Химическая кинетика и равновесие

Кинетика — учение о скорости различных процессов, в том числе химических реакций. Критерием принципиальной осуществимости реакций является неравенство ∆G_p,Т < 0. Но это неравенство не является полной гарантией фактического течения процесса в данных условиях, не является достаточным для оценки кинетических возможностей реакции. Скорость химических реакций зависит от многих факторов, основные из которых - |концентрация (давление) реагентов, температура и действие катализатора. Эти же факторы определяют и достижение равновесия в реагирующей системе.

Пример. Константа равновесия гомогенной системы

СО(г) + Н₂О(г) ↔ СО₂(г) + Н₂(г)

при 850° С равна 1. Вычислите концентрации всех веществ при равновесии, если исходные концентрации: [СО]_исх = 3 моль/л,

[Н₂О] _исх = 2 моль/л.

Решение. При равновесии скорости прямой и обратной реакций равны, а отношение констант этих скоростей постоянно и называется константой равновесия данной системы:

v _np = К₁ [CO][H₂O]; v _o6p = К₂ [СО₂][Н₂];

В условии задачи даны исходные концентрации, тогда как в и выражение К_рвходят только равновесные концентрации всех веществ системы. Предположим, что к моменту равновесия концентрация [СО₂]_Р = х моль/л. Согласно уравнению системы число молей образовавшегося водорода при этом будет также х моль/л. По столько же молей (х моль/л) СО и Н₂О расходуется для празования по х молей СО₂ и Н₂. Следовательно, равновесные концентрации всех четырех веществ (моль/л):

[СО₂]_Р = [Н₂]_р = х; [СО]_Р = (3 - х); [Н₂О]_Р =(2- х).

Зная константу равновесия, находим значение х, а затем исходные концентрации всех веществ:

1= х ²/(3- х)(2- х); х ² = 6-2 х -3 х + х ²; 5 х =6; х =1,2 моль/л.

Таким образом, искомые равновесные концентрации: [СО₂]_Р = 1,2 моль/л; [Н₂]_р = 1,2 моль/л; [СО]_Р= 3 — 1,2 = 1,8 моль/л; [Н₂О]_Р = 2- 1,2 = 0,8 моль/л.

23. Константа скорости реакции A + 2В ↔ 3С равна 0,8. Начальные концентрации веществ А и В равны соответственно 2,0 М и 3,0 М. Вычислите скорость реакции в начальный момент и когда концентрация вещества В стала равной 0,6 М.

24. Константа скорости реакции 2 А + В ↔ 2С равна 0,6. Начальные концентрации веществ А и В равны соответственно 0,4 М и 0,5 М. Вычислите скорость реакции в начальный момент и в момент, когда концентрация вещества А уменьшится на 0,2 М.

25. Через 10 минут после начала реакции 3 А + В ↔ 2 С концентрации веществ A, В и С составили соответственно 0,3 М, 0,1 М и 0,04 М. Константа скорости реакции равна 0,5. Вычислите скорость реакции в начальный момент и через 10 минут после начала реакции.

26. Константа скорости реакции разложения оксида азота (I) на азот и кислород равна 5 х 10 ^-4. Исходная концентрация оксида азота (I) равна 4,0 М. Вычислите начальную скорость реакции и ее скорость, когда разложится 40% оксида азота (I).

27. В гомогенной системе А + 2 В ↔ С равновесные концентрации веществ А, В и С равны соответственно 0,05 М, 0,10 М и 0,20 М. Вычислите константу равновесия и исходные концентрации веществ А и В.

28. Константа равновесия при синтезе аммиака из азота и водорода, равна 0,1.Равновесные концентрации водорода и аммиака равны соответственно 0,6 М и 0,2 М. Вычислите начальную и равновесную концентрации азота.

29. Концентрации оксида серы (IV) и кислорода до реакции были соответственно равны 0,03 М и 0,015 М. При равновесии концентрация оксида серы (IV) стала равной 0,01 М. Вычислите равновесные концентрации кислорода, оксида серы (VI) и константу равновесия: SO₂ +O₂ ↔ SO₃

30. Равновесие процесса разложения оксида азота (IV) на оксид азота (II) и кислород установилось при концентрациях оксида азота (IV), оксида азота (II) и кислорода, равных соответственно 0,08 М, 0,02 М и 0,01 М. Вычислить константу равновесия и начальные концентрации исходных веществ.

31. Константа равновесия гомогенной системы АВ ↔ А + В равна 0,06. Равновесная концентрация вещества А равна 0,03 М. Найти начальную концентрацию вещества АВ. Какая доля этого вещества разложилась к моменту установления равновесия?

32. Равновесие в системе А + В ↔ 2 АВ установилось при концентрациях веществ А, В и АВ, равных соответственно, 0,04 М, 0,02 М и 0,06 М. Вычислите константу равновесия и начальные концентрации исходных веществ.

33. В гомогенной системе А + В ↔ 2С равновесные концентрации веществ А, В и С равны соответственно 0,12 М, 0,12 М и 0,06 М. Вычислите константу равновесия и начальные концентрации веществ А и В.

Контрольные задания №4