Найти давление в сосуде после реакции
Задачи и упражнения по химической кинетике
Скорость химической реакции. Закон действующих масс (закон Гульдберга и Вааге)
1. Как изменится скорость образования диоксида азота в реакции оксида азота(II) с кислородом, если давление в системе увеличить в 3 раза, а температуру оставить неизменной?
Ответ. Возрастет в 27 раз.
2. Как изменится скорость элементарной реакции А2 + 2В2 = 2АВ2, протекающей в газовой фазе в закрытом сосуде, если увеличить давление в 6 раз?
Для реакции, описываемой уравнением:
1 = k•[A2]•[B2] 2 .
При увеличении давления в сосуде в 6 раз концентрации всех веществ также возрастут в 6 раз. Выражение для скорости реакции примет вид:
2 = k•6[A2]•(6[B2]) 2 = 216k•[A2]•[B2] 2 .
Ответ. Возрастет в 216 раз.
3. Определить среднюю скорость химической реакции восстановления углекислого газа водородом до угарного газа и воды, если через 80 с после начала реакции молярная концентрация воды была равна 0,24 моль/л, а через 2 мин 7 с стала равна 0,28 моль/л.
Ответ. 0,051 моль/(л•мин).
4. Как изменится скорость реакции получения аммиака из простых веществ, если при неизменной температуре уменьшить объем газовой смеси в 3 раза?
Ответ. Увеличится в 81 раз.
5. Во сколько раз изменится скорость химической реакции 2А + В = А2В, если концентрацию вещества А увеличить в 2 раза, а концентрацию вещества В уменьшить в 2 раза?
Ответ. Возрастет в 2 раза.
1. Во сколько раз увеличится скорость химической реакции образования йодоводорода из простых веществ при повышении температуры от 20 °С до 170 °С, если при повышении температуры на каждые 25 °С скорость реакции увеличивается в 3 раза?
Ответ. Увеличится в 716 раз.
2. Коэффициент Вант-Гоффа для некоторой реакции равен 2,5. Во сколько раз увеличится скорость этой реакции при повышении температуры от 10 °С до 55 °С?
Выражение для скорости реакции
2 по сравнению со скоростью реакции 1 при изменении температуры Т имеет вид:
Ответ. Возрастет в 61,76 раза.
3. Скорость некоторой реакции возрастает в 3,5 раза при повышении температуры на каждые 20 °C. Как изменится время протекания данной реакции при повышении температуры от 20 °C до 85 °С?
Ответ. Уменьшится в 58,475 раза.
4. Растворение образца цинка в соляной кислоте при 20 °С заканчивается через 27 мин, а при 40 °С такой же образец металла растворяется за 3 мин. За какое время данный образец цинка растворится при 55 °С?
5. Растворение образца железа в серной кислоте при 20 °С заканчивается через 15 мин, а при 30 °С такой же образец металла растворяется за 6 мин. За какое время данный образец железа растворится при 35 °С?
Состояние равновесия. Равновесные концентрации
1. Равновесие реакции образования йодоводорода из простых веществ установилось при следующих концентрациях: [H2] = 0,4 моль/л, [I2] = 0,5 моль/л, [HI] = 0,9 моль/л. Определить исходные концентрации водорода и йода и рассчитать константу равновесия данной реакции.
Для реакции образования йодоводорода:
[H2] = 0,4 моль/л, [I2] = 0,5 моль/л, [HI] = 0,9 моль/л.
Прореагировало в объеме: 0,45 моль/л Н2 и 0,45 моль/л I2, получилось 0,9 моль/л HI.
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.
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.
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.
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?
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?
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?
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.
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.
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.
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.
Источник
➤ Adblock
detector
Источник
Тема «Химическая термодинамика и кинетика», предполагающая изучение условий, влияющих на скорость химической реакции, встречается в школьном курсе химии дважды – в 9-м и в 11-м классах. Однако именно эта тема является одной из наиболее трудных и достаточно сложной не только для понимания «средним» учеником, но даже для изложения некоторыми учителями, особенно неспециалистами, работающими в сельской местности, для которых химия является дополнительным предметом, с учетом часов которого у педагога набирается ставка, а значит, и надежда на более-менее приличную зарплату.
