ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 10.01.2024
Просмотров: 186
Скачиваний: 1
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
. Значение ∆G0298 х.р. рассматривается как изменение свободной энергии системы (энергии Гиббса) – энергии, используемой для совершения полезной работы.
ΔG
= ΔH − Т×ΔS - второй закон термодинамики
Если свободная энергия системы уменьшается (ΔGх.р.<0), значит химическая реакция термодинамически вероятна.
Реакция не может протекать самопроизвольно, если ΔGх.р.>0, т.е., если свободная энергия возрастает, то на совершение работы требуются затраты энергии извне.
При ΔGх.р.=0 система находится в состоянии термодинамического равновесия.
Согласно вышеприведенной формуле,
ΔG
= (-250,15) − 298×(-0,795) = +13,24 кДж,
т.е. реакция при 298 К и Р = 101,3 кПа термодинамически не возможна.
Рассчитаем температуру начала реакции, т.е. Травн.. Для этого исходим из условия термодинамического равновесия, при котором ΔGх.р.=0:
ΔG = ΔH − Т×ΔS = 0.
Тогда Т =
= 
= 314,65 К,
ниже этой температуры реакция будет термодинамически возможной, так как ΔG примет значение меньше нуля.
Таблица III.1
Таблица III.2
Тема IV. ХИМИЧЕСКАЯ КИНЕТИКА И ХИМИЧЕСКОЕ
РАВНОВЕСИЕ
Задание 4. А) Запишите математическое выражение для скорости прямой и обратной реакции, выразив скорость через концентрации, если вещества находятся в твердой или жидкой фазе. Рассчитайте изменение скоростей прямой и обратной реакций, если увеличить давление в системе в 3 раза?
Б) Определите молекулярность и порядок реакции.
В). Запишите выражение для константы равновесия химической реакции.
Г) Укажите в какую сторону будет смещаться равновесие:
1) при уменьшении давления в системе;
2) при увеличении концентрации реагирующих веществ;
3) при повышении температуры.
Пример решения:
2SO3 (г)
2SO2 (г) + О2 (г),
FeO (тв) + СО(г)
Fe (тв) + СО2 (г).
А) Система гомогенная, тогда:
При увеличении давления в 3 раза концентрации веществ также увеличиваются в 3 раза. Тогда скорость прямой реакции
= k(3[.SO3])2 возрастет в 9 раз, а обратной - 
= k(3 [.SO2])2.[3O2] возрастет в 27 раз;
б) система гетерогенная, тогда:
= k[CO], = k[CO2].
При увеличении давления в 3 раза скорость прямой реакции
= k3[.CO] увеличится в 3 раза, а также обратной - = k3[.CO2] - в 3 раза.
Б). Число молекул реагентов, принимающих участие в простейшей (элементарной) стадии, называется ее молекулярностью (М). Элементарный акт представлен уравнением химической реакции.
М=1 (мономолекулярная реакция)
Следует отметить, что молекулярность реакции не может быть выше 3, так как процесс идет сложным образом и протекает через ряд промежуточных стадий.
Порядок реакции
показывает, как природа вещества влияет на зависимость скорости реакции от концентрации (или парциального давления) реагирующих веществ.
Порядок реакции (p) определяется суммой величин показателей степеней при значениях концентрации (парциального давления) реагирующих веществ. Порядок рассчитывается с использованием закона действующих масс. Тогда
р=2 (реакция второго порядка)
В). Для реакции, которая находится в состоянии равновесия, скорости прямой и обратной реакции равны: Vпр. = Vобр..
Химическое равновесие выражается константой равновесия (Кравн.), которая характеризует отношение скоростей прямой и обратной реакций:
Кравн. =
.
Константу равновесия следует выражать через отношение произведения равновесных концентраций (или парциальных давлений) продуктов реакции к произведению равновесных концентраций исходных веществ, взятых в степенях, равных их стехиометрическим коэффициентам.
[SO2 ]2 [О2]
Кравн. =
[.SO3]2
Г) Согласно принципу Ле-Шателье, если на систему, находящуюся в равновесии, оказывать внешнее воздействие (изменение температуры, давления или концентрации), то равновесие смещается в том направлении, которое ослабляет внешнее воздействие.
