Задания для текущих и промежуточных контролей. 1. В момент установления равновесия в системе

Раздел I

1. В момент установления равновесия в системе

N_2(г) + 3Н_2(г) ↔2NH_3(г)

молярные концентрации азота, водорода и аммиака соответственно равны 2,5; 1,8; и 3,6 моль/л. Вычислите константу химического равновесия и начальные молярные концентрации азота и водорода.

Ответ: 0,9; 4,3 моль/л; 7,2 моль/л.

2. Химическое равновесие в гомогенной системе

А +2В ↔ С

установилось при следующих молярных концентрациях веществ (моль/л): С(А) = 0,06; С(В) = 0,12; С(С) = 0,216. Вычислите константу равновесия и начальные молярные концентрации веществ А и В.

Ответ: 250; 0,276 моль/л; 0,552 моль/л.

3. В реакционной массе, содержащей в начальный момент времени 3 моль/л кислорода и 5 моль/л водорода, в результате химической реакции образуется вода. В состоянии равновесия молярная концентрация продукта реакции составила 4 моль/л. Определите константу равновесия реакции.

Ответ: 16.

4. Константа равновесия реакции

FeO_(к) + СО_(г) ↔Fe_(к) + СО_2(г)

при некоторой температуре равна 0,5. Найдите равновесные молярные концентрации СО и СО₂, если их начальные молярные концентрации составляли соответственно 0,05 и 0,01 моль/л.

Ответ: 0,04 моль/л; 0,02 моль/л.

5. Реакция протекает согласно уравнению 2А ↔ В. Начальная молярная концентрация вещества А равна 0,2 моль/л. Константа равновесия реакции К_с = 0,5. Определите равновесные молярные концентрации веществ А и В.

Ответ: ~0,17 моль/л; ~0,015 моль/л.

6.Через некоторое время после начала гомогенной реакции

4HCl + O₂ ↔ 2H₂O + 2Cl₂

при установившемся равновесии молярные концентрации веществ стали равными (моль/л)

Определите начальные молярные концентрации НCl и О₂.

Ответ: 1,45 моль/л; 0,59 моль/л.

7. Вычислите константу равновесия гомогенной реакции

N₂ + 3H₂ ↔ 2NH₃,

если начальные молярные концентрации азота и водорода составляли соответственно 6 и 13 моль/л, а в момент равновесия молярная концентрация аммиака была 8 моль/л.

Ответ: 32.

8. В замкнутом сосуде протекает газофазная реакция

АВ ↔ А + В.

Определите начальную молярную концентрацию исходного вещества АВ, если известно, что константа равновесия реакции равна 0,04, а равновесная молярная концентрация вещества А составляет 0,02 моль/л.

Ответ: 0,03 моль/л.

9. Вычислите константу равновесия системы

H₂ + I₂ ↔ 2HI,

если реакция началась при молярных концентрациях водорода и йода, равных 1 и 0,6 моль/л соответственно, а в момент равновесия молярная концентрация HI была 1 моль/л.

Ответ: 20.

10. Протекает газофазная реакция

3А + 2В ↔ 3С.

При установившемся химическом равновесии зафиксированы следующие молярные концентрации реагирующих веществ (моль/л): С(А) = 5; С(В) = 5; С(С) = 6. Определите молярные концентрации веществ А и В в начальный момент времени. Вычислите константу равновесия гомогенной реакции.

Ответ: 11 моль/л; 9 моль/л; 0,06912.

11. При температуре 713 К константа диссоциации HI равна 0,0156. Найдите концентрации H₂, I₂ и HI в состоянии равновесия, если вначале было взято 2 моль HI. Вместимость реакционного сосуда равна 5 л.

Ответ: 0,04 моль/л; 0,04 моль/л; 0,32 моль/л.

12. Константа равновесия гомогенной реакции

СО₂ + Н₂ ↔ СО + Н₂О

равна 1. Рассчитайте равновесные молярные концентрации всех веществ, если начальные молярные концентрации водорода и диоксида углерода составляли соответственно 0,6 и 0,3 моль/л.

Ответ: моль/л.

13. Начальные молярные концентрации оксида азота и хлора в газофазной реакции

2NO + Cl₂ ↔ 2NOCl

равны соответственно 0,5 и 0,2 моль/л. К моменту наступления равновесия прореагировало 20 % оксида азота. Вычислите константу равновесия реакции.

Ответ: 0,42.

14. Константа равновесия гомогенной реакции

СО + Н₂О ↔ СО₂ + Н₂

при некоторой температуре равна 1. Вычислите равновесные молярные концентрации всех веществ, если начальные молярные концентрации СО и Н₂О были одинаковы и составляли 1 моль/л.

Ответ: моль/л.

15. Начальные молярные концентрации оксида углерода (II) и паров воды равны и составили 0,03 моль/л. Вычислите равновесные молярные концентрации СО, Н₂О и Н₂ в гомогенной реакции СО + Н₂О ↔ СО₂ +Н₂, если известно, что

равновесная молярная концентрация СО₂ равна 0,01 моль/л.

