Задачи для решения. 1. Напишите выражения для констант равновесия Кр следующих обратимых химических реакций:

1. Напишите выражения для констант равновесия К_р следующих обратимых химических реакций:

а) H_{2 (г)} + Cl_{2 (г)} Û 2HCl _(г);

б) 2H₂O _(г) Û 2H_{2 (г)} + O_{2 (г)};

в) N_{2 (г)} + 3H_{2 (г)} Û 2NH_{3 (г)};

г) CO _(г) +Cl_{2 (г)} Û COCl_{2 (г)};

д) SO_{3 (г)} + C _(тв)Û SO_{2 (г)} + CO _(г);

е) CaCO_{3 (тв)} Û CaO _(тв) + CO_{2 (г)};

ж) 2H₂S _(г) + 3O_{2 (г)} Û SO_{2 (г)} + H₂O _(г);

з) Fe₂O_{3 (тв)} + CO _(г) Û 2FeO _(тв) + CO_{2 (г)};

и) CaO _(тв) + 3C _(тв) Û CaC_{2 (тв)} +CO _(г);

к) H_{2 (г)} + I_{2 (г)} Û 2HI _(г);

л) 4HCl _(г) + O_{2 (г)} Û 2Cl_{2 (г)} + 2H₂O _(ж).

2. По значению констант равновесия для перечисленных ниже систем определите, в каком случае реакция протекает наиболее и наименее полно:

а) CO _(г) +Cl_{2 (г)} Û COCl_{2 (г)} K_с =50;

б) H⁺ + HS^- Û H₂S K_с=1*10⁷;

в) Cd²⁺ + S^2- Û CdS K_с= 7*10²⁸;

г) H⁺ + CH₃COO^- Û CH₃COOH K_с= 5.5*10⁴.

3. В системе CO _(г) +Cl_{2 (г)} Û COCl_{2 (г)} при температуре 300К начальная концентрация CO и Cl₂ была равна 0.28 и 0.09 моль/л. Равновесная концентрация СО равна 0.20 моль/л. Найдите константу равновесия.

4. Найдите значение константы равновесия для реакции A + B = C + D, если при некоторой температуре исходные концентрации веществ А и В были равны 0.8 моль/л, а равновесная концентрация вещества С равна 0.6 моль/л.

5. При 444°С константа равновесия реакции H_2(г) + I_2(г) Û 2HI_(г) равна 50. Определите, чему равна константа равновесия реакции диссоциации HI при той же температуре. Будет ли различаться константа равновесия для этой реакции, записанной в различной форме:

2 HI = I₂ + H₂

HI = 1/2H₂ + 1/2 I₂

6. Некоторое количество двуокиси азота поместили в реактор, в котором при температуре 558К установилось равновесие согласно реакции 2NO₂ = 2NO + O₂. Равновесные концентрации NO₂ и NO составляют соответственно 0.06 и 0.24 моль/л. Найдите константу равновесия, исходную концентрацию и степень диссоциации NO₂.

7. Определите исходные концентрации NOCl₂ и NO и константу равновесия химической реакции

NOCl₂(г) + NO(г) = 2NOCl(г),

если при некоторой температуре равновесные концентрации NOCl₂, NO и NOCl соответственно равны 0.05 моль/л, 0.55 моль/л и 0.08 моль/л, если начальная концентрация NOCl равна нулю.

8. В состоянии равновесия согласно реакции

Fe₂O₃ (т)+3CO (г)=2Fe (т)+3CO₂ (г)

концентрация угарного газа была 1 моль/л, а углекислого газа - 2 моль/л. Вычислите исходную концентрацию угарного газа и константу равновесия реакции, если начальная концентрация CO₂ равна нулю.

9. Определите константу равновесия K_с реакции при некоторой температуре

4NH₃ + 5O₂ = 4NO + 6H₂O (г),

если исходные концентрации аммиака и кислорода соответственно равны 2 и 0.5 моль/л, а после установлении равновесия концентрация кислорода уменьшилась вдвое.

