Химическое равновесие. Смещение химического равновесия

Содержание темы: Обратимые и необратимые процессы. Условия установления равновесия в сис­темах (кинетическое и термодинамическое). Признаки состояния химического равновесия. Количественная характеристика состояния химического равнове­сия, константа равновесия. Энергия Гиббса и константа равновесия. Динамический характер химического равновесия. Влияние концентрации ве­ществ, давления, температуры, катализатора на состояние равновесия. Сдвиг равновесия. Принцип Ле Шателье. Химическое равновесие в гетерогенных сис­темах.

Необходимые умения: записывать выражение константы равновесия для раз­личных систем. Использовать принцип Ле Шателье для определения направле­ния сдвига равновесия при изменении условий,

При протекании химической реакции концентрации исходных веществ уменьшаются; в соответствии с законом действия масс, это приводит к уменьшению скорости реакции. Если реакция обратима, т.е. может протекать как в прямом, так, и в обратном направлениях, то с течением времени скорость обратной реакции будет возрастать, так как увеличиваются концентрации продуктов реакции. Когда скорости прямой и обратной реакций становятся одинаковыми, наступает состояние химического равновесия и дальнейшего изменения концентраций участвующих в реакции веществ не происходит.

В случае обратимой химической реакции:

A + B ↔ C + D

зависимость скоростей прямой (υ_пр) и обратной (υ_обр) реакций от концентраций реагирующих веществ выражается соотношениями:

υ_пр = k[A][B]; υ_обр = k[C][D].

В состоянии химического равновесия υ_пр = υ_обр, т.е.:

υ_пр = k_пр[A][B]; υ_обр = k_обр[C][D].

Откуда:

k_{пр /} k_обр = [C][D] / [A][B] = К, (1)

где K - константа равновесия.

Концентрации, входящие в выражение константы равновесия, называются равновесными концентрациями. Константа равновесия - постоянная при данной температуре величина, выражающая соотношение между равновесными концентрациями продуктов реакции (числитель) и исходных веществ (знаменатель). Чем больше константа равновесия, тем "глубже" протекает прямая реакция, то есть тем больше выход ее продуктов.

В общем случае, для химической реакции, протекающей по схеме:

aA + bВ +...= cC + dD +....

справедливо выражение для константы равновесия:

K = [C]^c [D]^d / [A]^a [B]^b (2)

 

В выражение константы равновесия гетерогенной реакции, как и в выражение закона действия масс, входят только концентрации веществ, находящихся в жидкой или газообразной фазе, так как концентрации твердых веществ остаются, как правило, постоянными.

П р и м е р 1. В системе: А_(г) + 2B_(г) ↔ С_(г) равновесные концентрации равны (моль/л): [A] = 0,6; [B] = 1,2; [C] = 2,16. Определите константу равновесия реакции и исходные концентрации веществ A и B.

Решение: Константа равновесия этой реакции выражается уравнением:

K = [C] / [A][B]²

Подставляя в него данные из условия задачи, получаем:

K = 2,16 / 0,6 ^. 1,2² = 2,5

Для нахождения исходных концентраций веществ А и В учтем, что, согласно уравнению реакции, из 1 моля вещества А и 2 молей вещества В образуется 1 моль вещества С. Поскольку по условию задачи в каждом л системы образовалось 2,16 моля вещества С, то при этом было израсходовано 2,16 моля вещества А и 2,16 ^. 2 = 4,32 моля вещества В. Таким образом, искомые исходные концентрации равны:

[А]_исх. = 0,6 + 2,16 = 2,76 моль/л;

[B]_исх. = 1,2 + 4,32 = 5,52 моль/л

При изменении условий протекания реакции (температуры, давления, концентрации какого-либо из участвующих в реакции веществ) скорости прямого и обратного процессов изменяются неодинаково, и химическое равновесие нарушается. В результате преимущественного протекания реакции в одном из возможных направлений устанавливается состояние нового химического равновесия, отличающееся от исходного. Процесс перехода от одного равновесного состояния к новому равновесию называется смещением химического равновесия.

Направление этого смещения подчиняется принципу Ле-Шателье: если на систему, находящуюся в состоянии химического равновесия, оказать какое-либо воздействие, то равновесие сместится в таком направлении, что оказанное воздействие будет ослаблено.

Так, повышение температуры приводит к смещению равновесия в направлении реакции, сопровождающейся поглощением теплоты, т.е. охлаждением системы; повышение давления вызывает смещение равновесия в направлении уменьшения общего числа молей газообразных веществ, то есть в направлении, приводящем к понижению давления; удаление из системы одного из продуктов реакции ведет к смещению равновесия в сторону прямой реакции; уменьшение концентрации одного из исходных веществ приводит к смещению равновесия в направлении обратной реакции.