В условиях резкого уменьшения числа учащихся в сельских школах, в силу хорошо известных причин, учитель вынужден быть универсалом. Посетив 2–3 курса, он начинает преподавание предметов, зачастую очень далеких от его основной специальности.
Данная разработка ориентирована в первую очередь на начинающих учителей и предметников, вынужденных преподавать химию в условиях рыночной экономики. Материал содержит задачи на нахождение скоростей гетерогенных и гомогенных реакций и увеличения скорости реакции при повышении температуры. Несмотря на то, что данные задачи базируются на школьном, хотя и сложном для усвоения «средним» учеником материале, целесообразно прорешать несколько из них на уроке химии в
11-м классе, а остальные предложить на кружковом или факультативном занятии учащимся, которые планируют свою дальнейшую судьбу связать с химией.
Помимо подробно разобранных и снабженных ответами задач данная разработка содержит теоретический материал, который поможет учителю химии, в первую очередь неспециалисту, понять суть этой сложной темы курса общей химии.
С опорой на предлагаемый материал можно создать свой вариант урока-лекции, в зависимости от способностей учащихся в классе, причем использовать предложенную теоретическую часть можно при изучении этой темы как в 9-м, так и в 11-м классе.
Наконец, материал, содержащийся в данной разработке, будет нелишним разобрать самостоятельно выпускнику, готовящемуся к поступлению в вуз, в том числе и в тот, в котором химия является профилирующим предметом.
Условия, влияющие на скорость химической реакции
1. Скорость химической реакции зависит от природы реагирующих веществ.
Металлический натрий, имеющий щелочную природу, бурно реагирует с водой с выделением большого количества теплоты, в отличие от цинка, имеющего амфотерную природу, который реагирует с водой медленно и при нагревании:
Порошкообразное железо более энергично взаимодействует с сильной минеральной соляной кислотой, чем со слабой органической уксусной кислотой:
2. Скорость химической реакции зависит от концентрации реагирующих веществ, находящихся в растворенном или газообразном состоянии.
В чистом кислороде сера горит более энергично, чем на воздухе:
С 30%-м раствором соляной кислоты порошкообразный магний реагирует более энергично, чем с 1%-м ее раствором:
3. Скорость химической реакции прямо пропорциональна площади поверхности реагирующих веществ, находящихся в твердом агрегатном состоянии.
Кусок древесного угля (углерод) очень трудно поджечь спичкой, но древесная угольная пыль сгорает со взрывом:
С + О2 = СО2
.
Алюминий в виде гранулы не реагирует с кристаллом йода количественно, но измельченный йод энергично соединяется с алюминием в виде пудры:
4. Скорость химической реакции зависит от температуры, при которой происходит процесс.
При повышении температуры на каждые 10 °С скорость большинства химических реакций увеличивается в 2–4 раза. Конкретное увеличение скорости химической реакции определяется особым температурным коэффициентом
(гамма).
Рассчитаем, во сколько раз возрастет скорость реакции:
если температурный коэффициент
равен 3, а температура процесса возросла с 10 °С до 50 °С.
Изменение температуры составляет:
t = 50 °С – 10 °С = 40 °С.
где
– скорость химической реакции при повышенной температуре, – скорость химической реакции при начальной температуре.
Следовательно, скорость химической реакции при повышении температуры с 10 °С до 50 °С возрастет в 81 раз.
5. Скорость химической реакции зависит от присутствия некоторых веществ.
Катализатор – это вещество, ускоряющее ход химической реакции, но само в процессе реакции не расходующееся. Катализатор понижает активационный барьер химической реакции.
Ингибитор – это вещество, замедляющее ход химической реакции, но само в процессе реакции не расходующееся.
Катализатором, ускоряющим ход данной химической реакции, является оксид марганца(IV).
Катализатором, ускоряющим ход данной химической реакции, является красный фосфор.
Ингибитором, замедляющим ход данной химической реакции, является вещество органической природы – уротропин (гексаметилентетрамин).
