Раздел 4. Химическое равновесие
v Задача 1.Запишите выражение константы равновесия системы
2ZnS(т) + 3O2(г) 2ZnO(т) + 2SO2(г)
и поясните смысл входящих в него величин.
Решение
Данная система является гетерогенной, в выражение константы равновесия не включают концентрации твердых веществ
[SO2] и [O2] - равновесные молярные концентрации веществ, моль/л.
v Задача 2.Определите направление смещения равновесия
CaCO3(т) + 2H+(р) Ca2+(р) + CO2(г) + H2O(ж)
при добавлении кислоты.
Решение
Добавление кислоты означает увеличение концентрации ионов водорода. Согласно принципу Ле Шателье равновесие смещается в сторону реакции, при которой концентрация ионов водорода понижается, т. е. в сторону прямой реакции.
v Задача 3. Определите направление смещения равновесия в системе
2CO(г) СО2(г) + С(т) , DH0 = ‑ 171 кДж/моль
а) при понижении температуры;
б) при понижении давления;
в) при уменьшении концентрации оксида углерода (II);
г) при увеличении концентрации оксида углерода (IV).
Решение
При понижении температуры равновесие смещается в сторону экзотермической реакции. В данном случае экзотермической является прямая реакция (DH<0), т.е. равновесие смещается в сторону продуктов реакции.
Изменение общего давления в системе оказывает влияние на смещение равновесия только тех реакций, в результате которых меняется количество газообразных веществ. Понижение общего давления приводит к смещению равновесия в сторону реакции, идущей с образованием большего количества газообразных веществ, т.е. в сторону обратной реакции (слева в уравнении реакции моль, справа – 1 моль).
При уменьшении концентрации СО равновесие смещается в сторону реакции, идущей с образованием СО, т.е. в сторону обратной реакции.
При увеличении концентрации СО2 равновесие смещается в сторону реакции, при которой СО2 расходуется, т.е. в сторону обратной реакции.
Ответ: а) в сторону прямой реакции; б), в), г) в сторону обратной реакции.
v Задача 4.Определите, как изменится константа равновесия
2SO2(г) + O2(г) 2SO3(г), DH<0
при повышении температуры.
Решение
Выражение константы равновесия
Прямая реакция экзотермическая, обратная – эндотермическая. При повышении температуры равновесие сместится в сторону обратной реакции, т.е. концентрации SO2 и O2 увеличатся, а концентрация SO3 уменьшится. Константа равновесия уменьшится.
Ответ: уменьшится.
v Задача 5.Константа равновесия CaCO3(т)CaO(т) + CO2(г) увеличивается с ростом температуры. Укажите, как при этом будет меняться равновесное парциальное давление CO2. Ответ обоснуйте.
Решение
Выражение константы равновесия через равновесные парциальные давления веществ
С ростом температуры равновесное парциальное давление СО2 увеличивается.
Ответ: увеличивается.
Вопросы для самоподготовки
1. Запишите выражения для Кс и Кр системы: 2Fe2O3(т) + 3С(т) 4Fe(т) + 3CO2(г), поясните смысл величин, входящих в эти выражения, укажите их размерность. Определите направление смещения равновесия при повышении давления и укажите, как при этом изменится концентрация СО2.
2. Определите направление смещения равновесия в системе
H2O(г) + CO(г) H2(г) + CO2(г), DH0 = - 41 кДж
а) при повышении концентрации СО; б) при понижении температуры. Ответ мотивируйте.
3. Определите направление смещения равновесия в системе
MnO2(т) + 2C(т) Mn(т) + 2CO(г)
при увеличении давления и укажите, как при этом изменяется концентрация CO.
4. Укажите, какое вещество будет накапливаться при повышении температуры в равновесной системе
C(т) + CO2(г) 2CO(г), DH>0.
5. Определите направление смещения равновесия
2ZnS(т) + 3O2(г) 2ZnO(т) + 2SO2(г)
при увеличении давления.