Пособие для самоподготовки к лабораторным по химии в [12]

пропорциональнообщемуколичествусоставляющихеегазов(общемучислу молей)

				P CM R T	(1.20)
гдеCM – мольнаяконцентрация, моль/л.
Так как начальное давление известно P					2,026 105 (4 2)RT ,
				нач
следовательноT=2,026 105 / 6R . Давлениегазовойсмесиприравновесии
		P	(0,8 0,4 3,2)R 2,026 105 / 6R=1,49 105 Па.
		равн.
Ответ: K	c	40;P		1,49 105 Па.
		равн.

Задача5. Какоеобщеедавлениедолжноподдерживатьсявзакрытомсосуде,

гдеустановилосьравновесиеPCl5 PCl3 Cl2 , чтобы парциальноедавление пятихлористогофосфораPPCl5 всостоянии равновесиясталоравным 1 атм?

КонстантаравновесиядляданногопроцессаKP 1,78.

Решение. Запишемвыражениедляконстантыравновесия

KP PPCl3 PCl2 / PPCl5 1,78.

Поуравнению реакцииPCl3 иCl2 образуютсяводинаковыхколичествах

(одинаковое число молей), следовательно их парциальные давления равны PPCl3 =PCl 2 . ПоэтомуKP PCl2 2 /1 1,78, откудаPCl2 1,33атм.

Согласно закону Дальтона, общеедавление равно сумме парциальных давленийотдельныхсоставляющихгазовойсмеси

Pобщ. =PPCl5 +PPCl3 +PCl2 1,0 1,33 3,66 атм. Ответ: Pобщ. =3,66атм.

Задача6. Какбудетвлиятьувеличениетемпературыидавлениянасостояние

равновесия	в	следующих	реакциях: а) 2СО2 2СО+ О2 – Q;
б) СО+ НО		СО + Н + Q?	Найдите Кр и Кс для реакции (а), если
2 (г)		2 2

равновесиеустановилосьпри 2000ºС иследующихпарциальныхдавлениях

газов: P	= 8,63∙104 Па; РСО = 1,0∙104 Па; P	= 0,5∙104 Па. Как изменится
CO2	O	2

численное значение константы равновесия реакции (а) при увеличении температуры?

Решение. а) В уравненииобратимойреакциипринятоуказыватьтепловой эффект для прямой реакции, поэтому в данном случае прямая реакция эндотермическая и нагревание способствует прямой реакции, равновесие сместитсявсторонупродуктовреакции. Входепрямойреакцииувеличивается число молекул газа, поэтому давление способствуетобратной реакции, и равновесиесмещаетсявсторонуисходныхвеществ.

21

Константаравновесияравна: KP		PCO2	PO	2		(1,0 104)2 0,5 10	4
	=				=		=67,1 Па
		P2				(8,63 104 )2
		CO2

ВзаимосвязьмеждуК иК устанавливаетсяравенствомК = К∙(RT)∆n, где

Р С Р С

∆n – разность между числом молей газообразных продуктов реакции и газообразныхисходныхвеществ. Дляданной реакции∆n = 3 – 2 = 1. Тогда

К= К/RT = 67,1/8,31∙2273 = 3,6∙10-3.

СР

Повышениетемпературы смещаетравновесиевэтой системевсторону прямойреакции, следовательно, численноезначениеконстанты равновесия увеличится.

б) Вданномслучаепрямаяреакцияэкзотермическая, поэтомупринагревании равновесиесместитсявсторонуобратнойреакции. Давлениеневлияетна положениеравновесия, т.к. входереакциичисломолекулгазанеизменяется.