П р и м е р 2. В каком направлении сместится равновесие в системах:

а) CO_(г) + Cl_2(г) ↔ СOCl_2(г);

б) H_2(г) + I_2(г) ↔ 2HI_(г),

если при неизменной температуре увеличить давление путем уменьшения объема газовой смеси?

Решение:

а) протекание реакции в прямом направлении приводит к уменьшению общего числа молей газов, т.е. к уменьшению давления в системе. Поэтому, согласно принципу Ле-Шателье, повышение давления вызывает смещение равновесия в сторону прямой реакции.

б) протекание реакции не сопровождается изменением числа молей газов и не проводит, следовательно, к изменению давления. В этом случае изменение давления не вызывает смещения равновесия.

Задания СРС

Вариант 1

1. На основе закона Гесса решите задачу:

Даны следующие термохимические уравнения:

ZnSO_4(к) + 7H₂O_(ж) = ZnSO₄^.7H₂O_(к); DH⁰₁ = DH⁰_{(гидратации)} = -96,15 кДж.

ZnSO₄^.7H₂O_(к) + 493H₂O_(ж) = ZnSO_4(р-р); DH⁰₂ = DH⁰₍растворения₎ = +18,87 кДж.

По этим данным вычислите стандартную энтальпию растворения безводного сульфата цинка ZnSO_4(к).

2. Стандартная энтальпия горения жидкого бензола С₆Н_6(ж) равна 3037,46 кДж. Вычислите стандартную энтальптю образования жидкого бензола, используя приведенные ниже данные:

С₆Н_6(ж) + 15/2 О_2(г) = 6СО_2(г) + 3Н₂О_(г); DH⁰_р-ции = 3037,46 кДж

DH⁰_f (кДж/моль)? -393,51 -241,81

3. Не производя вычислений, определите знак изменения энтропии для реак­ции:

2N_2(г) + O_2(г) = 2N₂O_(г); DS° =?

S° [Дж/(моль^.К)] 191,50 205,04 219,83

Ответ подтвердите, вычислив по значениям абсолютных стандартных эн­тропий веществ, стандартное изменение энтропии реакции.

Может ли эта реакция протекать самопроизвольно в изолированной системе при стандартных условиях?

4. Реакция гидратационного твердения двухкальциевого силиката - минерала клинкера портландцемента выражается уравнением:

[2СаО^. SiO₂]_(к) + 1,17Н₂О_(ж) = [2СаО^.SiO₃^.1,17Н₂О]_(к);

DН°_f (кДж/моль) -2308,48 -285,84 -2665,84

DG°_f (кДж/моль) -2193,21 -237,24 -2480,75

Выполнив соответствующие расчеты, определите:

• протекает ли прямая реакция самопроизвольно при стандартных условиях;

• вычислите тепловой эффект реакции; укажите, экзотермична или эндотер­мична реакция.

5. Реакция 2NO_2(г) = N₂O_4(г) протекает при постоянной температуре. Во сколько раз увеличится ее ско­рость при повышении концентрации NO_2(г) в три раза?

6. При понижении температуры на 45 °С реакция замедлилась в 25 раз. Вычисли­те температурный коэффициент скорости реакции.

7. Даны системы:

а) NО_2(г) + SO_2(г) «NO_(г) + SO_3(г); DН⁰ = - 41,88 кДж;

б) 2РbS_(т) + 3О_2(г) «2РbО_(т) + 2SО_2(г); DН⁰ = - 828,20 кДж;

- напишите выражения констант равновесия данных систем;

- в какой из систем равновесие не сместится (почему?) при изменении давле­ния;

- в каком направлении сместится равновесие при изменении давления (ука­жите выбранное Вами изменение) во второй системе?

 

Вариант 2

1. На основе закона Гесса решите задачу:

Вычислите стандартную энтальпию реакции:

P₂O_5(к) + H₂О_2(ж) = 2НPO_3(ж); DH⁰_р-ции =?

если известны стандартные энтальпии следующих реакций:

2Р_(к) + ⁵/₂ 0_2(г) = Р₂0_5(к); DН⁰₁ = -1507,2 кДж

2Р_(к) + 30_2(г) + Н_2(г) = 2НР0_3(ж); DН°₂ = -1964,8 кДж

Н_2(г) +1/20_2(г) = Н₂0_(ж); DН°з = -285,83 кДж

2. Вычислите стандартную энтальпию образования аммиака NН_3(г), используя приведенные ниже данные:

NН_3(г) + 3/2О_2(г) = N_2(г) + 3H₂O_(ж); DH⁰_р-ции = -765,61 кДж

DH⁰_f (кДж/моль)? -285,83

3. Не производя вычислений, определите знак изменения энтропии для реак­ции:

Fе₂O_3(к) + ЗН_2(г) = 2Fе_(к) + ЗН₂О_(г); DS° =?

S° [Дж/(моль^.К)] 87,45 130,52 27,15 188,72

Ответ подтвердите, вычислив по значениям абсолютных стандартных эн­тропий веществ, стандартное изменение энтропии реакции.

