Контрольная работа по "Химии". 35

Задача 1.

1. Рассчитать количество  теплоты, необходимое для нагревания 1 моль вещества А от 298 К до  температуры Т при постоянном  давлении р = 101325 Па (1 атм).

2. Записать уравнение  реакции образования 1 моль химического  соединения А из простых веществ. Определить стандартный тепловой эффект этой реакции при температуре Т. Указать, эндотермически  или экзотермически образуется данное соединение.

3. Определить тепловой  эффект реакции образования вещества А из простых веществ, если реакция проводится при постоянном объеме (V = const) и при температуре 298 К.

Вариант	Вещество А	Т, К
21	Р2О5, тв	545

 

Решение:

1. Количество теплоты,  необходимое для нагревания 1 моль  вещества А от 298 К до температуры  Т при постоянном давлении  р = 101325 Па (1 атм) найдем по уравнению:

Q⁰_р = ΔН⁰_{Т1 – Т2} = Н⁰_Т2 - Н⁰_Т1 = с⁰_р,298 (Т₂ – Т₁),

где с⁰_р,298 – стандартная молярная изобарная теплоемкость, Дж∙моль^-1∙К^-1, т.е. теплоемкость 1 моль вещества при стандартных условиях (р = р⁰ = 1 атм) и температуре 298 К;

Н⁰_Т1 , Н⁰_Т2 – стандартная энтальпия при температурах Т₁ и Т₂, кДж/моль.

Для Р₂О_{5, тв} с⁰_р,298 = 41,8 Дж∙моль^-1∙К^-1;

Т₁  = 298 К; Т₂ = 545 К.

 Найдем количество  теплоты:

Q⁰_р = с⁰_р,298 (Т₂ – Т₁) = 41,8 Дж∙моль^-1∙К^-1 (545К – 298К) = 10324,6 Дж/моль.

 

Ответ: Q⁰_р = 10324,6Дж/моль.

 

2. Уравнение реакции образования  1 моль Р₂О_{5, тв} из простых веществ:

2Р_{кр, тв.} + 2 ½ О_{2, газ} = Р₂О_{5, тв}

Стандартный тепловой эффект реакции при температуре 298 К найдем, используя следствие из закона Гесса: тепловой эффект реакции равен сумме теплот образования продуктов реакции за вычетом суммы теплот образования исходных веществ с учетом стехиометрических коэффициентов (n):

 

где ΔН⁰ _{f, 298} – стандартная теплота образования химического соединения из простых веществ, кДж∙моль^-1; ν – количества веществ, соответствующие стехиометрическим коэффициентам участников реакции ( индекс j соответствует продуктам реакции, индекс i – исходным реагентам), моль. 

Зависимость теплового эффекта  от температуры выражается уравнением Кирхгофа:

ΔНº_Т = ΔНº₂₉₈ + Δсº_{Р ,298}(Т – 298),

где  Δсº_{Р ,298} – изменение молярной изобарной теплоемкости в ходе химической реакции.

 

cº_{Р, i}, cº_Р,j - изобарные мольные теплоемкости конечных и исходных веществ, измеренные при стандартных условиях, Дж/моль∙К.

Вещество	Ркр, тв.	О2, газ	Р2О5, тв
∆Н0f, 298, кДж∙ моль-1	-17,45	0	- 1507,2
с0р,298, Дж∙моль-1∙К-1	21,39	29,37	41,8

 

Согласно первому следствию  из закона Гесса, тепловой эффект реакции  равен:

ΔНº₂₉₈ = ΔН⁰ _{f, 298,} Р₂О_{5, тв} - 2ΔН⁰ _{f, 298,}Р_{кр, тв.}= 1моль∙(- 1507,2) кДж∙ моль^-1 -    

- 2 моль∙(-17,45) кДж∙ моль^-1= - 1472,3 кДж.

Вычислим с⁰_р,298 по уравнению:

Δс⁰_р,298 = с⁰_р,298, Р₂О_{5, тв} - ( 2  с⁰_р,298, Р_{кр, тв.}+ 2 ½ с⁰_р,298, О_2,газ) =

= 1моль∙41,8 Дж∙моль^-1∙К^-1 – ( 2 моль∙21,39Дж∙моль^-1∙К^-1+

  + 2 ½ моль∙29,37Дж∙моль^-1∙К^-1) =  -74,405 Дж∙К^-1.

