Задача №3

При некоторой температуре в системе 2СO + O₂ ⇄ 2СO₂ равновесные концентрации СO₂ и СO были равны соответственно 0,05 и 0,04 моль/л. Определить исходные концентрации реагентов и выход СO₂ (в %), если K_c = 2,5.

Решение.

Исходные концентрации веществ равны:

С₀(СO)  [СO]  С(СO)_{прореаг.};

С₀(O₂)  [O₂]  С(O₂)_{прореаг.}.

Концентрации прореагировавших веществ найдем из стехио-метрических соотношений:

С(СO)_{прореаг.}  [СO₂]  0,05 моль/л;

С(O₂)_{прореаг.}   0,025 моль/л.

Равновесную концентрацию O₂ найдем из выражения для константы равновесия:

Отсюда:

Таким образом:

С₀(СO)  0,04  0,05 = 0,09 моль/л;

С₀(O₂)  0,625  0,025 = 0,65 моль/л.

Теоретический выход СO₂ составляет 0,09 моль/л, практический равен 0,05 моль/л. Отсюда:

Задача №4

Для реакции CO_2(газ)  H_2(газ) ⇄ CO_(газ)  H₂O_(пар) константа равновесия равна 1. Исходные концентрации веществ составили: С₀(СO₂) = 0,2 моль/л; С₀(H₂) = 0,8 моль/л. Рассчитать, при каких концентрациях всех четырех веществ установилось равновесие.

Решение.

Обозначим концентрации С(СО₂) и С(Н₂), вступивших в реакцию, через «х», т. е.

С(СO₂)_{прореаг.}  С(H₂)_{прореаг.}  х моль/л.

Тогда:

С(СO₂)_равн.  С₀(CO₂)  С(СO₂)_{прореаг.}  0,2  х;

С(H₂)_равн.  С₀(H₂)  С(H₂)_{прореаг.}  0,8  х.

Из уравнения реакции видно, что:

[СO₂]  [H₂O]  x.

Выражение для константы равновесия имеет вид:

x²  0,16  0,2x  0,8x  x²

x  0,16.

Таким образом, равновесные концентрации всех веществ равны:

[СO₂]  0,2  0,16  0,04 моль/л;

[H₂]  0,8  0,16  0,64 моль/л;

[СO]  [H₂O]  0,16 моль/л.

Задание для самостоятельной работы

1. Определить направление смещения химического равновесия в обратимой реакции:

H_2(газ)  Cl_2(газ) ⇄ 2HCl_(газ)

при повышении:

а) концентрации водорода;

б) температуры:

в) давления.

2. Реакция взаимодействия азота с водородом обратима: N₂  3H₂ ⇄ 2NH₃. В состоянии равновесия концентрации участвующих в реакции веществ составляют: С(N₂)  0,8 моль/л; С(H₂)  4,8 моль/л; С(NH₃)  0,6 моль/л. Вычислить константу равновесия и исходные концентрации азота и водорода.

3. Константа равновесия для реакции: CH₄  Cl₂ ⇄ CH₃Cl  HCl при 80⁰С равна 1. Исходные концентрации взятых веществ составляли: С(CH₄)  2 моль/л; С(Cl₂)  6 моль/л. Рассчитать, при каких концентрациях всех четырех веществ установилось равновесие.

4. Реакция протекает по уравнению: H₂  I₂ ⇄ 2HI. Рассчитать константу химического равновесия, если в реакцию вступило 30% I₂. Начальные концентрации веществ равны: С(H₂)  3 моль/л; С(I₂)  6 моль/л.

Глава 7. Растворы

Растворы  это гомогенные системы переменного состава, состоящие из двух и более веществ, называемых компонентами.

По агрегатному состоянию растворы могут быть газообразными (воздух), жидкими (кровь, лимфа) и твердыми (сплавы). В медицине наибольшее значение имеют жидкие растворы, которые играют исключительную роль в жизнедеятельности живых организмов. С образованием растворов связаны процессы усвоения пищи и выведения из организма продуктов жизнедеятельности. В форме растворов вводится большое количество лекарственных препаратов.

Для качественного и количественного описания жидких растворов используются термины «растворитель» и «растворенное вещество». В качестве растворителя обычно рассматривают компонент, преобладающий в массовом (или объемном) отношении. Растворители разделяют на полярные (вода, спирты, кислоты) и неполярные (гексан, бензол).

Важнейшим растворителем (а в случае биологических систем – единственным) является вода. Это обусловлено такими свойствами воды, как полярность, низкая вязкость, склонность молекул к ассоциации и др.

Процесс растворения в равной степени зависит как от природы растворителя, так и от свойств растворенного вещества. Очевидно, что способность образовывать растворы выражена у разных веществ по-разному. Одни вещества могут смешиваться друг с другом в любых количествах (вода и этанол), другие – в ограниченных (вода и фенол).

Склонность вещества растворяться в том или ином растворителе можно определить, используя простое эмпирическое правило: подобное растворяется в подобном. Действительно, вещества с ионным (соли, щелочи) или полярным (спирты, альдегиды) типом связи хорошо растворимы в полярных растворителях, например, в воде. И наоборот, растворимость кислорода в бензоле на порядок выше чем в воде, так как молекулы O₂ и C₆H₆ неполярны.

Степень сродства соединения к определенному типу растворителя можно оценить, анализируя природу и количественное соотношение входящих в его состав функциональных групп, среди которых выделяют гидрофильные (притягивающие воду) и гидрофобные (отталкивающие воду). К гидрофильным относят полярные группы, такие как гидроксильная (OH), карбоксильная (COOH), тиольная (SH), амино (NH₂). Гидрофобными считают неполярные группы: углеводородные радикалы алифатического (CH₃, C₂H₅) и ароматического (C₆H₅) рядов. Соединения, имеющие в своем составе как гидрофильные, так и гидрофобные группы, называют дифильными. К таким соединениям относят аминокислоты, белки, нуклеиновые кислоты.