Может ли эта реакция протекать самопроизвольно в изолированной системе при стандартных условиях?

4. Дана реакция образования двухкальциевого силиката - в процессе производ­ства портландцемента:

2СaCO_3(к) + SiO_{2(к) =} [2СаО^.SiO₂]_(к) + 2 CO_2(г)

АН°_f (кДж/моль) -1206 -911,1 -2308,5 -393,51

DG°_f (кДж/моль) -1228,76 -856,67 -2193,21 -394,37

Выполнив соответствующие расчеты, определите:

• протекает ли прямая реакция самопроизвольно при стандартных условиях;

• экзотермична или эндотермична данная реакция по тепловому эффекту.

5. Реакция 4Сг_(к) + 3O_2(г) = 2Сг₂O_3(к) протекает при постоянной температуре. Во сколько раз повышена концентрация кислорода, если ее скорость возросла в 81 раз?

6. Температурный коэффициент скорости реакции растворения железа в 5% соляной кислоте равен 2,8. Во сколько раз увеличится скорость этой реакции при повышении температуры на 30 °С?

7. Даны системы:

а) 2Н_2(г) + СО_(г) «СН₃ ОН_(г); DН⁰ = - 90,47 кДж;

б) 2ZnS_(т)+ 3О_2(г) «2ZnО_(т) + 2SО_2(г); DН⁰ = - 879,64 кДж;

- напишите выражения констант равновесия данных систем;

- как будет смещаться равновесие в данных системах, если: 1)понизить давление; 2) повысить температуру; 3) в системе (а) увеличить концентрацию водорода?

 

Вариант 3

1. На основе закона Гесса решите задачу:

Даны следующие термохимические уравнения:

2Мg_(к) + О_2(г) = 2Мg0_(к); DН⁰₁ = -601,49 кДж

С_{(графит)} + О_2(г) = С0_2(г); DН°₂ = -393.51 кДж

МgСО_3(к) = Мg0_(к) + С0_2(г); DН°₃ = +100,86 кДж

Исходя из приведенных термохимических уравнений, вычислите стандартную энтальпию образования кристаллического карбоната магния.

2.Реакция выражается следующим термохимическим уравнением:

4Fе(ОН)_2(к) + О_2(г) + 2Н₂0_(ж) = 4Fе(ОН)_3(к); DН⁰ _р-ции =?

DН⁰_f (кДж/моль) -561,7 -285,83 -824,25

Вычислите стандартную энтальпию (тепловой эффект) данной реакции, используя приведенные выше данные.

3. Не производя вычислений, определите знак изменения энтропии для реак­ции:

2Н₂S_(г) + 3O_2(г) = 2Н₂O_(ж) + 2SO_2(г); DS° =?

S° [Дж/(моль^.К)] 205,70 205,04 69,95 248,07

Ответ подтвердите, вычислив по значениям абсолютных стандартных энтро­пий веществ, стандартное изменение энтропии реакции.

Может ли эта реакция протекать самопроизвольно в изолированной системе при стандартных условиях?

4. Приведена реакция образования трехкальциевого алюмината - минерала клинкера портландцемента:

ЗСаО_(к) + А1₂0_3(к) = [ЗСаО^.А1₂O₃]_(к).

DН°_f (кДж/моль) -635,5 -1676 -3595,1

DG°_f (кДж/моль) -604,2 -1582 -3417,19

Выполнив соответствующие расчеты, определите:

• протекает ли прямая реакция самопроизвольно при стандартных условиях;

• экзотермична или эндотермична данная реакция по тепловому эффекту.

5. Реакция 2NO_(г) + О_2(г) = 2NО_2(г) протекает при постоянной температуре. Как и во сколько раз изменится ее скорость, если давление в системе повысить в 2,5 раза?

6. При повышении температуры на 50 °C скорость некоторой реакции увеличи­лась в 1200 раз. Чему равен температурный коэффициент скорости этой ре­акции?

7. Даны системы:

а) 2РbS_(т) +3О_2(г) «2РbО_2(т) + 2SО_2(г); DН⁰ = - 237,72 кДж;

б) 3Fе_(к) + 4Н₂О_(г) «Fе₃0_4(к) + 4Н_2(г); DН⁰ = -149,89 кДж;

- напишите выражения констант равновесия данных систем;

- в какой из систем при изменении давле­ния равновесие не сместится, почему?

 

Вариант 4

1. На основе закона Гесса решите задачу:

Даны термохимические уравнения:

Fе_(к) + ¹/₂0_2(г) = FеО_(к); DН⁰₁ = -264,85 кДж

2Fе_(к) + ³/₂0_2(г) = Fе₂0з_(к); DН°₂ = -822,16 кДж.

Вычислите стандартную энтальпию реакции:

2FеО_(к) + ¹/₂О₂₍г) = Fe₂O_3(к); DН⁰_р-ции =?