Тепловой эффект реакции  при температуре 545 К равен:

ΔНº₅₄₅ = ΔНº₂₉₈ + Δсº_{Р 298}(545– 298) = - 1472300 Дж + (-74,405 Дж∙К^-1)∙247К =

= - 1490678 Дж = - 1490,678 кДж.

 

Ответ: ΔНº₅₄₅  = - 1490,678 кДж.

 

3. Тепловой эффект реакции образования вещества А из простых веществ, если реакция при постоянном объеме (V = const) и при температуре 298 К вычислим по формуле:

Q_V = Q_p – ΔνRТ, где

Δν – изменение числа молей газообразных участников реакции в результате одного пробега реакции;

R – универсальная газовая постоянная, равная 8,314 Дж∙моль^-1∙К^-1;

Т – температура при которой находятся исходные реагенты  и продукты реакции, К;

Q_p и Q_V – тепловой эффект химической реакции при постоянном давлении и объеме соответственно, Дж или кДж.

Вычислим изменение числа  молей газообразных участников реакции:

2Р_{кр, тв.} + 2 ½ О_{2, газ} = Р₂О_{5, тв}

Δν = 1 моль – 2 моль – 2 ½ моль = - 3,5 моль;

 

Вычислим тепловой эффект реакции образования Р₂О_{5, тв} из простых веществ, если реакция при постоянном объеме (V = const) и при температуре 298 К:

Q_V = Q_p – ΔνRТ = - 1472300  Дж – (-3,5 моль)∙8,314Дж∙моль^-1∙К^-1∙ 298К =

=  -1480971,5 Дж   =  -1480,972 кДж  

 

Так как Q_V  и  Q_p < 0, то образование 1 моль Р₂О_{5, тв} происходит экзотермически.

 

Ответ:  Q_V = - 1480,972 кДж.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Задача 2

1. Вычислить стандартный тепловой  эффект химической реакции при стандартной температуре, используя: а) стандартные теплоты образования химических соединений из простых веществ; б) стандартные теплоты сгорания химических соединений. Сравнить полученные результаты.

2. Рассчитать стандартный тепловой  эффект реакции при температуре Т. При расчетах принять, что теплоемкости веществ не зависят от температуры и по величине равны стандартным молярным изобарным теплоемкостям с⁰_{р, 298}.

Вариант	Реакция	Т, К
23	С2Н5ОНгаз = С2Н4, газ + Н2Ож	750

Решение:

1. а) Вычислим стандартный тепловой эффект химической реакции при стандартной температуре, используя стандартные теплоты образования химических соединений из простых веществ.

Запишем уравнение реакции, используя  простые вещества:

Вещество	С2Н5ОНгаз	С2Н4, газ	Н2Ож
∆Н0f, 298, кДж∙ моль-1	- 234,80	52,30	-285,83
∆Н0сгор, 298, кДж∙ моль-1	-1412,86	-1410,97	0

Согласно первому следствию  из закона Гесса, тепловой эффект реакции 

равен:

ΔНº₂₉₈ = (1∙ΔН⁰ _{f, 298,} С₂Н_4,газ + 1∙ΔН⁰ _{f, 298,}Н₂О,_ж) – ΔН⁰ _{f, 298,}С₂Н₅ОН_газ = (1 моль∙ 52,30 кДж∙ моль^-1 + 1 моль∙(-285,83) кДж∙ моль^-1) - 1моль∙ (- 234,80) кДж∙ моль^-1 =

= 1,27  кДж.

б) Вычислим стандартный тепловой эффект химической реакции при стандартной температуре, используя стандартные теплоты сгорания химических соединений.

Согласно второму  следствию  из закона Гесса, тепловой эффект реакции  равен:

 

где – стандартная теплота сгорания химического соединения из простых веществ, кДж∙моль^-1; ν – количества веществ, соответствующие стехиометрическим коэффициентам участников реакции ( индекс j соответствует продуктам реакции, индекс i – исходным реагентам), моль.

ΔНº₂₉₈ = 1∙ΔН⁰ _{f, 298,} С₂Н₅ОН_газ – 1∙ΔН⁰ _{f, 298,} С₂Н_4,газ = 1моль∙(-1412,86)кДж∙ моль^-1 -

-  1моль∙(-1410,97) кДж∙ моль^-1 = -1,89  кДж.