1.5 Контрольусвоениятемы

Послеизучениятемыстудентдолжен:

- уметь объяснить смысл терминов “кинетика”, “скорость реакции” и “константаскорости”;

-знатьфакторы, оказывающиевлияниенаскоростьреакций, ипричины влияния каждого изних наскоростьреакций, привести соответствующие примеры;

-уметьформулироватьзакондействиямасс;

- объяснитьсмысл понятий “активные молекулы”, “энергия активации”, “энергетическийбарьерреакции”;

-использоватьуравнениеАррениусаиправилоВант-Гоффадляпроведения соответствующихрасчетов;

-знатькинетическоеусловиеравновесияобратимойсистемы;

-вычислитьконстантуравновесия;

-прогнозироватьвлияниенаположениеравновесияследующихфакторов: а) изменения концентрации реагирующих веществ и продуктов реакции; б) изменения внешнего давления; в) изменения температуры; г) присутствие

катализатора.

1.5.1 Индивидуальныезадания

ЕслиВынесможетерешитькакую-либоизпредлагаемыхзадач, обратитеськ разделу1.4 данногометодическогопособия.

Вариант1

1. Напишитевыражениезаконадействиямасс(ЗДМ) дляреакции:

MnO2(к) +4HСl(г) MnCl2(к) +Cl2(г) +2H2 0(г)

22

иопределите, какизменитсяскоростьхимическойреакции, еслиобъемсистемы

уменьшитьв2 раза.
2.	Каковаскоростьреакции N2 O4(г) 2NO2(г) при 27 С и концентрации
N2O4	равной 0,0139 моль/л, если	известны энергия активации
Ea 58,52 кДж/мольипредэкспоненциальныймножительА 1015 .
3.	Константаравновесияреакции PCl5( г)	PCl3(г) +Cl2(г)	при температуре
400 К равна7,62 10 4 . ВычислитеК реакции при500К,			еслиравновесные
	С

концентрациивеществравны (моль/л): 0,46 ( PCl5 ); 0,54 ( PCl3 ); 0,54 ( Cl2 ) и установите: а)направлениесмещенияравновесияприповышениитемпературы; б) знак H прямойреакции; в) соотношениеэнергийактивацийпрямой( Ea пр) и

обратной( Ea обр) реакциивданнойсистеме(дляобоснованияответаиспользуйте

энергетическуюдиаграммуреакции).

Вариант2

1. НапишитевыраженияЗДМ дляреакций:

a)Zn( к) H2O(г) ZnO(к) H2(г) ;

б)2НS	3O	2SO	2(г)	2H O .
2 ( г)	2 (г)			2 ( г)

Какизменитсяскоростьреакции(б) приуменьшенииобъемасистемыв2раза иодновременномповышениитемпературына20 С ( 2 ). Ответподтвердите расчетами.

2. Вычислитеэнергиюактивации, еслипри15 С реакцияпроходитдоконца за60с, апри25 С за30с.

		k1
3. Константаскоростиk1 дляреакции2NO(г)	O2 (г)		2NO2 (г)		при600К
		k2
равна6,63 105 , апри645К— 6,52 105 . Дляобратнойреакцииk				2	дляэтих

температурравнасоответственно83,9 и407. Вычислитеконстантыравновесия дляэтих температур. Какаяэто реакцияэкзо– или эндотермическая? Как повлияетповышениедавлениянасмещениеравновесияичисленноезначение

KC ?

Вариант3

1. НапишитевыражениеЗДМдляреакции:

2S(к) 2H2O(г) O2( г) 2H2S(г)

иопределитекакизменитсяскоростьхимическойреакции, еслидавлениев системеуменьшитьв2 раза.

2. ДляреакцииH2( г) Br2(г) 2HBr(г) константаскоростипри497К равна

23

0,036 10 2 л/(моль·мин), а при 575К— 8,56 10 2 л/(моль·мин). Вычислите энергиюактивацииэтойреакцииипроверьтедляданногопримеранаосновании соответствующихрасчетовприменимостьправилаВант-Гоффа.

3.	В	каком направлении сместится равновесие в	системе
2NO( г)	Cl2( г)	2NOCl(г) , если общее давление понизить в 4	раза и

одновременноповыситьтемпературуна40 С (температурныекоэффициенты прямойиобратнойреакциисоответственноравны 2 и5). Длякакойреакции (прямойилиобратной) энергияактивацииимеетбольшеезначение? Определите знак H прямойреакции.