2. В промышленности для производства негашеной извести используется реак­ция разложения известняка:

СаСОз_(к) = СаО_(к) + СО_2(г); АН°_р-ции =?

DН°_f (кДж/моль) -1206,83 -635,09 -393,51

Вычислите стандартный тепловой эффект (энтальпию) этой реакции и укажите, какая эта реакция – экзо-, или эндотермическая.

3. Не производя вычислений, определите знак изменения энтропии для данной реакции:

Н₂О_(г) = Н₂О_(ж); DS⁰ =?

S° [Дж/(моль^.К)] 188,72 69,95

Ответ подтвердите, вычислив по значениям абсолютных стандартных эн­тропий веществ, стандартное изменение энтропии реакции. Может ли эта реакция протекать самопроизвольно в изолированной системе при стандартных условиях?

4. Реакция гидратационного твердения трехкальциевого алюмитната (минерала клинкера портландцемента) выражается уравнением:

[ЗСаО^.А1₂О]_3(к) + 6Н₂О_(ж) = [ЗСаО^.А1₂О₃^.6Н₂О]_(к)

DН°_f (кДж/моль) -3556,40 -285,84 -5510,33

DG⁰_f (кДж/моль) -3376,49 -237,24 -4966,71

Выполнив соответствующие расчеты, определите:

• протекает ли прямая реакция самопроизвольно при стандартных условиях;

• экзотермична или эндотермична данная реакция по тепловому эффекту.

5. Реакция 4НС1_(г) + О_2(г) = 2С1_2(г) + 2Н₂О_(г) протекает при постоян­ной температуре. Как и во сколько раз необходимо изменить концентрацию НСl_(г), чтобы скорость ее возросла в десять раз?

6. При повышении температуры на 30 °С скорость некоторой реакции увеличи­лась в 4,5 раза. Чему равен температурный коэффициент этой реакции?

7. Даны системы:

а) СО_2(г) + 2SO_3(г) «СS_2(г) + 4О_2(г); DН⁰ = +1301,91 кДж;

б) Fе₂0_3(к) + 3Н_2(г) «2Fе_(к) + 3Н₂О_(г); DН⁰ = + 96,73 кДж;

- напишите выражения констант равновесия данных систем;

- в какой из систем равновесие не сместится (почему?) при изменении давле­ния;

- в каком направлении сместится равновесие при изменении давления (ука­жите выбранное Вами изменение) во второй системе?

 

Вариант 5

1. На основе закона Гесса решите задачу:

Исходя из следующих термохимических уравнеий:

КС10з_(к) = КС1_(к) + ³/₂0_2(г); DН⁰₁ = -45,48 кДж

КС10_4(к)= КС1_(к) + 20_2(г); DН°₂ = -6,56 кДж

Вычислите стандартную энтальпию реакции

4КСlOз_(к) = ЗКСlO_4(к) + КС1_(к); DН°_Р-ЦИИ =?

2.Вычислите стандартный тепловой эффект (энтальпию) реакции обжига гип­сового камня, используемой для производства строительного гипса:

СаS0₄ ^. 2Н₂О_(к) = bСаS0₄^.1/2Н₂О_(к) + ³/₂Н₂0_(г); DН°_Р-ЦИИ =?

DН°_f (кДж/моль) -2021,1 -1573 241,81

3. Не производя вычислений, определите знак изменения энтропии для данной реакции:

2Аg_(к) + 1/2O_2(г) = Аg₂O_(к); DS° =?

S° [Дж/(моль^.К)] 42,55 205,04 121,75

Ответ подтвердите, вычислив по значениям абсолютных стандартных энтропий веществ, стандартное изменение энтропии реакции.

Может ли эта реакция протекать самопроизвольно в изолированной системе при стандартных условиях?

4. Дана реакция гидратационного твердения трехкальциевого силиката (ми­нерала клинкера портландцемента):

[ЗСаО^.SiO₂]_(к) + 2,17Н₂О_(г) = [2СаО^.SiO₂^.1,17Н₂О]_(к)+Са(ОН)_2(к),

DН°_f (кДж/моль) -2968,3 -285,84 -2682,42 -986,2

DG°_f (кДж/моль) -2784,3 -237,24 -2451,64 -896,8

Выполнив соответствующие расчеты, определите:

• протекает ли прямая реакция самопроизвольно при стандартных условиях;

• экзотермична или эндотермична данная реакция по тепловому эффекту.

5. Реакция С _{(графит)} + 2Н_2(г) ⁼ СН_4{г) протекает при постоянной температуре. Как и во сколько раз изменится ее скорость, если концентрацию водорода уменьшить в три раза?

6. Температурный коэффициент скорости некоторой реакции равен 3,0. На сколько градусов следует повысить температуру, чтобы скорость ее увели­чилась в 100 раз?