 

Можно сделать вывод: в  пределах допустимой погрешности результаты расчета стандартного теплового  эффекта реакции двумя способами  совпадают между собой.

2. Рассчитаем стандартный тепловой  эффект реакции при температуре 750 К. Принимаем, что теплоемкости веществ не зависят от температуры.

 

 Значения стандартных  молярных изобарных  теплоемкостей участников реакции  с⁰_р,298.

Вещество	С2Н5ОНгаз	С2Н4, газ	Н2Ож
с0р,298, Дж∙моль-1∙К-1	65,75	43,56	75,30

 

С₂Н₅ОН_газ  = С₂Н_{4, газ} + Н₂О_ж

Вычислим Δс⁰_р,298 по уравнению:

Δс⁰_р,298 =(1∙с⁰_р,298, С₂Н_{4, газ} +1∙ с⁰_р,298,Н₂О,_ж ) - 1∙с⁰_р,298, С₂Н₅ОН_газ = (1 моль∙ 43,56 Дж∙моль^-1∙К^-1 +1моль∙75,30 Дж∙моль^-1∙К^-1)–  1моль∙65,75 Дж∙моль^-1∙К^-1 =

   = 53,11 Дж∙К^-1

Тепловой эффект реакции  при температуре 750 К равен:

ΔНº₇₅₀  = ΔНº₂₉₈ + Δсº_{Р 298}(750К– 298К) = 1270  Дж  + 53,11 Дж∙К^-1∙452К = - 6776544,3 Дж = 25276 Дж = 25,276 кДж.

 

Ответ: ΔНº₇₅₀  = 25,276 кДж.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Задача 3

На основании справочных термодинамических  данных рассчитать стандартное изменение  энтропии в результате протекания химической реакции при температурах 298 К и Т. При расчетах принять, что теплоемкости веществ не зависят от температуры и по величине равны стандартным молярным изобарным теплоемкостям с⁰_{р, 298}.

Вариант	Реакция	Т, К
20	N2O4, газ = 2NO, газ + О2, газ	750

 

Решение:

 

Вещество	N2O4, газ	О2, газ	NO,газ
S0298, Дж∙моль-1∙К-1	304,35	205,04	210,64
с0р,298, Дж∙моль-1∙К-1	79,16	29,37	29,86

 

Стандартное изменение энтропии реакции  найдем по формуле:

ΔSº₂₉₈ =   (2S⁰_298, NО _газ +  S⁰_298, О_{2, газ}) - S⁰_298, N₂O_4,газ = (2моль∙210,64 Дж∙моль^-1∙К^-1 + 1 моль ∙205,04 Дж∙моль^-1∙К^-1 ) - 1моль∙304,35Дж∙моль^-1∙К^-1) =  321,97 Дж∙К^-1

Вычислим Δс⁰_р,298 по уравнению:

Δс⁰_р,298 = (2с⁰_298, NO_,газ + с⁰_298, О_{2, газ} ) - с⁰_298, N₂O_4,газ = (2моль∙29,86Дж∙моль^-1∙К^-1 +

   + 1моль∙29,37Дж∙моль^-1∙К^-1 ) - 79,16 Дж∙моль^-1∙К^-1) = 9,93 Дж∙К^-1

Изменение энтропии реакции при температуре 750 К найдем по формуле:

ΔSº₇₅₀  = ΔSº₂₉₈ + Δсº_{Р ,298} = 321,97 Дж∙К^-1 + 9,93 Дж∙К^-1∙ =

= 331,14 Дж∙К^-1

 

Ответ: ΔSº₂₉₈ = 321,97 Дж∙К^-1; ΔSº₇₅₀  = 331,14 Дж∙К^-1.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Задача 4

На основании справочных термодинамических данных  рассчитать абсолютную энтропию 1 моль идеального газа при температуре Т и давлении р. При расчетах принять, что теплоемкость газа не зависит от температуры и по величине равна стандартной молярной изобарной теплоемкости с⁰_{р, 298}.

Вариант	Газ	Т,К	р∙10-5
25	СОCl2	720	0,2026

 

Решение:

Абсолютную энтропию азота при  Т = 720 К и давлении 20260 Па вычислим по формуле без учета температурной зависимости с⁰_{р, 298} :

 

где S₁ – абсолютная энтропия 1 моль идеального газа соответственно при температуре 298 К и давлении 1 атм;

S₂ – абсолютная энтропия 1 моль идеального газа соответственно при температуре 720 К и  давлении 20260 атм;

Изменение энтропии при одновременном  изменении температуры и давления вычислим по формуле:

 

Стандартная изобарная теплоемкость азота СОCl₂: с⁰_р,298 = 57,76 Дж∙моль^-1∙К^-1.