Вариант4

1. НапишитевыраженияЗДМ дляреакций:

a)2AgCl(к)			Ag(к) Cl2 (г) ;
б)Н	I	2(	г)	2HI	.
2(г)					( г)

Какизменитсяскоростьреакции(б) приувеличенииобъемасистемыв2раза иодновременномповышениитемпературына20 С ( 2 ). Ответподтвердите расчетами.

2. Восколькоразизменитсяконстантаскоростиреакций:

N2 O4( г)	2NO2( г) ,	Ea	58,52кДж/ моль
N2 O5( г)	N2 O4 (г) 1/ 2O2 ,	Ea	102кДж/ моль

Приувеличениитемпературыот303 до323К. Вслучаекакойизуказанных реакцийконстантаскоростиизменитсявбольшейстепениипочему?

3. ЗапишитевыражениедляК иК реакции:
		C	P
2ZnS	3O		k1		2SO	.
		2 (г)	2ZnO	( к)
( к)						2(г)
			k 2

Зная, чтоk1 k2 , определитезнак H прямойреакции. Вкакомнаправлении сместилосьравновесиеесли: a) увеличитьтемпературу(P=const); б) уменьшить давление(T=const); в) увеличитьконцентрациюO2 .

Вариант5

1. Напишитевыражениезаконадействиямассдляреакций:

Fe2O3( к) 3C(к) 2Fe(к) 3CO2 (г) ; Zn( к) H2O(г) ZnO(к) H2( г).

иопределитевслучаекакойиздвухреакцийизменитьсяскоростьивосколько раз, еслидавлениевсистемеувеличитьв3 раза.

2. Какова скорость реакции FO2(г) F2(г) 1/ 2O2 (г)	при 250 С и

24

концентрации FO2 ,равной 0,012 моль/л? Энергияактивации реакции равна

163 кДж/моль, предэкспоненциальныймножительА 1014 . 3. Константаравновесияреакции:

	H		I		k1		.
		2(г)		2 (г)	2HI
							( г)
					k2
	равна50,0 . РассчитайтезначениеК этойреакциипри
притемпературе450 С
							C
509 С ,если k1 0,16 ,	k2 0,00047 и установите направление смещения
равновесия при увеличении температуры.						Какая это реакция экзо– или

эндотермическая, каковосоотношениеэнергийактивациипрямойиобратной реакции в данной системе. Ответ обосновать, используя энергетическую диаграммуреакции.

Вариант6

1. НапишитевыраженияЗДМ дляреакций:

a)Fe3O4(к) CO(г) 3FeO(к) CO2 (г) ;

б)2NO2(г) Cl2 (г) 2NOCl(г) .

Какизменитсяихскорость, если: дляреакции(а) повыситьтемпературуна 40К( 2 ); дляреакции(б) увеличитьобъемсистемыв3 раза?

	2. Для реакции H2(г) I2 (г) 2HI(г)	константа скорости при 599К
kT	0,146 10 2 л/(моль∙с), апри 672К kT	5,68 10 2 л/(моль∙с). Вычислите
1	2

энергию активации и проверьте для данного примера на основании соответствующихрасчетовприменимостьправилаВант–Гоффа.

3. Приведитеэнергетическуюдиаграммудляреакции:

CaCO	k1		CO	,
	CaO	(к)
3( к)				2 (г)
	k 2

еслиизвестно, чтоk1 k2 .Определитезнак H прямойреакции. Вкаком

направлениисместитсяравновесие, если: a) увеличитьтемпературу(P=const); б) увеличитьдавление(T=const).

Вариант7

1. Скоростьреакции2Al( к) 3Cl2 (г) 2AlCl3(к) увеличиласьв8 раз. Исходя

изЗДМ рассчитайте, во сколько разувеличиласьконцентрация и какого реагирующеговеществапосравнениюспервоначальной.

