Расчет константы равновесия реакции.

Цель работы:

- научиться оставлять математические выражения констант равновесия химических реакций

- производить пересчет констант равновесия Кр и Кс.

Вопросы для подготовки к занятию:

- понятие обратимости химической реакции

- константа равновесия химической реакции, ее виды

Ход работы

I. Теоретическая часть

Основные понятия и расчетные формулы.

1. Закон действия масс для константы равновесия химической реакции.

Для химической реакции общего вида: n₁A + n₂B ↔ n₃C + n₄Д

константа химического равновесия, выраженная через молярные концентрации реагирующих веществ, рассчитывается по формуле:

К_с =[C]ⁿ³ •[Д] ⁿ⁴/ [A]^n1• [B]ⁿ² , (1)

где: [A], [B], [C], [Д] – равновесные концентрации реагирующих веществ, моль/л

n₁, n₂, n₃, n₄ - стехиометрические коэффициенты в уравнении реакции.

Для газовых реакции содержание реагентов выражают через парциальное давление рi и при расчетах используют константу равновесия Кр:

Кр= Р_с^n3• P_дⁿ⁴ / Р_аⁿ¹• P_Bⁿ² , (2)

где: Р_с, P_д P_A P_B - равновесные парциальные давления реагирующих газов, Па

В гетерогенных реакциях учитывают концентрации только неконденсированной фазы – газообразных веществ. Концентрации твердых и жидких реагенто считаются постоянными и включаются в значение К.

2. Связь между Кр и Кс реакции:

К_р =К_с • (RT) ^∆ν , (3)

где: R – универсальная газовая постоянная, 8,314 Дж/моль • К

Δν - изменение числа моль газов в ходе химической реакции:

∆ν = ∑ ν_газов - ∑ ν_газов

продуктов исх. веществ

II. Практическая часть.

II.1 Примеры решения задач

1. Составить математическое выражение для констант химического равновесия Кс и Кр в химических реакциях:

а) N_2(г) + H_2(г) ↔ NH_3(г)

б) С_{(графит)} + О_2(г) ↔ СО_(г)

в) CS_2(ж) + O_2(г) ↔ CO_2(г) + SO_2(г)

Решение:

Для выполнения задания необходимо:

- расставить коэффициенты в уравнениях реакций

- составить математическое выражение для константы Кс, используя формулу 1

- составить математическое выражение для константы Кр, используя формулу 2

!!! При составлении математических выражений учитываются только концентрации и давления газов.

а) N_2(г) + 3H_2(г) ↔ 2NH_3(г)

[NH₃]² Р_NH3²

Кс = --------------------; Кр = -----------------

[N₂] • [H₂] ³ Р_N2^• P_H2³

б) 2С_{(графит)} + О_2(г) ↔ 2СО_(г)

[СО]² Р_СО²

Кс = --------------------; Кр = ----------

[О₂] Р_О2

в) CS_2(ж) + 3O_2(г) ↔ CO_2(г) + 2SO_2(г)

[СО₂] • [SO₂]² Р_СО2 ^• P_SO2²

Кс = --------------------; Кр = --------------------

[О₂] ³ Р_О2³

2. Константа равновесия Кр реакции: CO_2(г) +H_2(г) ↔ СО_(г) + Н₂О_(ж) при температуре 50°С составляет 1,24•10^-3. Найти значение Кс этой реакции.

Дано СИ Решение

t = 50°C 323 К 1)Записать уравнение реакции и расставить коэффициенты:

Кр = 1,24• 10^-3 CO_2(г) +H_2(г) ↔ СО_(г) + Н₂О_(ж)

2) Найти изменение числа моль газов в ходе реакции по

Найти: формуле:

Кс ∆ν = ∑ ν_газов - ∑ ν_газов

продуктов исх. веществ

∆ν = [ν_СО] - [ν_СО2 + ν_Н2] = [1] - [1 + 1] = - 1 (моль)

3. Найти Кс реакции по формуле 3: К_р =К_с • (RT) ^∆ν

Кр 1,24• 10^-3

Кс = --------------- = ------------------- = 1,24• 10^-3•8,314•323 = 3,33

(RT) ^∆ν (8,314•323) ^-1

Ответ:Кс= 3,33

3. Константа равновесия Кс реакции синтеза аммиака при температуре 800°С составляет 0,327. Рассчитать значение константы Кр.

Дано СИ Решение

t = 800°C 1073 К 1)Записать уравнение реакции и расставить коэффициенты:

Кс = 0,327 N_2(г) + 3H_2(г) ↔ 2NH_3(г)

2) Найти изменение числа моль газов в ходе реакции по

Найти: формуле:

Кр ∆ν = ∑ ν_газов - ∑ ν_газов

продуктов исх. веществ

∆ν = [ν_NH3] - [ν_N2 + ν_Н2] = [2] - [1 + 3] = - 2 (моль)

3. Найти Кр реакции по формуле 3: К_р =К_с • (RT) ^∆ν

0,327

Кр = 0,327 • (8,314•1073) ^-2 = ------------------- = 4,11•10^-9

(8,314•1073) ²

Ответ:Кр = 4,11•10^-9

II.2 Примеры для самостоятельной работы:

1. Составить математическое выражение для констант химического равновесия Кс и Кр в химических реакциях:

а) S0_2(г) + O_2(г) ↔ S0_3(г) б) CaCO3 (кр) ↔ CaO (кр) + CO2 (г)

в) H_2(г) + Cℓ_2(г) ↔ HCℓ_(г) г) NH_3(г) + O_2(г) ↔ NO_(г) + H₂O_(ж)

д) NH₄Cl _(тв.) ↔ NH_3(г) + HCl_(г) е) HCℓ_(г) + O_2(г) ↔ H₂O_(г) + Cℓ_2(г)

ж*) сгорание ацетилена с образованием диоксида углерода и воды

з)* гидратация этилена

и)* пиролиз пентана

к)* термическое разложение карбоната аммония

л)* образование фосгена СОCℓ_2(г) из окиси углерода и хлора

м)* полимеризация этилена

2. Рассчитать значение константы равновесия Кс химических реакций из примера 1 (а, в, д, ж*, и*, л*), если значение Кр при температуре 100°С составляет 0,124.

3) Рассчитать значение константы равновесия Кр химических реакций из примера 1 (б, г, е, з*, к*, м*), если значение Кс при температуре 200°С составляет 5,76.

Оформление отчета:

Отчет должен содержать:

1. Тему и цель работы.

2. Основные расчетные формулы (1-4).

3. Пример расчетных задач (1-3).

4. Выполненное задание для самостоятельной работы (задачи со знаком *выполняются по желанию на дополнительную оценку).

Практическое занятие №13