 

Значение абсолютной стандартной  молярной энтропии СОCl₂: S⁰₂₉₈ =

  = 283,64 Дж∙моль^-1∙К^-1.

Вычислим абсолютную энтропию при  новых условиях:

 

 

Ответ: S₂ = 348 Дж∙моль^-1∙К^-1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Задача 5

   Рассчитать изменение энтропии при переходе 1 моль вещества из жидкого состояния при температуре Т₁ в газообразное при температуре Т₂. Давление, при котором осуществляется переход, постоянно и равно стандартному. Температура кипения (T_кип) вещества при стандартном давлении приведена в табл. 3.5, остальные необходимые для расчетов термодинамические характеристики вещества следует взять из табл. П.1 или из табл. 44 справочника [9]. При расчетах принять, что теплоемкость газа не зависит от температуры и по величине равна стандартной молярной изобарной теплоемкости с⁰_{р, 298}.

Вариант	Вещество	Т1,К	Т2,К	Ткип,К
22	С8Н18 (октан)	290	560	409

 

Решение:

При температуре 290 К октан  является жидкостью. Суммарная схема процесса имеет вид:

     ΔS⁰₁                ΔS⁰₂                  ΔS⁰₃

С₈Н_{18, ж}    →   С₈Н_18,ж → С₈Н_18,газ→  С₄Н₁₀О_,газ

290К    409К  409К     560 К

где ΔS⁰₁ – изменение энтропии при изобарическом нагревании жидкого  октана;

ΔS⁰₂ и   ΔS⁰₃ – изменение энтропии при изобарическом нагревании соответственно жидкого и газообразного октана.

       Для расчета ΔS⁰₁     и     ΔS⁰₃ выписываем из справочной таблицы значения стандартных молярных изобарных теплоемкостей жидкого и газообразного октана, которые составляют:

с⁰_р,298, С₈Н_18,ж = 254,14 Дж∙моль^-1∙К^-1; с⁰_р,298, С₈Н_18,газ =188,87 Дж∙моль^-1∙К^-1;

=  87,38 Дж∙моль^-1∙К^-1

= 59,35 Дж∙моль^-1∙К^-1

Для расчета ΔS⁰₂ предварительно определяем тепловой эффект испарения октана  при стандартных условиях и  Т = 298 К:

ΔНº_298,исп = ΔН⁰ _{f, 298,} С₈Н₁₈, _газ - ΔН⁰ _{f, 298,} С₈Н₁₈,ж

ΔН⁰ _{f, 298,} С₈Н₁₈О,_газ= -208,45 Дж∙моль^-1; ΔН⁰ _{f, 298,} С₈Н₁₈,ж = -249,95 Дж∙моль^-1;

ΔНº_298,исп = -208,45 Дж∙моль^-1 –(-249,95) Дж∙моль^-1 = 41,5 Дж∙моль^-1;

 

Вычислим общее изменение  энтропии:

ΔS⁰ = ΔS⁰₁  + ΔS⁰₂ + ΔS⁰₃ = 87,38 Дж∙моль^-1∙К^-1 + 101,47 Дж∙моль^-1∙К^-1 + 59,35 Дж∙моль^-1∙К^-1 = 248,2 Дж∙моль^-1∙К^-1

 

Ответ: ΔS⁰ = 248,2 Дж∙моль^-1∙К^-1.

 

 

 

 

Задача 6

Гетерогенная реакции протекает при постоянной температуре Т (табл. 3.6). Необходимо:

1. при помощи справочных данных из табл. П. 1 или из табл.44 справочника [9] определить стандартное изменение энергии Гиббса для данной реакции при температуре Т (ΔG⁰_Т). При расчетах принять, что теплоемкость газа не зависит от температуры и по величине равна стандартной молярной изобарной теплоемкости с⁰_{р, 298};
2. записать выражение для константы равновесия К_р этой реакции (через равновесные парциальные давления реагентов);
3. на основании термодинамических данных (ΔG⁰_Т) вычислить значения констант равновесия К_р и К_с этой реакции при температуре Т.