2. Вычислите энергию активации и константу скорости реакции CO 2(г) H2O(г) CO2( г) H 2(г) при303К, есликонстантыскоростиэтойреакции при288 и313Ксоответственноравны3,1 10 4 и8,15 10 3 л/(моль∙мин).

3. Константаравновесияреакции2NO(г) O2( г) 2NO2(г) притемпературе

25

494К равна 2,2 . Рассчитайте значение К этой реакции при 650К, если

C

равновесныеконцентрации веществравны (моль/л): 0,06( NO2 ); 0,24( NO ); 0,12( O2 ) и установитенаправлениесмещенияравновесия в системепри повышениитемпературы. Длякакойреакции(прямойилиобратной) энергия активацииимеетбольшеезначение? ОпределитезнакΔH прямойреакции.

Вариант8

1. НапишитевыражениеЗДМдляреакции:

2NO( г) O2 (г) 2NO2( г)

иопределитевосколькоразследуетувеличитьконцентрацию O2 , чтобыпри уменьшенииконцентрацииNO в4 разаскоростьреакциинеизменилась?

2. Восколькоразизменитсяконстантаскоростиреакций:

F2O(г) F2(г) 1/ 2O2 (г) ,	Ea 163кДж/ моль
N2O4(г) 2NO2 (г) 1/ 2O2 ,	Ea 58,52кДж/ моль

приувеличениитемпературыот30 до50 С.Вслучаекакойизуказанных реакцийконстантаскоростиизменитсявбольшейстепениипочему?

3. ЗапишитевыражениедляК иК реакции:
	C	P
2CO	k1			C .
	CO		2(г)
( г)				( т)
	k2

Зная, чтоk1 k2 , определитезнак H прямойреакции. Вкакомнаправлении

сместитсяравновесие, если: a) уменьшитьтемпературу(P=const); б) увеличить давление(T=const); в) уменьшитьконцентрацию СO .

Вариант9

1. НапишитевыраженияЗДМ дляреакций:

2Fe2O3(к) 4Fe(к) 3O2(г) ; 2Ag( к) Cl2( г) 2AgCl(к).

иопределитевслучаекакойиздвухреакцийизменитсяскоростьивосколько

раз, еслиобъемсистемыувеличитьв4 раза.	N2O4 (г) 1/ 2O2( г)	при 30 С и
2. Какова скорость реакции N2O5(г)
концентрацииN2O5 , равной0,016 моль/л,	еслиизвестны энергияактивации

Ea 102 кДж/мольипредэкспоненциальныймножительА 1013 .

3. ВкакомнаправлениисместитсяравновесиевсистемеA B 2AB при понижениидавленияв2 разаиодновременном понижениитемпературы на 20 С , если температурный коэффициент прямой и обратной реакций соответственноравны3 и2? Длякакойреакции(прямойилиобратной) энергия

26

активацииимеетбольшеезначение? Определитезнак H прямойреакции.

Вариант10

1 НапишитевыраженияЗДМ дляреакций:

a)2S( к) 2H2O( г) O2(г) 2H2S( г);

б)2NOCl(г) 2NO(г) Cl2 (г).

Какизменитсяихскорость, если: дляреакции(а) увеличитьобъемв2 раза; дляреакции(б) повыситьтемпературуна20К( 5)?

2. ДляреакцииSO2Cl2(г) SO2 (г) Cl2(г) константаскоростипри552Кравна 0,6 10 4 л/(моль·с), а при 593К— 13,2 10 4 л/(моль·с).Вычислите энергию активации этой реакции и проверьте для данного примера на основании соответствующихрасчетовприменимостьправилаВант-Гоффа.

3. Приведитеэнергетическуюдиаграммудляреакции:

C( т) CO2 (г) k1 2CO2 (г) .

k 2

еслиизвестно, чтоk1 k2 . Определитезнак H прямойреакции. Какизменится концентрацияCO вслучае: a) повышениятемпературы(P=const);

б) уменьшениядавления(T=const). Вкакомслучаеикакизменится(уменьшится илиувеличится) значениеконстантыравновесия?