7. Даны системы:

а) 2N0_2(г) «N₂O_4(г); DН⁰ = - 57,21 кДж;

б) FеО_(к) + H_2(г) «Fе_(к) + Н₂0_(г); DН⁰ = + 23,04 кДж;

- напишите выражения констант равновесия данных систем;

- при каких изменениях: 1)температуры, 2)давления, 3) концентрации исходных веществ равновесия в приведенных выше системах сместятся вправо? Дайте мотивиро­ванный ответ.

Вариант 6

1. На основе закона Гесса решите задачу:

Вычислите стандартную энтальпию образования оксида меди (II), если известны стандартные энтальпии следующих реакций:

СuО_(к) + Н_2(г) = Сu_(к) + Н₂О_(г); DН⁰₁ = -79,81 кДж

Н_2(г) + ¹/₂0_2(г) = Н₂О_(г); DН°₂ = -241,81 кДж.

2. Вычислите стандартную энтальпию реакции карбонизации извести, которая сопровождает процесс твердения извести:

Са(ОН)_2(к) + С0_2(г) = СаС0_3(к); DН°_Р-ЦИИ =?

DН°_f (кДж/моль) -985,12 -393,51 -1206,83

3. Не производя вычислений, определите знак изменения энтропии для данной реакции:

2O_3(г) = 3O_2(г); DS° =?

S° [Дж/(моль^.К)] 238,82 205,04

Ответ подтвердите, вычислив по значениям абсолютных стандартных энтропий веществ, стандартное изменение энтропии реакции.

Может ли эта реакция протекать самопроизвольно в изолированной системе при стандартных условиях?

4. Ниже приведена реакция образования трехкальциевого силиката (минерала клинкера портландцемента):

Выполнив соответствующие расчеты, определите:

• протекает ли прямая реакция самопроизвольно при стандартных услови­ях;

• тепловой эффект реакции:

[2СаО^.SiO₂]_(к) + СаО_(к) = [ЗСаО^.SiO₂]_(к);

DН⁰_f (кДж/моль) -2308,5 -635,5 -2968,3

DG⁰_f (кДж/моль) -2193,2 -604,2 -2784,3

5. Реакция 4Р_(к) + 5O_2(г) = 2Р₂О_5(к) протекает при постоянной температуре. Во сколько раз нужно повысить давление в системе, чтобы скорость ее увеличилось в 243 раза?

6. Вычислите температурный коэффициент скорости реакции, если константа скорости ее при 120 °С равна 5,88^.10^-4 с^-1, а при 170 °С - 6,72^.10-2 с^-1.

7. Даны системы:

а) СН_4(г) + 2О_2(г) «СО_2(г) + 2Н₂О_(ж); DН⁰ = - 496,8 1 кДж;

б) FеО_(к) + Н_2(г) «Fе_(к) + Н₂О_(г); DН⁰ = + 23,04 кДж;

- напишите выражения констант равновесия данных систем;

- при каких изменениях: 1)температуры; 2)давления

равновесия в приведенных выше системах сместятся вправо? Дайте мотивиро­ванный ответ.

Вариант 7

1. На основе закона Гесса решите задачу:

Даны термохимические уравнения:

4NН_3(г) + ЗО_2(г) = 2N_2(г) + 6Н₂О_(ж); DН⁰; = -1531,22 кДж

4NН_3(г) + 5О_2(г) = 4NО_(г) + 6Н₂О_(ж); DН°₂ = -1166,18 кДж.

Вычислите стандартную энтальпию образования оксида азота (II), NО_(г).

2.По стандартным энтальпиям образования веществ, приведенным ниже, вы­числите стандартную энтальпию реакции твердения строительного гипса:

bСаS0₄^.1/2Н₂О_(к) + ³/₂Н₂0_(г) = СаS0₄^.2Н₂О_(к) ; DН°_Р-ЦИИ =?

DН°_f (кДж/моль) -1573 -241,81 -20 2 1,1

3. Не производя вычислений, определите знак изменения энтропии для данной реакции:

2SО_2(г) + О_2(г) ⁼ 2SO_3(г); DS° =?

S° [Дж/(моль^.К)] 248,07 205,04 256,69

Ответ подтвердите, вычислив по значениям абсолютных стандартных энтропий веществ, стандартное изменение энтропии реакции. Может ли эта реакция протекать самопроизвольно в изолированной системе при стандартных условиях?

4. Для приведенной ниже реакции, определите:

• протекает ли прямая реакция самопроизвольно при стандартных условиях;

• вычислите тепловой эффект реакции; укажите, экзотермична или эндотермична прямая реакция.