Вариант	Реакция	Т,К
19	Mg(ОН)2,тв ⇄ MgOтв + Н2Огаз	650

 

 Решение:

1) Выписываем из справочника значения теплот образования веществ, молярных энтропий и молярных изобарных теплоемкостей веществ, молярных изобарных теплоемкостей веществ, участвующих в реакции.

Вещество	Mg(ОН)2,тв	MgOтв	Н2Огаз
∆Н0f, 298, кДж∙ моль-1	-924,66	-601,49	-241,81
S0298, Дж∙моль-1∙К-1	63,18	27,07	188,72
с0р,298, Дж∙моль-1∙К-1	76,99	37,20	33,61

 

Рассчитаем значения ΔНº₂₉₈ , ΔSº₂₉₈ и Δс⁰_{р, 298} исследуемой реакции:

ΔНº₂₉₈ =1моль∙ ΔН⁰ _{f, 298,} Н₂О_,газ+ 1моль∙ΔН⁰ _{f, 298,} MgO_,тв - 1моль∙ΔН⁰ _{f, 298,} Mg(ОН)_2,тв )=

= 1моль∙(-241,81) кДж∙ моль^-1 + 1моль(-601,49)кДж∙ моль^-1 -

- 1моль∙ (-924,66) кДж∙ моль^-1 = 81,36  кДж.

ΔSº₂₉₈ =1моль∙ S⁰_298, Н₂О_,газ + 1моль∙S⁰_298, MgO_,ТВ -  1моль∙S⁰ _298, Mg(ОН)_{2 тв} =

     = 1моль∙188,72 Дж∙моль^-1∙К^-1 + 1моль∙27,07 Дж∙моль^-1∙К^-1 - 1 моль∙63,18 Дж∙моль^-1∙К^-1 = 152,61  Дж∙K^-1.

Δсº _{р, 298} =1моль∙ с⁰_{р, 298}, Н₂О_,газ + 1моль∙ с⁰_{р, 298}, MgO_,тв-  1моль∙ с⁰_{р, 298}, Mg(ОН)_2,ТВ =  

   = 1моль∙33,61 Дж∙моль^-1∙К^-1 + 1моль∙37,20 Дж∙моль^-1∙К^-1 - 1 моль∙76,99 Дж∙моль^-1∙К^-1  = -6,18  Дж∙K^-1.

 

Вычислим значения соответственно ΔНº₆₅₀ , ΔSº₆₅₀ исследуемой реакции:

ΔНº₆₅₀= ΔНº₂₉₈ + Δсº _{р, 298} (Т – 298)= 81360  Дж + (-6,18 ) Дж∙K^-1∙(650 К–298К)=   = 79185 Дж;

ΔSº₆₅₀ = ΔSº₂₉₈ + Δсº_{Р ,298} = 175,63 Дж∙K^-1 + (-6,18 )Дж∙K^-1 ∙ =

= 170,81 Дж∙K^-1.

Определим значение ΔG⁰₉₅₀ исследуемой реакции:

ΔG⁰₆₅₀  = ΔНº₆₅₀ - Т ΔSº₆₅₀ = 79185 Дж – 650К∙170,81 Дж∙K^-1 = -31842 Дж

ΔG⁰₆₅₀  < 0 , следовательно, данная реакция термодинамически возможна при Т = 650 К и стандартных давлениях реагентов.

 

Ответ: ΔG⁰₆₅₀  = -31842   Дж.

 

2) запишем  выражение для константы равновесия К_р этой реакции (через равновесные парциальные давления реагентов):

Mg(ОН)_2,тв ⇄ MgO_тв + Н₂О_газ

 

 

3)  На основании термодинамических данных (ΔG⁰_Т) вычислим  значения констант равновесия К_р и К_с этой реакции при температуре Т.

 

 

 

 

Δν – изменение числа молей газообразных веществ в ходе химической реакции;

Δν  = 1моль – 0моль = 1,

 

 

Ответ: К_р,650 = К_с,950 = 6,79 л/моль.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Задача 7

1. Рассчитать константу равновесия К_р химической реакции

 ν_АА + ν_ВВ ⇄ ν_СС+ ν_DD

при температуре T (табл. 3.7) на основании справочных термодинамических данных из табл. П.1 или из табл. 44 справочника [9].

