Примеры решения типовых задач. Пример 1. Константа равновесия гомогенной системы

Пример 1. Константа равновесия гомогенной системы

СО (г)+Н₂О (г) ↔СО₂ (г)+Н₂ (г)

при 850°С равна 1. Вычислите концентрации всех веществ при равновесии, если исходные концентрации: ( )_исх.=З моль/л, ( )_исх.=2 моль/л.

Решение.При равновесии скорости прямой и обратной реакции равны, а отношение констант этих скоростей называется константой равновесия данной системы и выражается через равновесные концентрации участников реакции следующим образом:

К_равн. =

В условии задачи даны исходные концентрации тогда как в выражение К_равн. входят только равновесные концентрации всех веществ системы. Предположим, что к моменту равновесия концентрации ( )_равн.== х моль/л. Согласно уравнению реакции:

х моль х моль х моль х моль

СО (г)+Н₂О (г) ↔СО₂ (г)+Н₂ (г)

1моль 1моль 1моль 1моль

число молей образовавшегося водорода при этом будет также х моль/л. По столько же молей (х моль/л) СО и Н₂О расходуется для образования по х молей СО₂ и Н₂. Следовательно, равновесные концентрации всех четырех веществ будут:

( )_равн. = ( )_равн. = х моль/л;

( )_равн. = (З — х) моль/л;

( )_равн. = (2 — х) моль/л.

Зная константу равновесия, находим значение х, а затем и исходные концентрации всех веществ:

1 = ,

Отсюда х = 1,2 моль/л. Таким образом, равновесные концентрации участников реакции:

( )_равн. = ( )_равн. =1,2 моль/л; ( )_равн. = (З — 1,2) = 1,8 моль/л;

( )_равн. = (2 — 1,2) = 0,8 моль/л.

Пример 2. Эндотермическая реакция разложения пентахлорида фосфора протекает по уравнению

РСl₅ (г) ↔РСl₃ (г) + С1₂ (г);∆H_х.р. = + 92,59 кдж.

Как надо изменить: а) температуру; б) давление; в) концентрацию, чтобы сместить равновесие в сторону прямой реакции — разложения РСl₅?

Решение. Смещением или сдвигом химического равновесия называют изменение равновесных концентраций реагирующих веществ в результате изменения одного из условий реакции. Направление, в котором сместилось равновесие, определяется по принципу Ле Шателье:

а) так как реакция разложения РСl₅ эндотермическая (∆Н_х.р.>0), то для смещения равновесия в сторону прямой реакции нужно повысить температуру; б) так как в данной системе разложение РСl₅ ведет к увеличению объема (из одной молекулы газа образуются две газообразные молекулы), то для смещения равновесия в сторону прямой реакции надо уменьшить давление;

в) смещения равновесия в указанном направлении можно достигнуть как увеличением концентрации РСl₅ так и уменьшением концентрации РСl₃ или С1₂.

Пример 3. Равновесие в системе H_2(г)+ I_2(г)↔ 2HI_(г) установилось при следующих концентрациях участников реакции: HI – 0,05 моль/л, водорода и иода – по 0,01моль/л. Как изменятся концентрации водорода и иода при повышении концентрации HI до 0,08моль/л?

Решение. Зная равновесные концентрации участников реакции, можно рассчитать константу равновесия данной реакции:

;

При повышении концентрации HI до 0,08моль/л равновесие сместится в обратном направлении, т.е.более интенсивно начнет протекать обратная реакция

хмоль хмоль 2хмоль

H_2(г)+ I_2(г)↔ 2HI_(г)

1моль 1моль 2моль

Если убыль HI к моменту достижения нового состояния равновесия принять равной 2х моль, то прирост концентраций Н₂ и I₂ к этому моменту составит х моль; подставив новые равновесные концентрации в выражение для константы равновесия, получим:

, откуда х = 0,004,

и новые равновесные концентрации Н₂ и I₂ составят (0,01+0,004) = 0,014 моль/л.

9. КОЛЛИГАТИВНЫЕ СВОЙСТВА РАСТВОРОВ