Реакция образования трехкальциевого алюмитната (минерала клинкера портландцемента):

2СаО_(к) + [СаО^.А1₂О₃]_(к) = [ЗСаО^.А1₂О₃]_(к)

DН°_f (кДж/моль) -635,5 -2321,3 -3556,4

DG°_f (кДж/моль) -604,2 -2202,0 -3376,5

5. Реакция Fе₂O_3(к) + ЗН_2(г) = 2Fе_(к) + ЗН₂О_(г) протекает при постоянной температуре. Как и во сколько раз изменится ее скорость, если давление водорода повысить в два раза?

6. Константа скорости некоторой реакции при 20 °С равна 3^.10^-2 с^-1, а при 50 °С – 4^.10^-1 с^-1. Вычислите температурный коэффициент скорости этой реакции.

7. Даны системы:

а) 4NH_3(г) + 3O_2(г) «2N_2(г) + 6Н₂О_(г); DН⁰ = - 1267,10 кДж;

б) Р_(т) + O_2(г) «Р₂0_5(т); DН⁰ = - 1 507,2 кДж;

- напишите выражения констант равновесия данных систем.

- при каких изменениях концентрации кислорода равновесия в приведенных выше системах сместятся вправо? Дайте мотивированный ответ.

 

Вариант 8

1. На основе закона Гесса решите задачу:

Даны термохимические уравнения:

Са_(к) + ¹/₂0_2{г) = СаО_(к); DН⁰₁ = -635,09 кДж

Са_(к)+ 0_2(г) + Н_2(г) = Са(ОН)_2(к); DН°₂ = -985,12 кДж

Н_2(г) + '/₂ 0_2(г) = Н₂0_(ж); DН°₃ = -285,83 кДж.

Вычислите стандартную энтальпию реакции гашения извести водой:

СаО_(к) + Н₂0_(ж) = Са(ОН)_2(к); DН⁰_р-ции =?

2. Стандартная энтальпия (тепловой эффект) данной ниже реакции равен +229 кДж:

2СаС0_3(к) + SiO_2(к)= [2СаО^.SiO_2(к)] + 2СО_2(г); DН°_р-ции = +229 кДж

АН⁰_f -1206,83 -910,94? -393,51 (кДж/моль)

Вычислите стандартную энтальпию образования двухкальциевого сили­ката [2СаО ^. SiO_2(К)] - минерала клинкера портландцемента.

3. Не производя вычислений, определите знак изменения энтропии для данной реакции:

2NО_(г) + О_2(г) = 2NO_2(г); DS° =?

S° [Дж/(моль^.К)] 210,64 205,04 240,06

Ответ подтвердите, вычислив по значениям абсолютных стандартных эн­тропий веществ, стандартное изменение энтропии реакции. Может ли эта реакция протекать самопроизвольно в изолированной системе при стандартных условиях?

4. Для приведенной ниже реакции, определите:

• протекает ли прямая реакция самопроизвольно при стандартных условиях;

• температуру, выше которой равновесие в системе смещено вправо при стан­дартном давлении:

Реакция образования моносиликата кальция:

СаСO_3(к) + SiO_2(к) = СаSiO_3(к) + СО_2(г);

DН°_f (кДж/моль) -1206,9 -910,94 -1584,1 -393,51

S° [Дж/(моль^.К)] 91,71 41,84 81,98 213,66

DG°_f (кДж/моль) -1128,35 -856,67 -1550,8 -394,37

5. Реакция С₂Н_2(г) + ЗН_2(г) = 2СН_4(г) протекает при постоянной температуре. Как и во сколько раз изменится ее скорость, если концентрацию водорода уменьшить в два раза?

6. Температурный коэффициент скорости некоторой реакции равен 1,5. На сколько градусов следует повысить температуру, чтобы скорость ее увели­чилась в 20 раз?

7. Даны системы:

а) 2Fе_(к) +3Н₂0₍₎ «Fе₂О₃₍₎ + 3Н_2(г); DН⁰ = - 96,73 кДж;

б) N_2(г) +О₂₍₎«2NО₍₎; DН⁰ = + 182,52 кДж;

- напишите выражения констант равновесия данных систем;

- какие факторы и как следует изменить, чтобы сместить равновесия в системе а) - влево, а в системе б) - вправо?

Вариант 9

1. На основе закона Гесса решите задачу:

Даны термохимические уравнения растворения и гидратации безводного сульфата меди:

СuS0_4(к) + 400Н₂0_(ж) = СuSО_4(р._р); DН⁰₁ = -68,37 кДж;

СuS0_4(к) + 5Н₂0_(ж) - СиS0₄ ^. 5Н₂0_(к); DН°₂ = -78,87 кДж;

Вычислите энтальпию растворения кристаллогидрата сульфата меди:

СиS0₄ ^. 5Н₂0_(к) + 395Н₂О_(ж) = СиSО_4(р._р); DН⁰ _{растворения} =?

2. По стандартным энтальпиям образования веществ вычислите энтальпию ре­акции:

3СаО_(к) + А1₂0_3(к) = [ЗСаО^.А1₂0_3(к)]; DН°_р-ции =?