2.  По уравнению изотермы химической реакции вычислить изменение энергии Гиббса данной реакции при температуре Т, если начальные парциальные давления газообразных участников реакции А, В, С и D равны соответственно р_0,А,  р_0,В,  р_0,С ,  р_0,D, атм (табл. 3.8). Сделать вывод о направлении протекания реакции.

3. Определить равновесный выход продукта реакции С, если начальные парциальные давления исходных реагентов А и В равны соответственно

р_0,А,  р_0,В, а начальные парциальные давления продуктов реакции С и D равны нулю.

4. Указать, как влияет на величину равновесного выхода продукта реакции - вещества С:

а) увеличение общего давления;

б) повышение температуры;

в) введение в систему газообразных инертных примесей (при постоянном общем давлении);

г) увеличение парциального давления исходного реагента А (при V= const).

5. Определить величину равновесной степени превращения вещества А при условиях, указанных в п. 3.

Вариант	Уравнение реакции νАА + νВВ ⇄ νСС+ νDD	Т,К
21	N2O4, газ ⇄ 2NO2, газ	320

 

Вариант	Начальное давление р0,i, атм
	р0,А	р0,В	р0,С	р0,D
21	0,6	-	0,7	-

Решение:

Рассчитаем константу равновесия К_р химической реакции

N₂O_{4, газ} ⇄ 2NO_{2, газ}   при температуре 320 К.

Вещество	N2O4, газ	NO2, газ
∆Н0f, 298, кДж∙ моль-1	11,11	34,19
S0298, Дж∙моль-1∙К-1	304,35	240,06
с0р,298, Дж∙моль-1∙К-1	79,16	36,66

 

Рассчитаем значения ΔНº₂₉₈ , ΔSº₂₉₈ и Δс⁰_{р, 298}исследуемой реакции:

ΔНº₂₉₈ =2моль∙ ΔН⁰ _{f, 298,} NO_{2, газ} - 1моль∙ ΔН⁰ _{f, 298,} N₂O_{4, газ} =

= 2 моль∙ 34,19 кДж∙ моль^-1   - 1моль∙ 11,11 кДж∙ моль^-1 = 57,27 кДж.

ΔSº₂₉₈ =2моль∙S⁰_298, NO_{2, газ} - 1моль∙S⁰_298, N₂O_{4, газ} =2моль∙240,06Дж∙моль^-1∙К^-1 + 1моль∙304,35 Дж∙моль^-1∙К^-1   = 175,77  Дж∙K^-1.

Δсº _{р, 298} =2моль∙ сº _{р, 298,} NO_{2, газ} - 1моль∙ сº _{р, 298,} N₂O_{4, газ} =2моль∙36,66 Дж∙моль^-1∙К^-1 - - 1моль∙79,16 Дж∙моль^-1∙К^-1   = - 5,84  Дж∙K^-1.

 

Вычислим значения соответственно ΔНº₃₂₀ , ΔSº₃₂₀ исследуемой реакции:

ΔНº₃₂₀= ΔНº₂₉₈ +  Δсº _{р, 298} (Т – 298) = 57270 Дж + (- 5,84  ) Дж∙K^-1∙(320 К–298К) = 57141,5  Дж;

ΔSº₃₂₀ = ΔSº₂₉₈ + Δсº_{Р ,298} = 175,77  Дж∙K^-1 + (- 5,84  )  Дж∙K^-1 ∙ =

= 175,35 Дж∙K^-1.

Определим значение ΔG⁰₃₂₀ исследуемой реакции:

ΔG⁰₃₂₀  = ΔНº₃₂₀ - Т ΔSº₃₂₀ = 57141,5 Дж – 320К∙175,35 Дж∙K^-1 = 1028,21 Дж

На основании термодинамических данных (ΔG⁰₃₂₀) вычислим  значения констант равновесия К_р этой реакции при температуре 320.

 

К_р,320 = 1,47 (атм).

 

2.  По уравнению изотермы химической реакции вычислим изменение энергии Гиббса данной реакции при температуре 320:

N₂O_{4, газ} ⇄ 2NO_{2, газ}  

 

Поскольку ΔG₃₂₀ < 0, при указанных условиях темодинамически возможной является прямая реакция.

 

3. Определим  равновесный выход продукта реакции NO_{2, газ}, если начальные парциальное давление исходного  реагента  N₂O_{4, газ} равно

 р_0, N₂O_{4, газ} = 0,7 атм, а начальное  парциальное давление продукта реакции

NO_{2, газ} равно 0.