Ответ: моль/л; моль/л.

16. Определите К_с газофазной реакции

2SO₂ + O₂ ↔ 2SO₃,

если начальные молярные концентрации веществ равны а к моменту равновесия прореагировало 80 % кислорода.

Ответ: 64.

17. Начальная молярная концентрация кислорода в гомогенной системе 3О₂ ↔ 2О₃ была равна 1,2 моль/л. Вычислите К_с, если к моменту установления равновесия 70 % кислорода превратилось в озон.

Ответ: 6,72.

18. Гомогенная реакция

Н₂ + I₂ ↔ 2HI

началась при молярных концентрациях водорода и йода 1 и 0,6 моль/л соответственно. К моменту наступления равновесия прореагировало 50 % водорода. Определите К_с.

Ответ: 20.

19. Реакция протекает по уравнению А + В ↔ 2С.

Определите равновесные концентрации реагирующих веществ, если начальные молярные концентрации веществ А и В соответственно равны 0,5 и 0,7 моль/л, а константа равновесия реакции равна 50.

Ответ: с_А=0,06 моль/л; с_B=0,26 моль/л; c_C=0,88 моль/л.

20. Вычислите равновесные молярные концентрации веществ в гомогенной реакции CH₄ + I₂ ↔ CH₃I + HI, если в исход-

ной смеси было 2 моль/л метана и 3 моль/л йода, а константа равновесия была равна 1.

Ответ:

моль/л; моль/л; моль/л.

21. Начальные молярные концентрации исходных веществ SO₂ и О₂ в газофазной реакции 2SO₂ + O₂ ↔ 2SO₃ были равны

1,6 и 1,2 моль/л соответственно. Найдите концентрации этих веществ в тот момент, когда образовалось 0,6 моль/л SO₃.

Ответ:

22. 4 моль оксида серы (IV) и 2 моль кислорода смешаны при давлении 3,039·10⁵ Па. К моменту наступления равновесия в смеси осталось 20 % SO₂. Определите равновесные количества SO₂, O₂ и образовавшегося оксида серы (VI) и давление, при котором установилось равновесие, если реакция велась в закрытом сосуде.

Ответ: 0,8 моль; 0,4 моль; 3,2 моль; 2,229•10⁵ Па.

23. В газофазной реакции CO + Cl₂ ↔ COCl₂ исходные вещества взяты в эквимолярных количествах при давлении 1,013·10⁵ Па. К моменту наступления равновесия в смеси осталось 50 % СО. Определите, каким станет давление, если реакция велась в закрытом сосуде?

Ответ: 7,6^.10⁴ Па.

24. Как изменится давление в закрытом сосуде при протекании газофазной реакции

N₂ + 3H₂ ↔ 2NH₃,

если начальные молярные концентрации N₂ и Н₂ были равны 2 и 6 моль/л соответственно, а к моменту наступления равновесия доля прореагировавшего азота составила 10 %.

Ответ: давление составит 95 % от исходного.

25. При данной температуре для гомогенной реакции

А +В ↔ С +D

константа равновесия равна 1. В реакции участвовали 2 моль вещества А и 2 моль вещества В. Вычислите, какая доля вещества А (%) подверглась превращению?

Ответ: 50 %.

26. Константа равновесия гомогенной реакции

А + В ↔ С + D

равна 1. Начальные молярные концентрации веществ А и В составили 2 и 10 моль/л соответственно. Определите, сколько процентов вещества А прореагировало?

Ответ: 83,5 %.

27. Вычислите массовые доли Н₂ и I₂ в момент установления равновесия в реакции с образованием HI, если начальные молярные концентрации водорода и йода равны 1 моль/л, а константа равновесия при данной температуре равна 4?

Ответ: 0,0039 м.д.; 0,4961 м.д.

28. Для газофазной реакции

СОCl₂ ↔ СО + Cl₂

при некоторой температуре константа равновесия составляет 5, а равновесная концентрация хлора – 0,5 моль/л. Найдите равновесную концентрацию фосгена.

Ответ: 0,05 моль/л.

29. Исходные молярные концентрации СО, Н₂О, СО₂ и Н₂ в газофазной реакции (моль/л)

СО + Н₂О = СО₂ + Н₂

составляли 0,5, 0,6, 0,4 и 0,2 соответственно. Прореагировало 60 % Н₂О. Вычислите молярные концентрации всех участвующих в реакции веществ. Ответ:

30. Равновесные молярные концентрации веществ А, В, С и D в гомогенной реакции (моль/л)

А + В ↔ С + D

составляли 18,0, 16,0, 24,0 и 12,0 соответственно. Концентрацию вещества С уменьшили на 12 моль/л, в результате чего равновесие было нарушено. Вычислите равновесные концентрации всех веществ после смещения равновесия.