• Скорость гомогенной химической реакции измеряется числом молей вещества, вступившего в реакцию или образовавшегося в результате реакции за единицу времени в единице объема:
где
гомог – скорость химической реакции в гомогенной системе, – число молей одного из вступивших в реакцию или одного из образовавшихся в результате реакции веществ, V – объем,
t – время, – изменение числа молей вещества за время реакции t.
Поскольку отношение числа молей вещества к объему системы представляет собой концентрацию с, то
Скорость гомогенной химической реакции измеряется в моль/(л•с).
Учитывая это, можно дать следующее определение:
• скорость гомогенной химической реакции равна изменению концентрации одного из вступивших в реакцию или одного из образующихся в результате реакции веществ в единицу времени.
Если реакция протекает между веществами в гетерогенной системе, то реагирующие вещества соприкасаются между собой не во всем объеме, а только на поверхности твердого тела. Так, например, при горении кусочка кристаллической серы молекулы кислорода реагируют только с теми атомами серы, которые находятся на поверхности кусочка. При измельчении кусочка серы площадь реагирующей поверхности возрастает, и скорость горения серы увеличивается.
В связи с этим определение скорости гетерогенной химической реакции следующее:
• скорость гетерогенной химической реакции измеряется числом молей вещества, вступившего в реакцию или образовавшегося в результате реакции в единицу времени на единице поверхности:
где S – площадь поверхности.
Скорость гетерогенной химической реакции измеряется в моль/(см 2 •с).
Задачи по теме
«Химическая термодинамика и кинетика»
1. В сосуд для проведения химических реакций ввели 4 моль оксида азота(II) и избыток кислорода. Через 10 с количество вещества оксида азота(II) оказалось равным 1,5 моль. Найдите скорость данной химической реакции, если известно, что объем сосуда равен 50 л.
2. Количество вещества метана в сосуде для проведения химических реакций равно 7 моль. В сосуд ввели избыток кислорода и смесь взорвали. Опытным путем было установлено, что через 5 с количество вещества метана уменьшилось в 2 раза. Найдите скорость данной химической реакции, если известно, что объем сосуда равен 20 л.
3. Начальная концентрация сероводорода в сосуде для сжигания газов была равна 3,5 моль/л. В сосуд ввели избыток кислорода и смесь взорвали. Через 15 с концентрация сероводорода составила 1,5 моль/л. Найдите скорость данной химической реакции.
4. Начальная концентрация этана в сосуде для сжигания газов была равна 5 моль/л. В сосуд ввели избыток кислорода и смесь взорвали. Через 12 с концентрация этана составила 1,4 моль/л. Найдите скорость данной химической реакции.
5. Начальная концентрация аммиака в сосуде для сжигания газов была равна 4 моль/л. В сосуд ввели избыток кислорода и смесь взорвали. Через 3 с концентрация аммиака составила 1 моль/л. Найдите скорость данной химической реакции.
6. Начальная концентрация оксида углерода(II) в сосуде для сжигания газов была равна 6 моль/л. В сосуд ввели избыток кислорода и смесь взорвали. Через 5 с концентрация оксида углерода(II) уменьшилась вдвое. Найдите скорость данной химической реакции.
7. Кусочек серы с площадью реагирующей поверхности 7 см 2 сожгли в кислороде с образованием оксида серы(IV). За 10 с количество вещества серы уменьшилось с 3 моль до 1 моль. Найдите скорость данной химической реакции.
8. Кусочек углерода с площадью реагирующей поверхности 10 см 2 сожгли в кислороде с образованием оксида углерода(IV). За 15 с количество вещества углерода уменьшилось с 5 моль до 1,5 моль. Найдите скорость данной химической реакции.
9. Кубик магния с общей площадью реагирующей поверхности 15 см 2 и количеством вещества
6 моль сожгли в избытке кислорода. При этом через 7 с после начала реакции количество вещества магния оказалось равным 2 моль. Найдите скорость данной химической реакции.
10. Брусок из кальция с общей площадью реагирующей поверхности 12 см 2 и количеством вещества 7 моль сожгли в избытке кислорода. При этом через 10 с после начала реакции количество вещества кальция оказалось в 2 раза меньше. Найдите скорость данной химической реакции.
