Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Загальна та неорганічна хімія часть 1.doc
Скачиваний:
80
Добавлен:
09.05.2015
Размер:
944.64 Кб
Скачать

Хімічна кінетика і рівновага

Кінетика — учення про швидкість річних процесів, у тому числі хімічних реакцій. Критерієм принципової можливості реакцій є нерівність ΔGр,Т<0. Але ця нерівність не є ще повною гарантією фактичного перебігу процесу за даних умов, не є достатньою для оцінки кінетичних можливостей реакції. Наприклад, ΔG0289 Н2О(г) = -228,59 кДж/моль, а ΔG0289 АlІ3(к) = -313,8 кДж/моль і відповідно при Т=298К і р= 1,013*105 Па можливі реакції, які перебігають за рівняннями:

Н2(г) + ½О2(г) = 2Н2О(г),

2А1(к) + 3I2(к) = 2AlI3(к).

Але ці реакції за стандартних умов протікають лише при наявності каталізатора (платини для першої і води для другої). Каталізатор неначе знімає кінетичне "гальмо", і тоді проявляється термодинамічна природа речовини. Швидкість хімічних реакцій залежить від багатьох факторів, основні з яких — природа реагуючих речовин, концентрація (тиск) реагентів, температура і дія каталізаторів. Ці ж фактори визначають і досягнення рівноваги у реагуючій системі.

Приклади розв’язування задач

Приклад 1. Як зміниться швидкість реакції: 2NO(г) + О2(г) = 2NО2(г), якщо зменшити об’єм посудини, у якій проходить реакція, в 3 рази?

Розв’язування: Початкова швидкість прямої реакції виражається рівнянням:

V=k[NO]2[O2].

При зменшенні об’єму концентрація кожної з реагуючих речовин збільшиться у 3 рази. Отже, V=k1(3[NО]2)(3[О2]) = 27k1[NО2] [О2].

Порівнюючи вирази для V та V,, бачимо, що швидкість реакції збільшиться у 27 разів.

Приклад 2. Обчислити, у скільки разів збільшиться швидкість реакції, яка відбувається в газовій фазі, при підвищенні температури від 30 до 70°С, якщо температурний коефіцієнт реакції дорівнює 2.

Розв’язування. За правилом Вант-Гоффа:

, звідки

Отже, швидкість реакції при 70°С більша від швидкості реакції при 30°С у 16 разів.

Приклад 3. Обчислити рівноважні концентрації водню та йоду, якщо відомо, що їх початкові концентрації складали по 0,02 моль/л, а рівноважна концентрація НІ — 0,03 моль/л. Обчислити константу рівноваги.

Розв’язування: Із рівняння реакції: H2(r) + І2(г) = 2НІ(г) видно, що з 1 моль Н2 або І2 утворюється 2 моль НІ. Звідси:

1 моль Н22) — 2 моль НІ

х — 0,03 моль, X =1*0,03/2 = 0,015

Отже: [Н2]р = [І2]р = 0,02-0,015 = 0,005 моль/л.

Константа рівноваги:

Приклад 4. У системі СО(г) + Сl2(г) = СОСl2(г) рівноважні концентрації речовин [Сl2]p = 0,3 моль/л, [СО]p = 0,2 моль/л, [СОСl2]p = 1,2 моль/л. Обчислити константу рівноваги і початкові концентрації Сl2 і CO.

Розв'язування: Константа рівноваги:

Оскільки за рівнянням реакції з 1 моль CO або СІ2 утворюється 1 моль СОСІ2, то [СО]о = 1,2 + 0,2 = 1,4 моль/л; а [СІ2]o = 1,2 + 0,3 = 1,5 моль/л.

Контрольні питання

  1. У стані рівноваги в системі:

N2(r) + 3H2(г) = 2NH3(r); ΔН°х.р. = -92,4 кДж, концентрації речовин дорівнюють: [N2]p = 3 моль/л; [Н2]р = 9 моль/л; [NH3]p = 4 моль/л. Визначити: а) початкові концентрації Н2 і N2; б) у якому напрямку зміститься рівновага, якщо зменшити об'єм посудини, у якій проходить реакція, або збільшити темпе­ратуру.

Відповідь: a) [N2]о = 5 моль/л; [Н2]о = 15 моль/л; б) вправо; вліво.

  1. Реакція відбувається за рівнянням: N2(г) + О2(г) = 2NO(r). Концентрації вихідних речовин:

[N2]о = 0,049 моль/л; [О2]о = 0,01 моль/л. Обчислити концентрації цих речовин па момент, коли [NO] = 0,005 моль/л.

Відповідь: [N2]p = 0,0465 моль/л; [Н2]р = 0,0072 моль/л .

  1. Реакція між речовинами А і В описується рівнянням:

А + 2В = С. Початкові (вихідні) концентрації становлять:

[А]0=0,3 моль/л; [В0]=0,5 моль/л. Константа швидкості реакції дорівнює 0,4. Знайти початкову швидкість реакції і швидкість реакції на момент, коли концентрація речовини А зменшиться на 0,1 моль/л.

Відповідь: V0 = 0,03; V1 = 0,0072.

  1. Константа швидкості реакції розкладу N2О, яка відбувається за рівнянням: 2N20(г) = 2N2(г) + О2), дорівнює 5*10-4. Початкова концентрація [N2O]0=6 моль/л. Знайти початкову швидкість реакції і її швидкість, коли розкладеться 50% N20.

Відповідь: V0 = 1,8*102; V1 = 4,5*103.

  1. Реакція відбувається за рівнянням: Н2 + І2 = 2НІ. Константа швидкості цієї реакції при певній температурі дорівнює 0,16. Початкові концентрації реагуючих речовин:

2]0 = 0,04 моль/л; [І2]0 = 0,05 моль/л. Обчислити початкову швидкість реакції і її швидкість, коли [Н2] = 0,03 моль/л.

