СО и СО₂, если начальные концентрации этих веществ составляли 0,05 и 0,01 мольл^–1 соответственно.

4. В гомогенной системе NO + Cl₂ ↔ NOCl₂ исходные концентрации оксида азота и хлора составляют соответственно (мольл^–1): 0,5 и 0,2. Вычислите константу равновесия, если к моменту наступления равновесия прореагировало 20 % NO.

5. Константа равновесия гомогенной системы N_2(г) + 3H_2(г)↔2 NH_3(г) при некоторой температуре равна 0,1. Равновесные концентрации водорода и аммиака соответственно равны 0,2 и 0,08 мольл^–1. Вычислите равновесную и исходную концентрации азота.

6. При некоторой температуре равновесие в системе 2NO₂ ↔ 2NO + O₂ установилось при следующих концентрациях (мольл^–1): [NO₂] = 0,006; [NO] = 0,024. рассчитайте константу равновесия реакции и исходную концентрацию NO₂.

7. В гомогенной газовой системе А + В ↔ С + D равновесие установилось при концентрациях (мольл^–1): [B] = 0,05; [C] = 0,02. Константа равновесия реакции равна 410^–2. Найдите исходные концентрации веществ А и В.

8. Константа равновесия реакции Н_2(г) + I_2(г) ↔ 2HI_(г) при некоторой температуре равна 36, а начальные концентрации водорода и йода составляют по 0,02 моль/л. Вычислите равновесные концентрации йода, водорода и йодоводорода.

9. Константа равновесия для реакции СО + Сl₂ ↔ СОСl₂ равна при некоторой температуре 39,4. Зная, что при состоянии равновесия [CO] = 0,2 мольл^–1 и [COCl₂] = 0,8 мольл^–1, вычислите исходные концентрации хлора и угарного газа.

10. Вычислите константу равновесия реакции 2SO_2(г) + О_2(г) ↔ 2SO_3(г), если начальные концентрации SO₂ и O₂ были соответственно равны 0,08 и 0,06 мольл^–1. К моменту наступления равновесия концентрация SO₂ была 0,016 мольл^–1.

Задание 5.Смещение химического равновесия

Запишите выражения ЗДМ для предложенных равновесных реакций и установите, в каком направлении сместятся равновесия при изменении каждого из внешних параметров.

Номер варианта	Уравнение A + B ↔ C + D	∆rH	Изменение внешних параметров
			С	Р	Т	V
1	2 СО(г) + О2(г) ↔ 2 СО2(г)	< 0	СВ ↑	↑	↓
	N2(г) + О2(г) ↔ 2 NO(г)	> 0	СС ↓		↓	↓
2	2 Н2(г) + О2(г) ↔ 2 Н2О(г)	< 0	СВ ↓	↑	↑
	СаСО3(т) ↔ СаО(т) + СО2(г)	> 0	CD ↓		↑	↑
3	2 NO(г) + О2(г) ↔ 2 NO2(г)	< 0	CA ↑	↓	↓
	2 HBr(г) ↔ H2(г) + Br2(г)	> 0	СС ↑		↓	↓
4	СО2(г) + 2 H2(г) ↔ СН3ОН(ж)	> 0	СВ ↑	↑	↑
	СО(г) + Н2О(г) ↔ СО2(г) + H2(г)	< 0	CD ↑		↑	↓
5	N2O4(г) ↔ 2 NO2(г)	> 0	CA ↓	↓	↓
	2 СО(г) ↔ СО2(г) + С(т)	< 0	СС ↓		↓	↑
6	4НСl(г) + О2(г) ↔ 2Н2О(ж) + 2Сl2(г)	< 0	СВ ↓		↑	↑
	МgСО3(т) ↔ MgО(т) + СО2(г)	> 0	CD ↑	↑	↓
7	2 PCl5(г) + О2(г)↔ 2POCl3(г) + 2Сl2(г)	> 0	CA ↑	↓	↓
	N2(г) + 3 H2(г) ↔ 2 NH3(г)	< 0	СВ ↓		↑	↓
8	С(т) + О2(г) ↔ СО2(г)	< 0	СС ↑		↓	↑
	3 O2(г) ↔ 2 О3(г)	> 0	CA ↓	↑	↓
9	4 Fe(т) + 3 О2(г) ↔ 2 Fe2O3(т)	< 0	СВ ↑	↓	↑
	СН4(г) + 2 Н2О(г) ↔ СО2(г) + 4 H2(г)	> 0	CD ↓		↓	↓
10	СО2(г) + С(т) ↔ 2 СО(г)	> 0	СС ↑		↑	↑
	4 НСl(г) + О2(г) ↔ 2 Н2О(г) + 2Сl2(г)	< 0	CA ↓	↓	↑