Вариант11

1. НапишитевыражениеЗДМдляреакций:

CaO(к) 3C(к) CaC2 (к) CO( г) ; 4Fe( к) 3CO2(г) 2Fe2O3 (к) .

иопределитекакнадоизменитьдавлениеивкакойсистеме, чтобыскорость реакциивнейувеличиласьв27 раз.

2. Восколькоразизменитсяконстантаскоростиреакций:

N2O4(г) 2NO2 (г) ,	Ea 58,52кДж/ моль
C2H5Br( г) C2H4 (г) HBr(г),	Ea 217кДж/ моль

приувеличениитемпературыот303 до323К. Вслучаекакойизуказанных реакцийконстантаскоростиизменитсявбольшейстепениипочему?

3.Константа равновесия реакции CO(г) H2O(г) CO2(г) H2 (г) при

температуре927 С равна0,74 . РассчитайтезначениеК этой реакциипри

C

727 С, еслиравновесныеконцентрациивеществравны (моль/л): 0,64 ( H2 O ); 0,16 ( CO2 ); 0,16 (H2 ) иустановитенаправлениесмещенияравновесиявсистеме припонижениитемпературы. Какаяэтореакцияэкзо– илиэндотермическая,

27

каковосоотношениеэнергийактивациипрямойиобратнойреакциивданной системе (для обоснования ответа используйте энергетическую диаграмму реакции).

Вариант12

1. НапишитевыраженияЗДМ дляреакций:

2MgO(к) Mg(к) O2 (г) ;

3Si(к) 2N2 (г) Si3 N4( к) .

иопределитекакнадоизменитьобъемикакойсистемы, чтобыскоростьреакции внейувеличиласьв16 раз.

2. Какова скорость реакции C2H5Br(г) C2H4( г) HBr(г) при 400 С и концентрации C2H5Br , равной 0,001 моль/л? Энергия активации Ea 217

кДж/мольипредэкспоненциоальныймножительА 7,2 1012 .

3. КакоезначениеимеютконстантыравновесияК иК реакции:

C P

2HI(г) H2(г) I2(г) Q

при448 С, еслипарциальныеравновесныедавлениягазовприэтойтемпературе составляют: P(HI) 4,05 103 Па; P(H2 ) 7,52 104 Па; P(I2 ) 4,36 102 Па? Как повлияетнавыходиодавсистеме: а) повышениетемпературы; б) уменьшения давления; в) введениякатализатора? В какомслучаеикак(уменьшитсяили увеличится) значениеконстантыравновесия?

Вариант13

1.НапишитевыраженияЗДМ дляреакций:

1)MnO2(к) 4HCl(г) MnCl2(к) Cl2(г) 2H2O( г) ;

2)CO( г) H2O(г) CO2 (г) H2 (г) .

Какнадоизменитьдавлениевсистемах, чтобы скоростьпервойреакции увеличиласьв16 раз, аскоростьвторой— в36 раз?

2.Дляреакции 2N2O5(г) 2N2 O4 (г) O2( г) константаскорости при 288К равна0,475 10 3 л/(моль∙мин), апри298К— 0,203 102 л/(моль∙мин).Вычислите

энергиюактивацииэтойреакцииипроверьтедляданногопримеранаосновании соответствующихрасчетовприменимостьправилаВант-Гоффа.

3.Вкакомнаправлениисместитсяравновесиевсистеме2A 2A B , если увеличитьдавлениевсистемев2 разаиодновременнопонизитьтемпературуна

30 С , если температурный коэффициент прямой и обратной реакций соответственноравен2,7 и3,3? Длякакойреакции(прямойилиобратной) энергия активации имеетбольшеезначение? Определитезнак H прямой

28

реакции.

Вариант14

1. НапишитевыраженияЗДМ дляреакций:

a) Fe2O3( к) 3C(к) 2Fe(к) 3CO(г) ;

б) 2NO2(г) 2NO( г) O2 (г) .