Решения и ответы
1(NO) = 4 моль, 2(NO) = 1,5 моль, р-ции.
Источник
Источник
Задача 350.
Реакция СО + С12 ⇔ СОС12 протекает в закрытом сосуде при постоянной температуре; исходные вещества взяты в эквивалентных количествах. К моменту наступления равновесия остается 50% начального количества СО. Определить давление равновесной газовой смеси, если первоначальное давление равнялось 100 кПа (750 мм рт. ст.).
Решение:
Уравнение реакции имеет вид:
СО + С12 ⇔ СОС12
По условию задачи в реакцию вступило 50% СО. Из уравнения реакции следует, что из 1 моля СО и 1 моля С12 образуется 1 моль СОС12. Следовательно, из 0,5 моль СО и 0,5 моль С12 образовалось тоже 0,5 молей СОС12. Учитывая, что вещества реагируют друг с другом в эквивалентных количествах, значит, в 1л реакционной смеси содержится 2 моля исходных веществ (СО и С12), половина из которых прореагировало с образованием 0,5 молей СОС12.
Таким образом, количество системы уменьшилось на 0,5 молей и составило после протекания реакции 1,5 молей (2 – 0,5 = 1,5). Следовательно, давление равновесной газовой смеси определится из пропорции:
2 : 1,5 = 100 : х; х = (1,5 . 100)/2 = 75 кПа.
Ответ: 75кПа.
Задача 351.
В закрытом сосуде установилось равновесие: СО2(г.) + Н2(г.) ⇔ СО(г.) + +Н2О(г.); константа равновесия равна единице. Определить: а) сколько процентов СО2 подвергнется превращению в СО при данной температуре, если смешать 1 моль СО2 и 5 молей Н2? б) в каких объемных соотношениях были смешаны СО2 и Н2, если к моменту наступления равновесия в реакцию вступило 90% первоначального количества водорода?
Решение:
а) Уравнение реакции имеет вид
СО2(г.) + Н2(г.) ⇔ СО(г.) + +Н2О(г.)
Из уравнения следует, что из 1 моля СО2 и 1 моля Н2 образуется по 1 молю СО и Н2О.
Обозначим равновесную концентрацию СО и Н2О через х, тогда [CO] = [H2O]. Таким образом, равновесные концентрации СО2 и Н2 будут составлять, соответственно, (1 – х) и (5 – х)моль/л, а СО и Н2О – по х моль/л. Подставим эти значения в выражение константы равновесия реакции:
Таким образом, 83,3% СО2 подвергнется разложению в СО, учитывая, что [CO2] = 1 моль/л.
б) Находим количество Н2, которое вступило в реакцию: 5 . 0,9 = 4,5 моль/л. Остаток количества СО2 и Н2 одинаков и будет составлять 0,5 моль/л (5 – 4,5 = 0,5). Тогда объёмные соотношения СО2 и Н2, к моменту наступления равновесия, составляют:
V(H2) : V(CO2) = 4,5 : 0,5 = 9 : 1 .
Ответ: а) 83,3%; б) 9:1.
Задача 352.
При состоянии равновесия в системе:
N2(г) + 3H2(г) ⇔ 2NН3(г); = -92,4 кДж
концентрации участвующих веществ равны: [N2] = 3 моль/л; [H2] = 9 моль/л; [NН3] = 4 моль/л. Определить: а) исходные концентрации Н2 и N2 б) в каком направлении сместится равновесие с ростом температуры? в) в каком направлении сместится равновесие, если уменьшить объем реакционного сосуда?
Решение:
а) Для нахождения исходных концентраций веществ N2 и Н2 учтём, что, согласно уравнению реакции из 1 моля N2 и 3 молей Н2 образуется 2 моля NH3. Поскольку по условию задачи в каждом литре системы образовалось 4 моля NH3, то при этом было израсходовано 1/2 . 4 = 2 моля N2 и 3/4 . 4 = 6 молей Н2. Таким образом, искомые исходные концентрации N2 и Н2 равны:
[N2]0 = 3 + 2 = 5 моль/л;
[H2]0 = 6 + 3 = 9 моль/л.