Відповідь: V0 = 3,2*104; V1 = 1,92*104.

  1. У гомогенній системі А + 2В = С рівноважні концентрації реагуючих газів складають: [А]р = 0,06 моль/л; [В]р = 0,12 моль/л; [С]р=0,216 моль/л. Обчислити константу рівноваги системи і по­чаткові концентрації речовин А і В.

Відповідь: К = 250; [А]0 = 0,276 моль/л; [В]0 = 0,552 моль/л.

  1. Знайти константу рівноваги реакції: N2O4(г) = 2NO2(r), якщо початкова концентрація [N2O4]0 = 0,08 моль/л і до моменту рівноваги продисоціювало 50% N2O4.

Відповідь: К = 0,16.

  1. Рівновага у гомогенній системі: 4НСІ(г) + О2(г) = 2Н2О(г) + 2Сl2(г) встановилася при таких концентраціях реагуючих речовин:

2О]р = 0,14 моль/л: [С12]р = 0,14 моль/л; [НСІ]р = 0,20 моль/л: [О2]р = 0,32 моль/л. Обчислити початкові концентрації НС1 і О2, а також константу рівноваги.

Відповідь: К=0,75; [НСІ]0=0,48 моль/л; [О2]0 = 0,39 моль/л.

  1. У замкнутій посудині відбувається реакція: АВ(г) = А(г) + В(г). Константа рівноваги реакції дорівнює 0,4, а рівноважна концентрація речовини В складає 0,9 моль/л. Знайти початкову концентрацію речовини АВ. Скільки відсотків речовини АВ розклалося?

Відповідь: [АВ]0=2,92 моль/л; 30,82%.

  1. Як зміниться швидкість реакції: 2NO(r) + О2(г) = 2NO2(г), якщо: а) збільшити тиск у системі у 3 рази; б) зменшити об’єм системи у З рази; в) підвищити концентрацію NО в 3 рази?

Відповідь: а) і б) збільшиться у 27разів;

в) збільшиться у 9 разів.

  1. У системі СО(г) + Сl2(г) = СОСl2(г) концентрацію CO збільшили від 0,3 до 1,2 моль/л, а концентрацію С12 – від 0,2 до 0,6 моль/л. У скільки разів збільшиться швидкість прямої реакції?

Відповідь: у 12 разів.

  1. Початкові концентрації CO і Н2О дорівнюють 0,03 моль/л. Обчислити рівноважні концентрації CO, H2O і Н2 у гомогенній системі: CO + Н2О = СО2 + Н2, якщо рівноважна концентрація [СО2]р = 0,01 моль/л. Обчислити константу рівноваги.

Відповідь: К = 0,25; [CO]р = [H2O]р = 0,02 моль/л;

[H2]р =[CO2]p = 0,01 моль/л.

  1. Як зміниться швидкість реакції, яка відбувається у газовій фазі, при підвищенні температури на 60°С, якщо температурний коефіцієнт швидкості даної реакції 2?

Відповідь: збільшиться у 64 рази.

  1. Початкові концентрації [NO]0 і [С12]0 у гомогенній системі:

2NO + СІ2 = 2NOC1 становлять відповідно 0,5 і 0,2 моль/л. Обчислити константу рівноваги, якщо до моменту рівноваги прореагувало 20% NO.

Відповідь: К = 0,416.

  1. При 150°С хімічна реакція відбувається за 16 хв. Враховуючи, що температурний коефіцієнт швидкості реакції дорівнює 2,5, обчислити, через який час ця реакція закінчиться, якщо проводити її: а)при 200°С; б) 80°С.

Відповідь: а) 9,8 с; б) 162 год.

  1. При певній температурі наступила рівновага у гомогенній системі: 2NO + О2 = 2NО2. Концентрація реагуючих речовин становить: [NО]Р = 0,2 моль/л; [О2]р = 0,1 моль/л; [N02]p = 0,l моль/л. Обчислити константу рівноваги і початкові концентрації NO і О2.

Відповідь: К =2,5; [NO]0 = 3моль/л; [О2]0 = 0,15моль/л.

  1. Константа рівноваги гомогенної, системи: N2 + 3Н2 = 2NН3 при певній температурі дорівнює 0,1. Рівноважні концентрації водню і аміаку відповідно дорівнюють 0,2 і 0,08 моль/л. Обчислити рівноважну і початкову концентрацію азоту.

Відповідь: [N2]р = 8 моль/л; [N2]0 = 8,04 моль/л.

  1. Чому дорівнює температурний коефіцієнт швидкості реакції, якщо при збільшенні температури на 30°С швидкість реакції збільшується у 15,6 разів?

Відповідь: 2.5.

  1. Константа рівноваги гомогенної системи: CO + Н2О = СО2 + Н2 при певній температурі дорівнює 1. Обчислити концентрації усіх реагуючих речовин у момент рівноваги, якщо початкові концентрації становлять: [СО]0 = 0,10 моль/л; [Н2О]0 = 0,40 моль/л.

Відповідь:[CO2]р = [H2]р = 0,08 моль/л; :[CO]р =0,02 моль/л; [Н2O]р = 0,32 моль/л.

  1. Обчислити константу рівноваги для гомогенної системи:

CO + Н2О = СО2 + H2, якщо в момент рівноваги концентрація реагуючих речовин: [CO]р = 0,004 моль/л;

2О]Р = 0,064 моль/л; [СО2]р = 0,016 моль/л;

2]р=0,016 моль/л. Чому дорівнюють поча­ткові концентрації Н2О і CO?

Відповідь: K=1; [Н2O]0 = 0,O8 моль/л; [СО]0 = 0,02 моль/л.