DН°f (кДж/моль) -635,09 -1675,69 -3556,4

[ЗСаО^.А1₂О₃] — трехкальциевый силикат, один из минералов клинкера порт­ландцемента.

3. Не производя вычислений, определите знак изменения энтропии для данной

реакции:

2СН_4(г) = С₂Н_2(г) + ЗН_2(г); DS° =?

S° [Дж/(моль^.К)] 186,27 200,82 130,52

Ответ подтвердите, вычислив по значениям абсолютных стандартных энтро­пий веществ, стандартное изменение энтропии реакции.

Может ли эта реакция протекать самопроизвольно в изолированной системе при стандартных условиях?

4. Для данной ниже реакции определите:

• протекает ли прямая реакция самопроизвольно при стандартных условиях;

• температуру, выше которой равновесие в системе смещено вправо при стан­дартном давлении.

Реакция производства полуводного гипса (алебастра):

[СаSO₄^.2Н₂O]_(к) = [СаSО₄^.1/₂Н₂O]_(к) + ³/₂Н₂О_(г)

DG°_f (кДж/моль) -1795,7 -1439,2 -228,6

DН°f (кДж/моль) -2023,98 -1577,8 -241,81

S° [Дж/(моль^.К)] 194,3 130,6 188,72

5. Реакция протекает по уравнению:

4NH_3(г) + 5O_2(г) = 2NО_(г) + 6Н₂О_(г).

Как и во сколько раз изменится ее скорость, если уменьшить объем системы в 2 раза?

6. При повышении температуры на 40 °С скорость реакции увеличилась в 256 раз. Вычислите температурный коэффициент скорости этой реакции.

7. Даны системы:

а) 2NО_(г) + O_2(г) «2NО_2(г); DН° = - 114, 14 кДж;

б) ВаО_(т) + СО_2(г) «ВаСО_3(г); DН⁰ = - 263,80 кДж;

- напишите выражения констант равновесия данных систем;

- как повлияет на состояние равновесия данных систем: 1) понижение давления; 2) повышение температуры.

Вариант 10

1. На основе закона Гесса решите задачу:

Даны термохимические уравнения:

Nа₂СОз_(к) + SiO_2(к) = Nа₂SiO_3(к) + С0_2(г); DН⁰₁ = +819,29 кДж;

Nа₂0_(к) + SiO_2(к) = Nа₂SiO_3(к); DН°₂ = -243,5 кДж;

Вычислите стандартную энтальпию реакции разложения карбоната натрия на оксид натрия и диоксид углерода: Nа₂СОз_(к) = Nа₂O_(к) + С0_2(г); DН⁰_р-ции =?

2. По стандартным энтальпиям образования веществ вычислите стандартную

энтальпию реакции: 4NH_3(г) + 5O_2(г) =4NO_(г) + 6H₂O_(г); DH⁰_р-ции =?

DН°_f (кДж/моль) -45.94 +91,26 -241,81

3. Не производя вычислений, определите знак изменения энтропии для данной реакции:

2С_{(графит)} + 0_2(г) = 2СО_(г); DS° =?

S° [Дж/(моль^.К)] 5,74 205,04 197,55

Ответ подтвердите, вычислив по значениям абсолютных стандартных энтропий веществ, стандартное изменение энтропии реакции. Может ли эта реакция протекать самопроизвольно в изолированной системе при стандартных условиях?

4. Для приведенной ниже реакции, определите:

• протекает ли прямая реакция самопроизвольно при стандартных условиях;

• температуру, выше которой равновесие в системе смещено вправо при стан­дартном давлении. Реакция производства магнезиального вяжущего вещества:

МgСO_3(г) «МgO_(к) + СO_2(г);

DН°_f (кДж/моль) -1113 -601,8 -393,5

S° [Дж/(моль^.К)] 65,7 26,9 213,7

DG°f (кДж/моль) -1029 -569,6 -394,6

5. Реакция 2С_{(графит)} + О_2(г)=2СО_(г) протекает при постоянной температуре. Как и во сколько раз изменится ее скорость, если повысить концентрацию ки­слорода в три раза?

6. Температурный коэффициент скорости некоторой реакции равен 2. На сколько

градусов следует повысить температуру, чтобы скорость ее возросла в 8 раз.

7. Даны системы:

а) 4НС1_(г) +О_2(г) «2Н₂О_(г) + 2С1_2(г); DН⁰ = - 1 14,38 кДж;

б) 2ZnS_(к)+3О_2(г) «2ZnО_(к) +2SО_2(г); DН⁰ = +102,42 кДж;

- напишите выражения констант равновесия данных систем;

- в какую сторону смещаются равновесия в системах а) и б) при:

1) повышении давления? 2)при понижении температуры? Ответы поясните.