1) при уменьшении давления в системе, равновесие смещается в сторону увеличения объёма, следовательно, в данной реакции равновесие сместится вправо;
2SO3 (г)
2SO2 (г) + О2 (г),
V=2 V=3
2) при увеличении концентрации реагирующих веществ, равновесие смещается в сторону продуктов реакции, т.е. вправо;
3) при повышении температуры, равновесие смещается в сторону эндотермической реакции, следовательно, в данной реакции равновесие сместится влево. экзотермическая
2SO3 (г) 2SO2 (г) + О2 (г), ΔH
<0.
эндотермическая
Таблица IV.1
ΔG
= ΔH − Т×ΔS - второй закон термодинамикиЕсли свободная энергия системы уменьшается (ΔGх.р.<0), значит химическая реакция термодинамически вероятна.
Реакция не может протекать самопроизвольно, если ΔGх.р.>0, т.е., если свободная энергия возрастает, то на совершение работы требуются затраты энергии извне.
При ΔGх.р.=0 система находится в состоянии термодинамического равновесия.
Согласно вышеприведенной формуле,
ΔG
= (-250,15) − 298×(-0,795) = +13,24 кДж,т.е. реакция при 298 К и Р = 101,3 кПа термодинамически не возможна.
Рассчитаем температуру начала реакции, т.е. Травн.. Для этого исходим из условия термодинамического равновесия, при котором ΔGх.р.=0:
ΔG
= ΔH − Т×ΔS = 0. Тогда Т =
= = 314,65 К, ниже этой температуры реакция будет термодинамически возможной, так как ΔG
примет значение меньше нуля. Таблица III.1
| Вариант | Элемент | Масса элемента, г | Формула оксида | Выделенное тепло, кДж |
| 1 | Fe | 560 | FeO | -2648 |
| 2 | Si | 2,8 | SiO2 | -90,8 |
| 3 | Li | 28 | Li2O | 1190,8 |
| 4 | Ca | 160 | CaO | 2542,0 |
| 5 | Fe | 11,2 | Fe2O3 | -82,2 |
| 6 | S | 160 | SO2 | -1485,3 |
| 7 | Na | 46 | Na2O | -416,3 |
| 8 | K | 78 | K2O | -726,4 |
| 9 | Cr | 26 | CrO3 | -292,8 |
| 10 | Zn | 13 | ZnO | -70,1 |
| 11 | Ca | 5 | CaO | -79,4 |
| 12 | Mg | 12 | MgO | -300,5 |
| 13 | B | 21,6 | B2O3 | -1254,0 |
| 14 | P | 248 | P2O5 | -6192,3 |
| 15 | Be | 18 | BeO | -1197,0 |
| 16 | Ag | 54 | Ag2O | -7,7 |
| 17 | Cs | 26,6 | Cs2O | -31,7 |
| 18 | Cu | 128 | CuO | -324 |
| 19 | Rb | 17,1 | Rb2O | -33,0 |
| 20 | Sr | 438 | SrO | -2952,0 |
| 21 | Ti | 144 | TiO | -1579,0 |
| 22 | Ge | 145,2 | GeO | -510,0 |
| 23 | Al | 27,0 | Al2O3 | -837,5 |
| 24 | C | 60,0 | CO2 | -1967,5 |
| 25 | As | 75,0 | As2O5 | -462,5 |
| 26 | Ba | 68,5 | BaO | -279,0 |
| 27 | C | 36,0 | CO | -331,5 |
| 28 | Cu | 32,0 | Cu2O | -43,3 |
| 29 | N | 70,0 | N2O | +205,2 |
| 30 | H | 4,0 | H2O | -483,6 |
Таблица III.2
| Номер варианта | Уравнение реакции |
| 1 | CH4 (г) + 2O2 (г) = CO2 (г) + 2H2O (г) |
| 2 | CO (г) + H2O (г) = CO2 (г) + H2 (г) |
| 3 | 2H2S (г) + 3O2 = 2H2O (ж) + 2SO2 (г) |
| 4 | 2CH3OH (ж) + 3O2 (г) = 4H2O (ж) + 2CO2 (г) |
| 5 | 4HCl (г) + O2 (г) = 2Cl2 (г) + 2H2O (г) |
| 6 | CaCO3 (к) + HCl (ж) = CaCl2 (к) + CO (г) |
| 7 | 3Fе2О3 (к) + Н2 (г) = 2Fе3O4 (к) + Н2О (г) |
| 8 | Fе2О3 (к) + 3Н2 (г) = 2Fе (к) + 3Н2О (г) |
| 9 | Fе3О4 (к) + 4Н2 (г) = 3Fе (к) + 4Н2О (г) |
| 10 | Fе3О4 (к) + Н2 (г) = 3FеО (к) + Н2О (г) |
