Расчет состава равновесной смеси.

Цель работы:

- научиться определять значения параметров химических реакций в состоянии равновесия

- производить расчет значений 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:

Кс =[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= Рсn3• Pдn4 / Раn1 PBn2 , (2)

где: Рс, Pд PA PB - 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:

Крс • (RT) ∆ν , (3)

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

Δν - изменение числа моль газов в ходе химической реакции:

∆ν = ∑ νгазов - ∑ νгазов

продуктов исх. веществ

3.Связь между изменением свободной энергии Гиббса∆Gт и значением Кр:

∆Gт = -2,303• R•T• Lg Кр

II. Практическая часть.

II.1 Примеры решения задач

1.Реакция происходит по уравнению: CO2(г) +H2(г) ↔ СО(г) + Н2О(г).

Температура реакции составляет 2000С. Равновесные концентрации реагирующих веществ составляют соответственно, в моль/л: СО2 – 5; Н2 – 0,1; СО и Н2О по 0,4.

Найти Кс и Кр реакции и начальные концентрации исходных веществ.

Расчет состава равновесной смеси. - student2.ru Расчет состава равновесной смеси. - student2.ru Дано: СИ Решение

t = 200 0C 473К 1. Записать уравнение химической реакции. Расставить коэф-

[CO2] = 5M фициенты:

[H2] = 0.1 M CO2(г) +H2(г) ↔ СО(г) + Н2О(г)

[CO] = 0.4 M 2. Составить математическое выражение для Кс, подставить

[H2O] = 0.4M значения равновесных концентраций:

Расчет состава равновесной смеси. - student2.ru Найти: [СО] • [H2O] 0,4 • 0,4

Кс, Кр, С0 Кс = ------------------- = -------------------- = 3,2

[CO2] • [H2] 5 • 0,1 Расчет состава равновесной смеси. - student2.ru

3. Найти начальные концентрации исходных веществ.

Для этого составить таблицу, в которой в четыре столбца выписать реагирующие вещества, их начальные концентрации, изменение концентраций к моменту равновесия и равновесные концентрации.

Начальные концентрации исходных веществ неизвестны: СО(СО2) = х; Со(Н2) = у; продукты реакции в начальный момент отсутствовали, поэтому: СО(СО) = Со(Н2О) = 0 моль/л. Равновесные концентрации можно записать в таблицу из условия.

Изменение концентраций находят для продуктов как разность равновесной и начальной концентраций, для исходных веществ – по уравнению реакции, при этом учитывают, что продукты реакции накапливаются (+∆С), а исходные вещества расходуются (-∆С):

а) ΔСН2О = ΔССО = [CO] - ∆ССО = 0,4 – 0 = 0,4 моль/л

б) ΔСсо2-?

1 моль СО2 - 1 моль СО 1•∆ССО 1•0,4

Расчет состава равновесной смеси. - student2.ru Расчет состава равновесной смеси. - student2.ru ΔССО2 = ------------ = ----------- = 0,4 моль/л

∆ССО2 - ∆ССО 1 1

в) ΔСН2-?

1 моль Н2 - 1 моль СО 1•∆ССО 1•0,4

Расчет состава равновесной смеси. - student2.ru Расчет состава равновесной смеси. - student2.ru ΔСН2 = ------------ = ------------ = 0,4 моль/л

∆СН2 - ∆ССО 1 1

Вещество Со ∆С [ ]
СО2 х -0,4 0,5
Н2 у -0,4 0,1
СО +0,4 0,4
Н2О +0,4 0,4

Начальные концентрации:

СО(СО2) = х = [CO2] - ∆ССО2 = 5 – (- 0,4) = 5,4 моль/л

Со(Н2) = у = [Н2] - ∆СН2 = 0,1 – ( - 0,4) = 0,5 моль/л

4. Найти Кр реакции по формуле (3): Крс • (RT) ∆v

∆ν = ∑∆νпр - ∑νисх= [νco + νH2O] – [ νCO2+ νH2]= [1+1] - [1+1] = 0 моль

Кр=3,2•(8,314•473)0= 3,2

Ответ: Кр= Кс= 3,2; СО(СО2) = 5,4 моль/л; Со(Н2) = 0,5 моль/л

2. В реакции синтеза аммиака начальная концентрация азота и водорода составляет по 5М, равновесная концентрация аммиака равна 0,2М. Найти константы равновесия химической реакции при 4000С.