Вариант 11

1. На основе закона Гесса решите задачу:

Вычислите стандартную энтальпию перехода графита в алмаз:

С_{(графит)} + О_2(г) = СО_2(г); DН⁰₁ = -393,51 кДж;

С_(алмаз) + О_2(г) = СО_2(г); DН°₂ = -395,34 кДж;

2. По стандартным энтальпиям образования веществ вычислите стандартную

энтальпию реакции:

Fе₃O_4(к) + СO_(г) = ЗFеО_(к) + СO_2(г); DН°_р._ции ⁼?

DН°_f (кДж/моль) -1117,13 -110,53 -264,85 -393,51

3. Не производя вычислений, определите знак изменения энтропии для реак­ции:

2Мg_(к) + O_2(г) = 2МgO_(к); DS° =?

S° [Дж/(моль^.К)] 32,68 205,04 27,07

Ответ подтвердите, вычислив по значениям абсолютных стандартных эн­тропий веществ, стандартное изменение энтропии реакции.

Может ли эта реакция протекать самопроизвольно в изолированной системе при стандартных условиях?

4. Для приведенной ниже реакции определите:

• протекает ли прямая реакция самопроизвольно при стандартных условиях;

• температуру, выше которой равновесие в системе смещено вправо при стан­дартном давлении:

4А1_(к) + ЗС0_2(г) =2А1₂0_3(к) + ЗС_(к);

DG°_f (кДж/моль) -394,6 -1583,3

Устойчив ли алюминий в атмосфере углекислого газа?

5. Реакция Fе₃О_4(к) + 4СО_(г) = 3Fе_(к) + 4СО_2(г) протекает при постоянной тем­пературе. Как и во сколько раз изменится ее скорость, если давление в сис­теме повысить в три раза?

6. Температурный коэффициент скорости некоторой реакции равен 3. Во сколько раз увеличится ее скорость при повышении температуры на 30 гра­дусов?

7. Даны системы:

а) 2Н₂S_(г) + 3O_2(г) ↔ 2Н₂О_(ж) + 2SО_2(г); DН⁰ = - 1124,26 кДж;

б) С_{(графит)} + СО_2(г) ↔ 2СО_(г); DН⁰ = + 172,45 кДж;

- напишите выражения констант равновесия данных систем;

- какие факторы и как следует изменить, чтобы сместить равновесия в данных системах влево. Дайте мотивированный ответ.

Вариант 12

1. На основе закона Гесса решите задачу:

Исходя из следующих термохимических уравнений, вычислите стандартную энтальпию образования пентахлорида фосфора РС1_5(г):

Р_(к) + 3/2С1_2(г) = РС1_3(г); DН⁰₁ = -287,02 кДж;

РС1_3(г) + Cl_2(г) = PCl_5(г) DН°₂ = -87,87 кДж;

2.Вычислите стандартную энтальпию образования ортофосфата кальция, ис­пользуя приведенные ниже данные:

ЗСаО_(к)+ Р₂0_5(к) = Са₃(Р0₄)_2(к); DН°_р-ции = -708,35 кДж;

DН°_f (кДж/моль) -635,09 -1507,2?

3. Не производя вычислений, определите знак изменения энтропии для реак­ции. Ответ подтвердите, вычислив по значениям абсолютных стандартных энтропий веществ, стандартное изменение энтропии реакции:

3H_2(г) + N_2(г) = 2NH_3(г), DS⁰_х.р. -?

S° [Дж/(моль^.К)] 130,52 191,50 192,66

Может ли эта реакция протекать самопроизвольно в изолированной системе при стандартных условиях?

4. Для приведенной ниже реакции, определите:

• протекает ли прямая реакция самопроизвольно при стандартных условиях;

• температуру, выше которой равновесие в системе смещено вправо при стан­дартном давлении: Реакция производства воздушной извести (известь строительная):

СаСО_3(к) = СаО_(к) + СО_2(г);

DH^с_f (кДж/моль) -1207,0 -635,5 -393,5

S° (Дж/(моль^.К)] 88,7 39,7 213,7

DG°_f (кДж/моль) -1128,35 -603,46 -394,37

5. Реакция 4NН_3(г) + ЗО_2(г) = 2N_2(г) + 6Н₂О_(г) протекает при постоянной температуре. Как и во сколько раз изменится ее скорость, если давление в системе повысить два раза?

6. Температурный коэффициент скорости некоторой реакции равен 1,5. На сколько градусов следует повысить температуру, чтобы скорость ее увели­чилась в 20 раз?

7. Даны системы:

а) 2SО_2(г) +O_2(г) ↔ 2SO_3(г); DН⁰ = - 1 97,90 кДж;

б) Fе₂О_3(к) + СО_(г) ↔ 2FеО_(к) + СО_2(г); DН⁰ = + 292,46 кДж;

- напишите выражения констант равновесия данных систем;

- какие факторы и как следует изменить, чтобы сместить равновесия в данных системах право. Дайте мотивированный ответ.