| 11 | СО (г) + 2Н2 (г) = СН3ОН (ж) |
| 12 | СО(г) + 3Н2 (г) = СН4 (г) + Н2О (г) |
| 13 | MgО (к) + H2 (г) = MgCO3 (к) + H2O (ж) |
| 14 | C (граф) + 2 N2O (г) = CO2 + 2 N2 (г) |
| 15 | 4NH3 (г) + 3O2 (г) = 2N2 (г) +6H2O (ж) |
| 16 | SO2 (г) + CO2 (г) = SO3 (г) + CO (г) |
| 17 | 4NH3 (г) + 5O2 (г) = 4NO (г) + 6H2O (г) |
| 18 | 2Cl2 (г) + O2 (г) = 2Cl2O (г) |
| 19 | 2ZnS (к) + 3O2 (г) = 2ZnO (к) + 2SO2 (г) |
| 20 | CaO (к) + 3C (граф) = CaC2 (к) + CO (г) |
| 21 | H2S (г) + Cl2 (г) = 2HCl (г) + S (к) |
| 22 | H2S (г) + I2 (г) = 2HI (г) + S (к) |
| 23 | Al2O3 (к) + 3SO3 (г) = Al2(SO4)3 (к) |
| 24 | 2H2S (г) + O2 (г) = 2H2O (г) + 2S (к) |
| 25 | 4HCl (г) + O2 (г) = 2H2O (г) + 2Cl2 (г) |
| 26 | 2P (т) + Н2 (г) + 3О2 (г) = 2 НРО3 (ж) |
| 27 | С2Н5ОН (ж) + 3О2 (г) = 2СО2 (г) + 3Н2О (г) |
| 28 | 2NH4NO3 (к) = 4Н2О (г) + О2 (г) + 2N2 (г) |
| 29 | 2PbS (к) + 3О2 (г) = 2PbO (к) + 2SO2 (г) |
| 30 | SO2 (г) + 2H2S (г) = 3S (к) + 2Н2О (г) |
Тема IV. ХИМИЧЕСКАЯ КИНЕТИКА И ХИМИЧЕСКОЕ
РАВНОВЕСИЕ
Задание 4. А) Запишите математическое выражение для скорости прямой и обратной реакции, выразив скорость через концентрации, если вещества находятся в твердой или жидкой фазе. Рассчитайте изменение скоростей прямой и обратной реакций, если увеличить давление в системе в 3 раза?
Б) Определите молекулярность и порядок реакции.
В). Запишите выражение для константы равновесия химической реакции.
Г) Укажите в какую сторону будет смещаться равновесие:
1) при уменьшении давления в системе;
2) при увеличении концентрации реагирующих веществ;
3) при повышении температуры.
Пример решения:
2SO3 (г)
2SO2 (г) + О2 (г),FeO (тв) + СО(г)
Fe (тв) + СО2 (г).А) Система гомогенная, тогда:
При увеличении давления в 3 раза концентрации веществ также увеличиваются в 3 раза. Тогда скорость прямой реакции
= k(3[.SO3])2 возрастет в 9 раз, а обратной - = k(3 [.SO2])2.[3O2] возрастет в 27 раз;б) система гетерогенная, тогда:
= k[CO], = k[CO2].При увеличении давления в 3 раза скорость прямой реакции
= k3[.CO] увеличится в 3 раза, а также обратной - = k3[.CO2] - в 3 раза.Б). Число молекул реагентов, принимающих участие в простейшей (элементарной) стадии, называется ее молекулярностью (М). Элементарный акт представлен уравнением химической реакции.
М=1 (мономолекулярная реакция)
Следует отметить, что молекулярность реакции не может быть выше 3, так как процесс идет сложным образом и протекает через ряд промежуточных стадий.
Порядок реакции
показывает, как природа вещества влияет на зависимость скорости реакции от концентрации (или парциального давления) реагирующих веществ.
Порядок реакции (p) определяется суммой величин показателей степеней при значениях концентрации (парциального давления) реагирующих веществ. Порядок рассчитывается с использованием закона действующих масс. Тогда
р=2 (реакция второго порядка)
В). Для реакции, которая находится в состоянии равновесия, скорости прямой и обратной реакции равны: Vпр. = Vобр..