10. Для реакции

4NО (г) + 6H₂O (г) = 4NН₃ (г) + 5O₂ (г)

определите константу равновесия K_с, равновесную концентрацию аммиака и начальные концентрации (моль/л) реагентов, если при некоторой температуре равновесная концентрация NО была 3.86 моль/л, воды - 2.47 моль/л и кислорода 1.35 моль/л.

11. Для реакции

2NF₃ (г) + 3H₂ (г) = 6HF (г) + N₂ (г)

определите константу равновесия K_с, равновесную концентрацию фтороводорода и начальные концентрации (моль/л) реагентов, если при некоторой температуре равновесная концентрация NF₃ 0.73 моль/л, водорода - 1.06 моль/л и азота - 1.36 моль/л.

12. В системе PCl₅(г) = PCl₃(г) + Cl₂(г) равновесие при 500К установилось, когда исходная концентрация PСl₅, равная 1 моль/л, уменьшилась до 0.46 моль/л. Найдите значения K_с и К_р этой реакции при указанной температуре.

13. Чему равна при 25°С константа равновесия обратимой реакции, для которой значение DG° в этих условиях равно: а) 5.714 кДж; б) -5.714 кДж?

14. При 923К константа равновесия системы СО +Н₂О(г) = СО₂ + Н₂ равна единице. Начальные концентрации СО₂ и Н₂ были соответственно равны 0.4 и 0.6 моль/л. Рассчитайте равновесные концентрации всех реагирующих веществ в момент равновесия.

15. Исходные концентрации SO₂ и О₂ в системе 2SO₂ + O₂ = 2SO₃ при некоторой температуре были соответственно равны 0.06 и 0.03 моль/л. К моменту установления равновесия концентрация SO₂ стала равной 0.02 моль/л. Определите равновесные концентрации остальных реагирующих веществ.

16. Константа равновесия реакции FeO(тв) + CO(г) = Fe(тв) + CO₂(г) при 1000°С равна 0.5. Исходные концентрации СО и СО₂ были соответственно равны 0.07 и 0.02 моль/л. Определите их равновесные концентрации.

17. В реакторе при 494°С смешаны NO и O₂. Константа равновесия реакции 2NO + O₂ = 2NO₂ равна 2.2 л/моль. Равновесные концентрации NO и О₂ соответственно равны 0.03 и 0.02 моль/л. Рассчитайте их начальные концентрации.

18. Процесс получения хлора окислением хлористого водорода протекает по схеме

4НС1 + O₂ = 2H₂O + 2C1₂

При смешении 1 моль хлороводорода с 0.48 моль кислорода образуется 0.402 моль хлора. Вычислить К_р, если в системе стандартном давлении и температуре 659К.

19. В реакторе при некоторой температуре смешаны 4 моля оксида серы (IV) и 2 моля кислорода при давлении 3.039×10⁵ Па. После установления равновесия в смеси осталось 20% взятого SO₂. Определите равновесные концентрации всех реагирующих веществ, давление, при котором установилось равновесие, и константу К_р реакции

2SO₂ + O₂ = 2SO₃

20. В реактор объемом 11.42 л введены 2.43 моля SO₂ и 2.17 моль О₂. При некоторой температуре в системе установилось равновесие согласно уравнению реакции 2SO₂ + O₂ = 2SO₃, при этом количество оксида серы (IV) уменьшилось на 1.85 моль. Рассчитайте константу равновесия.

21. Пользуясь таблицами стандартных термодинамических величин, рассчитайте константы равновесия следующих реакций при 298 К:

2SO₂ + O₂ = 2SO₃

2NO + O₂ = 2NO₂

2СО₂ = 2СО + О₂

CO + Cl₂ = COCl₂

22. Для реакции PCl₅(г) = PCl₃(г) + Сl₂(г) при 250°С К_р= =1.8×10⁵ Па. Определите степень диссоциации PСl₅ при этой температуре и общем давлении в системе 1.013×10⁵ Па.

23. При температуре 823К и давлении 1.013×10⁵ Па степень диссоциации фосгена на окись углерода и хлор равна 77%. Определить К_р и К_с.