Как надо изменитьдляреакции (а) температуру( 3 ), дляреакции (б) давление, чтобыскоростьэтихреакцийувеличиласьв9 раз. Ответподтвердите расчетами.

2. Восколькоразизменитсяконстантаскоростиреакций:

N2O5(г) N2O4( г) 1/ 2O2 ,	Ea 102кДж/ моль
C2H5Cl(г) C2H4(г) HCl(г),	Ea 246,62кДж/ моль

Приувеличениитемпературыот303 до323К. Вслучаекакойизуказанных реакцийконстантаскоростиизменитсявбольшейстепениипочему?

3. ЗапишитевыражениедляК иК реакции:
	C P
FeCl	k1		Cl	.
	Fe	(т)
2( т)				2 (г)
	k 2

Зная, чтоk1 k2 , определитезнак H прямой реакции. Какизменится концентрацияCl2 , если: a)повысить температуру (P=const); б) уменьшить давление (T=const)? В каком случае и как измениться (уменьшится или увеличится) значениеконстантыравновесия?

Вариант15

1. СкоростьреакцииC2H4(г) H2 (г) C2H6 (г) уменьшиласьв9 раз. Исходяиз

ЗДМ рассчитайте, во сколькоразуменьшиласьконцентрацияреагирующих веществпосравнениюспервоначальной.

2. Длянекоторойреакцииконстантаскоростипри10 С равна1,08 10 4 c 1 , а

при 60 С — 5,484 10 2 c 1 . Вычислитеэнергию активации этой реакции и проверьте для данного примера на основании соответствующих расчетов применимостьправилаВант-Гоффа.

3. Приведитеэнергетическуюдиаграммудляреакции:

2ZnS	3O		k1		2SO	,
		2(г)	2ZnO	(т)
( т)						2( г)
			k 2

еслиизвестно, чтоk1 k2 .Определитезнак H прямойреакции. Запишите выражениедляKC . Какповлияетповышениетемпературыидавленияна смещенияравновесияичисленноезначениеKC .

Вариант16

29

1. НапишитевыраженияЗДМ дляреакций: a)Mg( к) O2( г) 2MgO( к) ;

б)2NO(г) Cl2( г) 2NOCl(г).

Какнадоизменитьдляреакции(а) объемсистемы, дляреакции(б) температуру

( 2 ), чтобы скоростьэтихреакцийувеличиласьв8		раз.Ответподтвердите
расчетами.
2.
	КаковаскоростьреакцииN2O4(г) 2NO2 (г) при250 С иконцентрации
N2O4	, равной 0,025 моль/л, если известны	энергия активации

Ea 58,52 кДж/мольипредэкспоненциальныймножительА 1015 .

3. ОпределитечисленноезначениеконстантыравновесияKP дляреакции

2ZnS(к) 3O2 2ZnO(к) 2SO2( г) ,

еслиобщеедавлениевсистеме1атм, апарциальноедавлениекислорода PO2 0,26 атм. Какаяэтореакцияэкзо– илиэндотермическая, еслис

повышениемтемпературызначениеKP уменьшилось. Какиеусловиябудут способствоватьбольшемувыходуSO2 поэтойреакции. Ответобосновать.

1.5.2 Вопросы длятестовогоконтролязнаний

А. Вопросысоднимправильнымответом

Выберитеодинправильныйответилизакончитеутверждение.

1. Какая величинаввыражении ЗДМ указываетна зависимостьскорости реакцииотприродыреагирующихвеществ?

а) концентрацииисходныхвеществ; б) константаскорости; в) концентрациипродуктовреакции;

г) стехиометрическийкоэффициент. 2. Какаяизсистемявляетсягетерогенной?

а) 2NO + O2 2NO2 . б) N2O4 2NO2.

в) 2H2O 2H2 O2. г) CaCO3 CaO +CO2.

3. Прикакихконцентрациях(моль/л) водородаикислородаскоростьпрямой реакции2H2 O2 2H2O численноравнаконстантескорости?

а) 0,5 и4.

30