Обозначим равновесные давления участников реакции как р_i (рN₂O_{4, газ}, рNO_{2, газ}), а изменения их парциальных давлений к моменту установления в системе химического равновесия - как Δр_i, (расход исходного реагента - ΔрN₂O_{4, газ}, , а приход продукта  реакции – ΔрNO_{2, газ}).

Находим ΔрNO_{2, газ}, выразив эту величину через равновесное давление продукта реакции рN₂O_{4, газ} .

Составляем пропорцию:

1 моль N₂O_{4, газ} - 2моль NO_{2, газ},

                                                      ΔрN₂O_{4, газ} -  ½ ΔрNO_{2, газ}

откуда ΔрNO_{2, газ} = 2ΔрN₂O_{4, газ}

Если р_0,NO_{2, газ} = 0, то ΔрNO_{2, газ}  = 2ΔрN₂O_{4, газ} = рNO_{2, газ}

Устанавливаем равновесные давления исходных реагентов, учитывая, что равновесное давление исходного вещества представляет собой разность между его начальным давлением в реакционной смеси и расходом к моменту установления в системе химического равновесия:

рN₂O_{4, газ} = р_0, N₂O_{4, газ}- ΔрN₂O_{4, газ}  = 0,6 - рNO_{2, газ}

рNO_{2, газ} = ΔрNO_{2, газ}

Учитывая выражения, полученные для равновесных парциальных давлений участников реакции, составляем таблицу.

Участники реакции	Давление, атм
	p0,i	Δрi		рi
N2O4, газ	0,6		½ ΔрNO2, газ		0,6 - ½ рNO2, газ
NO2, газ	0		ΔрNO2, газ		рNO2, газ

 

Записываем выражение для константы равновесия химической реакции и определим рNO_{2, газ}:

 

 

рNO_{2, газ} = х

 

 

х² + 0,735 х – 0,882 = 0

х = 1,0

рNO_{2, газ} = х = 1,0 атм.

рN₂O_{4, газ} = 0,6 – ½ рNO_{2, газ} = 0,6 – 0,5 = 0,1 атм.

Вычислим равновесный выход  NO_{2, газ}  . Общее равновесное давление в смеси составляет:

р_общ = рNO_{2, газ}  + р N₂O_{4, газ}  = 1,0 атм + 0,1 атм = 1,1  атм.

 

 

Ответ: рNO_{2, газ} = 1,0 атм; ₌ 0,1 %.

 4 а) увеличение общего давления согласно принципу Ле Шателье приведет к смещению равновесия в сторону реакции понижающей давление, так как в данной реакции происходит увеличение числа молей газообразных веществ, поэтому увеличение давление приведет к смещению равновесия в сторону обратной реакции;

б) повышение температуры приведет к смещению равновесия в сторону эндотермической реакции, в данном случае эндотермической является прямая реакция ;

в) введение в систему газообразных инертных примесей (при постоянном общем давлении) приведет к уменьшению парциальных давлений реагирующих веществ и продуктов, следовательно, смещения  равновесия не произойдет;

г) при  увеличении парциального давления исходного реагента N₂O_{4, газ} (при V= const) откликом системы должно быть ее уменьшение. Это произойдет, если новое состояние равновесия будет отличаться меньшим содержанием исходного вещества и большим - продуктов реакции. Следовательно, равновесие сместится вправо.

 

5. Определим величину равновесной степени превращения вещества А при условиях, указанных в п. 3:

ΔрN₂O_{4, газ} = ½ ΔрNO_{2, газ} = 0,5 атм.

 

∙100% = 83,33 %

 

Ответ:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Задача 8

1. Записать выражение К_р реакции (табл. 3.9), указать, является реакция гомогенной или гетерогенной.

Вариант	Химическая реакция
23	2Сграфит  + 2Н2,газ ⇄ С2Н4, газ

 

2.  По известным значениям К_р (атм) этой реакции при различных температурах (табл. 3.10) построить график зависимости ln К_p = f(1/T) и определить графически тепловой эффект реакции в данном интервале температур.

Вариант	Температура, К				Константа равновесия Кр (атм)
	Т1	Т2	Т3	Т4	Кр,Т1	Кр,Т2	Кр,Т3	Кр,Т4
23	800	900	1000	1100	1,68∙10-7	3,03∙10-7	4,64∙10-7	6,37∙10-7