24. Рассчитайте общее давление, которое необходимо приложить к смеси 3 частей H₂ и 1 части N₂ (по объёму), чтобы получить равновесную смесь, содержащую 10% NH₃ по объёму, при 400°С. Константа равновесия для реакции N₂ + 3H₂ = 2NH₃ при 400°С К_р =1.6⋅10⁻⁴ (атм).

25. Константа равновесия К_рреакции

CO(г) + 2H₂(г) = CH₃OH(г)

при 500 К равна 6.09·10⁻³ (атм). Рассчитайте общее давление, необходимое для получения метанола с 90%-ным выходом, если CO и H₂ взяты в соотношении 1:2.

26. Для реакции I₂(тв) + Br₂(г) = 2IBr(г) при температуре 25°С константа равновесия К_рравна 0.164 (атм). Газообразный бром вводится в сосуд, в котором находится избыток твёрдого йода. Давление 0.164 атм и температура 25°С поддерживаются постоянными. Определите парциальные давления IBr и Br₂ при равновесии, считая, что давлением пара твёрдого йода можно пренебречь.

27. Во сколько раз различаются численные значения констант равновесия К_р и К_с при 300 К для следующих реакций:

H₂O(г) = H₂ (г) + ½O₂ (г)

2NO(г) + O₂ (г) = 2NO₂ (г)

H₂ (г) + Cl₂ (г) = 2HCl (г)

N₂O₄ (г) + ½O₂ (г) = N₂O₅ (г)

2HI(г) = H₂ (г) + I₂ (г)

N₂ (г) + ½O₂ (г) = N₂O (г)

28. По известным значениям констант равновесия газовых реакций при 1000 К:

2 SO₃ = 2 SO₂ + O₂ К_р =4.7×10^-4 (Па),

2 СО₂ = 2 СО + О₂ К_р =3.7×10^-16 (Па),

Вычислите константу равновесия при той же температуре реакции:

SO₂ + CO₂ = SO₃ + CO.

29. Реакция образования аммиака из простых веществ может быть записана различными способами следующим образом:

3 H₂ + N₂ = 2 NH₃

H₂ + 1/3N₂ = 2/3 NH₃

3/2 H₂ + ½ N₂ = NH₃

Будут ли численно различаться константы равновесия (Т=const), записанные для этих трех реакций, и почему?

30. При постоянной температуре определены константы равновесия гомогенных реакций:

H₂ + Cl₂ = 2HCl K_с = 24.3

2H₂O = 2H₂ + O₂ K_с = 0.84

Рассчитайте K_с при той же температуре для реакции:

2H₂О + 2Cl₂ = 4НCl + O₂

31. При температуре 1396 К и давлении 1 атм степень диссоциации водяного пара на водород и кислород равна 0.567·10⁻⁴, а степень диссоциации двуокиси углерода на окись углерода и кислород при тех же условиях – 1.551·10⁻⁴. Определите на основании этих данных состав водяного газа, образовавшегося при указанной температуре из равных объёмов окиси углерода и водяного пара по уравнению реакции

CO + H₂O(г) = H₂ + CO₂.

Контрольные вопросы к семинару по теме

“Термодинамика электрохимических процессов”

1. Дайте общее определение электрического потенциала.

2. В чем отличие в протекании реакции в электрохимическом элементе и обычном химическом сосуде?

3. Что означает термин “условный электродный потенциал”?

4. Какая реакция (окисления или восстановления) протекает на положительном электроде гальванического элемента?

5. Расскажите о правилах схематической записи электрохимического элемента.

6. Что вы можете сказать о химическом поведении электрохимической системы М^z+ + z e = M в паре со стандартным водородным электродом, если ее стандартный электродный потенциал меньше нуля?

7. Как определить направление самопроизвольного протекания окислительно-восстановительной реакции, пользуясь величинами стандартных электродных потенциалов?

8. Может ли электрод, стандартный электродный потенциал которого отрицателен, быть положительным электродом в гальванической ячейке?

9. Запишите выражение для вычисления электродного потенциала.

10.Можно ли по величине ЭДС гальванической ячейки вычислить изменение энергии Гиббса, протекающей в ней реакции?