б) Из уравнения реакции следует, что данная реакция экзотермическая, т.е. протекает с выделением теплоты. Поэтому при повышении температуры в экзотермической системе, согласно принципу Ле Шателье, равновесие системы сместится в сторону уменьшения действия температуры, т.е. влево.
в) Реакция протекает с уменьшением числа молей газообразных веществ, т.е. с уменьшением объёма и, соответственно, с уменьшением давления в системе. Поэтому при уменьшении объёма реакционного сосуда равновесие системы сместится в сторону образования аммиака, вправо, т.е. согласно принципу Ле Шателье, в сторону уменьшения действия (повышения давления при уменьшении объёма реакционного сосуда).
Ответ: а) [N2]0 = 5 моль/л, [H2]0 = 6 + 3 = 9 моль/л; б) влево; в) вправо.
Задача 353.
Константа равновесия реакции FeO(к) + CO(г) ⇔ Fe(к) + CO2(г), при некоторой температуре равна 0,5. Найти равновесные концентрации СО и СО2, если начальные концентрации этих веществ составляли: [СО] = 0,05 моль/л, [СО2] = 0,01 моль/л.
Решение:
Для нахождения равновесных концентраций веществ учтем, что, согласно уравнению реакции из 1 моля СО образуется 1 моль СО2. Обозначим количество, прореагировавшего вещества СО за x моль. Учитывая, что моль СО2 образуется при реакции, то при этом равновесная концентрация СО будет равна (0,05 – х)моль/л, а СО2 – (0,01 + х) моль/л.
Таким образом, подставив в выражение константы равновесия реакции эти концентрации, найдём значение:
Отсюда искомые равновесные концентрации веществ равны:
[СО]равн. = 0,05 – 0,01 = 0,04 моль/л;
[СО2]равн. = 0,01 + 0,01 = 0,02 моль/л.
Ответ: [СО] = 04 моль/л; [СО2] = 0,02 моль/л.
Задача 354.
Равновесие в системе H2(г) + I2(г) ⇔ 2HI(г) установилось пи следующих концентрациях: [H2] = 0,025 моль/л; [I2] = 0,005 моль/л; [HI] = 0,09 моль/л. Определить исходные концентрации йода и водорода.
Решение:
Для нахождения исходных концентраций йода и водорода учтём, что согласно уравнению реакции, из 1 моля йода и 1 моля водорода образуется 2 моля йодоводорода. Поскольку по условию задачи в каждом литре системы образовалось 0,09 молей вещества HI, то при этом было затрачено 0,045 (0,09/2 = 0?045) молей H2 и, соответственно 0,045 молей I2.
Отсюда находим исходные концентрации водорода и йода:
[I2]исх. = 0,005 + 0,045 = 0.0 5моль/л;
[H2]исх. =.0,025 + 0,045 = 0,07 моль/л.
Ответ: [H2]исх. = 0,07 моль/л; [I2]исх. = 0.05 моль/л.
Задача 355.
При некоторой температуре равновесие в системе 2NO2 ⇔ 2NO + O2 установилось при следующих концентрациях: [NO2] = 0,006 моль/л; [NO] = 0,024 моль/л. Найти константу равновесия реакции и исходную концентрацию NO2.
Решение:
Константа равновесия данной реакции выражается уравнением:
Учитывая, что равновесная концентрация О2 будет составлять 1/2 концентрации NO, т.е. 0,012 моль/л (0,024/2 = 0,012), рассчитаем константу равновесия:
Для нахождения исходной концентрации NO2 учтём, что согласно уравнению реакции из 1 моля NO2 образуется 1 моль NO. Поскольку по условию задачи в каждом литре системы образовалось 0,024 моля NO, то при этом было израсходовано 0,024 моля NO2.
Таким образом, искомая исходная концентрация NO равна:
[NO2]исх. = 0,006 + 0,024 = 0,03 моль/л.
Ответ: К = 0,192; [NO2]исх. = 0,03 моль/л.
Источник