Домашнее задание. 1. Какой термодинамической величиной характеризуется равновесие, если система находится при постоянных значениях давления и температуры?

1. Какой термодинамической величиной характеризуется равновесие, если система находится при постоянных значениях давления и температуры? Какое значение соответствует этой термодинамической величине?

2. Найти энергию кристаллической решетки KCl_(k), если известны энтальпии образования (DН⁰) веществ: DН⁰ (KCl_(k)) = -436,8 кДж/моль, DН⁰ (Cl^-_(г)) = -233,7 кДж/моль, DН⁰ (K⁺_(г)) = 514,6 кДж/моль.

3. Которой из реакций соответствует уменьшение энтропии

C_(тв) + Н₂О_(газ) = CО_(газ) + Н_2(газ)

C_(тв) + O_2(газ) = CО_2(газ)

NH₄NO_3(тв) = N₂O_(газ) + 2Н₂О_(газ)

CО_(газ) + 3Н_2(газ) = СH_4(газ) + Н₂О_(газ)

4. Найти количество теплоты, которое выделяется при взаимодействии 4,6 г натрия с 6,4 г серы, если теплота образования Na₂S равна 372 кДж/моль.

5. Напишите уравнение, характеризующее связь изменения энергии Гиббса с константой равновесия при постоянной температуре.

6. Напишите термохимическое уравнение, содержащее стандартную энтальпию процесса образования хлороводорода.

7. К какому значению стремится энтропия правильно сформированного кристалла при приближении температуры к абсолютному нулю?

Литература

1. П.М. Саргаев. Неорганическая химия. -М.: КолосС, 2004. С. 29-43; 51.

Тема 4. Скорость химической реакции

Содержание темы

1. Понятие «скорость химической реакции» и ее математическое выражение.

2. Факторы, влияющие на скорость реакции.

3. Зависимость скорости реакции от температуры и природы реагирующих веществ. Правило Вант-Гоффа. Понятие об энергии активации и активных молекулах.

4. Зависимость скорости реакции от концентрации реагирующих веществ. Закон действия масс и его математическое выражение. Константа скорости химической реакции, ее физический смысл.

5. Скорость реакций, протекающих в гетерогенных системах.

6. Степень дисперсности как характеристика препарата.

7. Примеры решения задач.

Пример 1. Как изменится скорость реакции

С + Н₂O = СО + Н₂

при повышении температуры на 30 К, если температурный коэффициент реакции (g) равен 3?

Решение. Согласно правилу Вант-Гоффа, при повышении температуры на каждые10К скорость реакции возрастает в 2-4 раза:

V_t/V₀ = g^(T-T0)/10

В данной задаче g = 3.

V_t/V₀ = 3^30/10 = 3³ = 27

Следовательно, при повышении температуры на 30 К скорость реакции увеличится в 27 раз.

Пример 2. Как изменится скорость прямой реакции

N₂+3Н₂=2NН₃,

если концентрация азота увеличилась в 4 раза, а концентрация водорода уменьшилась в 2 раза?

Решение. По закону действия масс скорость гомогенной реакции равна

V = k×[N₂]×[H₂]³

Скорость реакции с учетом изменения концентрации

V₂ = k×(4×[N₂])×((1/2)×[H₂])³

Отношение скоростей

V₂/V = ((4×[N₂])/[N₂])×((1/2)×[H₂]/[H₂])³ = (4/1)×((1/2)/1)³ =2

Удобно положить начальные концентрации реагирующих веществ [N₂] и [H₂], равными 1. Тогда ([N₂]₂ /[N₂]) = 4 и ([H₂]₂ /[H₂]) = 1/2

V₂ /V = 4×(1/2)³ = 4×(1/8) = 1/2

Пример 3. Как изменится скорость прямой реакции

2 SO₂ + O₂ = 2 SO₃,

если давление в системе возрастет в 2 раза?

Решение. По закону действия масс скорость гомогенной реакции равна

V = k×[SO₂]²×[O₂]

При увеличении давления в два раза объем газовой смеси уменьшается в 2 раза, и, следовательно, во столько же раз возрастают концентрации реагирующих веществ. Новые концентрации реагирующих веществ представим в виде (2×[SO₂]) и (2×[O₂]). Тогда изменение скорости прямой реакции составит

V₂ /V = ((2×[SO₂])/[ SO₂])²×((2×[O₂])/[O₂]) = 2²×2 = 8

Скорость реакции возросла в 8 раз.

Пример 4. Как изменится скорость прямой реакции

2Р_тв+Н₂+3О₂=2НРО₃

при увеличении давления в 2 раза?

Решение. Для гетерогенных процессов в уравнение закона действия масс входят концентрации только тех веществ, которые находятся в газовой фазе или в растворе. Концентрация вещества, находящегося в твердой фазе, обычно представляет собою постоянную величину и поэтому включается в константу скорости. В данном примере для прямой реакции закон действия масс запишется так:

V = k×const [Н₂]×[O₂]³ = k'×[Н₂]×[O₂]³

где константа k' = k×const учитывает влияние площади поверхности раздела фаз, связанной с дисперсностью твердой фазы.

Пусть начальные концентрации реагирующих веществ [Н₂]₀ и [O₂]₀ равны 1. После увеличения давления вдвое концентрации реагирующих веществ также удвоились. Тогда отношение скоростей составляет

V/V₀ = ([H₂]/[H₂]₀)×([O₂]/[O₂]₀)³ = 2×2³ = 16

Скорость реакции возросла в 16 раз.