Основы химической кинетики. Состояние химического равновесия

Исходные концентрации:

с₀(H₂) = 0,4 + 0,45 = 0,85 моль/л,

с₀(I₂) = 0,5 + 0,45 = 0,95 моль/л.

Ответ. с₀(Н₂) = 0,85 моль/л, с₀(I₂) = 0,95 моль/л, К_р = 4,05.

2. В реакции А + В = С + D смешали по 1 моль всех веществ A–D. После установления равновесия в смеси оказалось 1,5 моль вещества С. Определить константу равновесия данной реакции.

Ответ. К_р = 9.

3. Равновесие реакции образования аммиака из простых веществ устанавливается при следующих концентрациях: [N₂] = 0,01 моль/л, [Н₂] = 2 моль/л, [NН₃] = 0,4 моль/л. Вычислить константу равновесия и исходные концентрации азота и водорода.

Ответ. К_р = 2, с₀(N₂) = 0,21 моль/л, с₀(Н₂) = 2,6 моль/л.

4. Равновесие реакции образования диоксида азота из монооксида и кислорода установилось при следующих концентрациях реагирующих веществ: оксида азота(II) – а моль/л, кислорода – в моль/л, оксида азота(IV) – с моль/л. Как изменятся скорости прямой и обратной реакций, если уменьшить объем, занимаемый газами, в 2 раза? Сместится ли при этом равновесие?

Ответ. Возрастут в 8 и 4 раза, 
равновесие сместится вправо.

5. Исходные концентрации азота и водорода в реакционной смеси для получения аммиака составляли 4 и 10 моль/л соответственно. Вычислить равновесные концентрации компонентов смеси и константу равновесия данной реакции, если к моменту наступления равновесия прореагировало 50% азота.

Ответ. Равновесные концентрации: 
[N₂] = 2 моль/л, 
[Н₂] = [NН₃] = 4 моль/л, 
К_р = 1/8.

Принцип Ле Шателье

1. Какие факторы способствуют смещению равновесия в эндотермической реакции восстановления углекислого газа до угарного с помощью углерода в сторону образования продукта реакции?

Ответ. Для реакции

СО₂ (г.) + С (тв.)   2СО (г.) – Q

смещению равновесия вправо способствуют: 
а) нагревание; б) понижение давления; 
в) увеличение концентрации СО₂; 
г) вывод СО из сферы реакции.

2. Какие факторы способствуют смещению равновесия в эндотермической реакции восстановления оксида железа(III) с помощью водорода в сторону прямой реакции?

Ответ. Для реакции

Fe₂О₃ (тв.) + 3Н₂ (г.)   2Fe (тв.) + 3Н₂О (г.) – Q

смещению равновесия вправо способствуют: 
а) нагревание; б) увеличение концентрации Н₂; в) вывод Н₂О из реакции.

3. Какие факторы способствуют смещению равновесия в экзотермической реакции образования сероводорода из простых веществ в сторону образования продукта реакции?

Ответ. Для реакции

Н₂ (г.) + S (тв.)   Н₂S (г.) + Q

смещению равновесия в  сторону образования Н₂S способствуют: 
а) охлаждение; б) увеличение концентрации Н₂; в) вывод Н₂S из реакции.

4. Для каких из указанных реакций повышение давления приведет к смещению равновесия в том же направлении, что и понижение температуры?

а) N₂ + O₂   2NO – Q;

б) CO₂ + C   2CO – Q;

в) 2CO + O₂   2CO₂ + Q;

г) CO + H₂O (г.)  CO₂ + H₂ + Q.

Ответ. б, в.

Комбинированные задачи повышенной сложности

1. Один моль смеси пропена с водородом, имеющей плотность по водороду 15, нагрели в замкнутом сосуде с платиновым катализатором при 320 °С, при этом давление в сосуде уменьшилось на 25%. Рассчитать выход продукта гидрирования в процентах от теоретического.

Ответ. 83,3%.

2. Пары этаналя смешали с водородом в молярном отношении 1:2 при давлении 300 кПа и температуре 400 °С в замкнутом реакторе, предназначенном для синтеза этанола. После окончания процесса давление газов в реакторе при неизменной температуре уменьшилось на 20%. Определить объемную долю паров этанола в реакционной смеси и процент превращения уксусного альдегида в этанол.

Ответ. Объемная доля паров этанола 
в конечной реакционной смеси – 25%, 
степень превращения альдегида в этанол – 60%.

3. При нагревании до некоторой температуры 36 г уксусной кислоты и 7,36 г безводного этанола в присутствии серной кислоты получена равновесная смесь. Эта смесь при действии избытка раствора хлорида бария образует 4,66 г осадка, а при действии избытка раствора гидрокарбоната калия выделяет 12,1 л углекислого газа (н.у.). Найти количество сложного эфира в равновесной смеси.

Ответ. 0,1 моль.

4. Угарный газ смешали с водородом в молярном соотношении 1:4 при давлении 10 МПа и температуре 327 °С в замкнутом реакторе, предназначенном для синтеза метанола. После окончания процесса давление газов в реакторе при неизменной температуре уменьшилось на 10%. Определить объемную долю паров метанола в реакционной смеси и процент превращения угарного газа в метанол.

Ответ. Объемная доля паров метанола 
в конечной реакционной смеси – 5,55%, 
степень превращения угарного газа в метанол – 25%.