Химическое равновесие выражается константой равновесия (Кравн.), которая характеризует отношение скоростей прямой и обратной реакций:
Кравн. =
.Константу равновесия следует выражать через отношение произведения равновесных концентраций (или парциальных давлений) продуктов реакции к произведению равновесных концентраций исходных веществ, взятых в степенях, равных их стехиометрическим коэффициентам.
[SO2 ]2 [О2]
Кравн. =[.SO3]2
Г) Согласно принципу Ле-Шателье, если на систему, находящуюся в равновесии, оказывать внешнее воздействие (изменение температуры, давления или концентрации), то равновесие смещается в том направлении, которое ослабляет внешнее воздействие.
1) при уменьшении давления в системе, равновесие смещается в сторону увеличения объёма, следовательно, в данной реакции равновесие сместится вправо;
2SO3 (г)
2SO2 (г) + О2 (г),V=2 V=3
2) при увеличении концентрации реагирующих веществ, равновесие смещается в сторону продуктов реакции, т.е. вправо;
3) при повышении температуры, равновесие смещается в сторону эндотермической реакции, следовательно, в данной реакции равновесие сместится влево. экзотермическая
2SO3 (г)
2SO2 (г) + О2 (г), ΔH <0.эндотермическая
Таблица IV.1
| Номер варианта | Уравнение реакции | ΔH  ,кДж/моль |
| 1 | 2NO (г) + O2  2NO2 (г) | +116,9 |
| 2 | N2 (г) + 3H2 (г) 2NH3 (г) | -91,9 |
| 3 | Н2 (г) + 1/2 О2 (г) Н2О (ж) | -285,8 |
| 4 | 2Al (т) + 3/2 O2 (г) Al2O3 (т) | -1675,8 |
| 5 | 1/2Н2 (г) + 1/2 N2 (г) + 3/2 О2 (г) = НNО3 (ж) | -173,8 |
| 6 | SO2 (г) + 1/2 O2 (г) SO3 (г) | +98,0 |
| 7 | СН4 (г) + 2О2 (г) СО2 (г) + 2Н2О (г) | -802,3 |
| 8 | СН4 (г) + 2Н2О (г) СО2 (г) + 4Н2 (г) | +164,9 |
| 9 | 1/2Н2 (г) + 1/2 Br2 (г) НBr (г) | -35,9 |
| 10 | С3Н8 (г) + 5О2 (г) 3СО2 (г) + 4Н2О (г) | -2043,8 |
| 11 | С6Н12О6 (г) + 6О2 (г) 6СО2 (г) + 6Н2О (ж) | -2816 |
| 12 | СН3ОН (ж) СО (г) + 2Н2 (г) | +128,1 |
| 13 | PCl5 (г) PCl3 (г) + Cl2 (г) | +129,6 |
| 14 | Н2 (г) + S (т) Н2 (г) | -41,8 |
| 15 | 2HBr (г) H2 (г) + Br2 (г) | -70,2 |
| 16 | Н2 (г) + S (ж) Н2S (г) | -20,9 |
| 17 | Fe2O3 (т) + 3H2 (г) 2Fe (т) + 3H2O (г) | +89,6 |
| 18 | СаО (т) + СО2 (г) СаСО3 (т) | -178,0 |
| 19 | СО2 (г) + С (т) 2СО (г) | +160,1 |
| 20 | MgCO3 (т) MgO (т) + CO2 (г) | +117,4 |
| 21 | 2СО (г) + О2 (г) 2СО2 (г) | -568,5 |
| 22 | N2O4 (г) 2NO2 (г) | +58,0 |
| 23 | СО (г) + Н2О (г) СО2 (г) + Н2 (г) | -41,8 |
| 24 | С (т) + Н2О (г) СО (г) + Н2 (г) | +117,0 |
| 25 | N2 (г) + O2 (г) 2NO (г) | + 180,6 |
| 26 | 4HCl (г) + О2 (г) 2Cl2 (г) + 2Н2О (г) | -116,4 |
| 27 | 2С (т) + 3Н2 (г) + 1/2О2 (г) С2Н5ОН (ж) | -277,6 |
| 28 | CS2 (ж) + 3О2 (г) СО2 (г) + 2SO2 (г) | -1075,0 |
| 29 | SO2 (г) + 2Н2S (г) 3S (т) + 2Н2О (ж) | -234,5 |
| 30 | 2ZnS (т) + 3О2 (г) 2ZnO (т) + 2SO2 (г) | -890,0 |