       
  Расчет состава равновесной смеси. - student2.ru   Расчет состава равновесной смеси. - student2.ru

Дано СИ Решение

t= 4000С 673К 1. Записать уравнение химической реакции. Расставить коэф-

Со(N2) = 5М фициенты:

Со(Н2) = 5М N2(г) +3H2(г) ↔2NH3(г)

Расчет состава равновесной смеси. - student2.ru [NH3] = 0,2М 2. Рассчитать равновесные концентрации реагирующих веществ. Найти:Для расчета составить таблицу, аналогично примеру 1.

Кс-? Кр-? a)ΔСNН3 = [NH3] - ∆С NH3 = 0,2 – 0 = 0, моль/л

Расчет состава равновесной смеси. - student2.ru

б) ΔСN2-?

1 моль N2 - 3 моль NH3 1•∆С NH3 1•0,2

Расчет состава равновесной смеси. - student2.ru Расчет состава равновесной смеси. - student2.ru ΔСN2 = ------------ = ----------- = 0,1 моль/л

∆СN2 - ∆С NH3 2 2

в) ΔСН2-?

3 моль Н2 - 2 моль NH3 3•∆С NH3 3•0,2

Расчет состава равновесной смеси. - student2.ru Расчет состава равновесной смеси. - student2.ru ΔСН2 = ------------ = ----------- = 0,3 моль/л

∆СН2 - ∆С NH3 2 2

Вещество Со ∆С [ ]
N2 -0,1 x
Н2 -0,3 y
NH3 +0,2 0,2

Равновесные концентрации:

[N2]= Со(N2) + ∆С N2 = 5 + (-0,1)= 4,9 моль/л

[H2]= Со(Н2) + ∆СН2 = 5 + (-0,3) = 4,7 моль/л

3 . Составить математическое выражение для Кс, подставить значения равновесных концентраций:

[NH3]2 0,22

Кс = ------------------- = ----------------- = 3,7•10-4

[N2] • [H2] 3 4,9 • 4,73

4. Найти Кр реакции по формуле (3): Крс • (RT) ∆v

∆ν = ∑∆νпр- ∑νисх= [νNH3] – [ νN2+ νH2]= 2- [1+3] = -2моль

3,7•10-4 3,7•10-4

Кр = 3,7•10-4 • (8,314•673) -2 = ------------------- = ------------------- = 1,18•10-11

(8,314•673) 2 3,136•107

Ответ:Кс = 3,7•10-4 , Кр = 1,18•10-11

II.2 Примеры для самостоятельной работы:

1. Реакция происходит по уравнению: NH3(г)+ O2(г) ↔ N2(г)2О(г)

Равновесные концентрация реагирующих веществ составляют (в моль/л): NH3 - 0,4; O2 - 0,2; N2 - 0,4. Найти начальные концентрации исходных веществ, равновесную концентрацию Н2О (по N2), константы равновесия при температуре 3000С

2. Реакция происходит по уравнению: S02+O2 ↔ S03.

Начальная концентрация для реагентов составляет для S02 - 5 моль/л, для O2 - 7,5 моль/л. Найти константы равновесия реакции при 500°С, если к моменту наступления равновесия образуется 1,5 моль/л S03.

3. Уравнение реакции: CS2(ж) + O2(г) → CO2(г) + SO2(г)

Рассчитать константы равновесия реакции при 100°С, если равновесные концентрации реагирующих веществ составляют (в моль/л): O2 - 0,5; CO2 – 0,2; SO2 - 0,4. Найти начальные концентрации исходных веществ.

4.*Найти константы химического равновесия реакции:

HCℓ(г) + O2(г) ↔ H2O(г) + Cℓ2(г)

при стандартных условиях, используя значения их потенциалов ∆G°298, f

Оформление отчета:

Отчет должен содержать:

1. Тему и цель работы.

2. Основные расчетные формулы (1-4).

3. Примеры расчетных задач (1 и 2).

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

Практическое занятие №14

Принцип Ле-Шателье.

Цель работы:научиться применять принцип Ле-Шателье при описании обратимых реакций

Вопросы для подготовки к занятию:

- понятие обратимости химической реакции

- принцип Ле-Шателье – Брауна.

Ход работы

I. Теоретическая часть

Основные понятия и расчетные формулы.

Химическим равновесием называется состояние системы, при котором скорости обратного и прямого процессов одинаковы: ʋпрям. = ʋобр.

При изменении внешних условий или условий проведения реакции равновесие может нарушаться - сдвигаться, при этом одна из реакции начинает идти быстрее.

Если быстрее начинает идти прямая реакция, то равновесие сдвигается вправо(→), если быстрее идет обратная – влево(←). Сдвиг равновесия в сторону прямой реакции приводит к увеличения выхода продукта, обратный сдвиг – к его уменьшению.

Направление сдвига равновесия определяют по принципу Ле-Шателье:

Наши рекомендации