Ответ:

с_А=14,6 моль/л; с_B=12,6 моль/л; c_C=12,0 моль/л; c_D=15,6 моль/л.

Раздел II

Ответы аргументировать!

1. Как повлияет на равновесие реакции

2SO_2(г) + О_2(г) ↔2SO_3(г), D_rH° = -179 кДж

охлаждение реакционной смеси?

2. Сместится ли равновесие реакции

H_2(г) + I_2(г) ↔HI_(г)

при повышении давления?

3. В какую сторону сместится равновесие реакции

N_2(г) + 3H_2(г) ↔2NH_3(г), D_rH° = -92 кДж

при повышении температуры?

4. Как следует изменить температуру, чтобы равновесие в системе

СО_2(г) + С_(к) ↔2СО_(г); DН > 0

сместилось влево?

5. В какую сторону сместится равновесие в системе

Na₂CO_3(к) + Н₂О_(ж) + СО_2(г) ↔2NaHCO_3(к)

при увеличении давления?

6. Будет ли обратимой реакция

СаСО_3(к) ↔ СаО_(к) + СО_2(г) ,

протекающая в открытом сосуде?

7. Как следует изменить давление в системе

3Н_2(г) + N_2(г) ↔ 2NH_3(г) ,

чтобы равновесие сместилось вправо?

8. В какую сторону сместится равновесие в системе

СН_4(г) + Н₂О_(г) ↔ СО_(г) + 3Н_2(г)

при повышении давления?

9. Как повлияет повышение давления на равновесие обратимой реакции

H₂SO₄₍_ж₎ + 2NH₃₍_г₎ ↔ (NH₄)₂SO₄₍_к₎.

10. В системе установилось равновесие

3Fe₂O_3(к) + Н_2(г) ↔ 2Fe₃O_4(к) + Н₂О_(г).

Сместится ли оно при повышении давления?

11. В системе 2NO_(г) + Cl_2(г) ↔ 2NOCl_(г), D_rН° = -73,6 кДж, установилось равновесие. В какую сторону оно сместится при понижении температуры?

12. В системе 2О_3(г) ↔ 3О_2(г); D_rН° = 290 кДж установилось равновесие. В какую сторону оно сместится при повышении температуры?

13. В какую сторону в системе

SO_2(г) + 2CO_(г)↔ 2СO_2(г) + S_(к)

сместится равновесие при понижении давления?

14. В системе

2HI_(г) ↔ Н_2(г) + I_2(г); D_rН° = 52 кДж

установилось равновесие. В какую сторону оно сместится при повышении температуры?

15. В системе

СН_4(г) + 2Н₂S_(г) ↔ СS_2(ж) + 4Н_2(г)

установилось равновесие. В какую сторону оно сместится при повышении давления?

16. В системе

(NH₄)₃PO_4(к) ↔ 3NH_3(г) + H₃PO_4(ж)

установилось равновесие. В какую сторону оно сместится при повышении давления?

17. В какую сторону сместится равновесие системы

4NH_3(г) + 5O_2(г) ↔ 4NO_(г) + 6H₂O_(г)

при повышении давления?

18. В системе

2СО_(г) + О_2(г) ↔ 2СО_2(г); D_rH° =-135,2 кДж

установилось равновесие. В какую сторону оно сместится при повышении температуры?

19. В какую сторону сместится равновесие реакции

S_п.бел. ↔ S_п.сер., D_rH° = -2,52 кДж,

при понижении температуры?

20. В системе

NH_3(г) + H₂O_(ж) ↔ NH₄OH_(ж)

установилось равновесие. Как изменится концентрация NH₄OH_(ж) при уменьшении давления?

21. В какую сторону в системе 2NO_(г) + O_2(г) ↔ 2NO_2(г сместится равновесие₎ при повышении давления?

22. В системе

СаН_2(к) ↔ Са_(к) + Н_2(г)

установилось равновесие. В какую сторону оно сместится при повышении давления?

23. В системе

Cr₂O_3(к) + Al_(к) ↔ Al₂O_3(к) + 2Cr_(к) D_rH° = -120 кДж

установилось равновесие. В какую сторону оно сместится при повышении температуры?

24. В системе

NH₄Cl_(к) ↔ NH_3(г) + HCl_(г)

установилось равновесие. В какую сторону оно сместится при повышении давления?

25. В системе

2С₂Н_6(г) ↔ С₂Н_4(г) + 3H_2(г) + С₂Н_2(г)

установилось равновесие. В какую сторону оно сместится при понижении давления?

26. В какую сторону в системе

SO₃₍_г₎ + H₂O₍_ж₎ ↔ H₂SO₄₍_ж₎, D_rH° =-88,2 кДж

сместится равновесие при повышении температуры?

27. В какую сторону в системе

4HCl_(г) + O_2(г) ↔ 2Cl_2(г) + 2H₂O_(г)

сместится равновесие при повышении давления?

28. В системе

СО_2(г) + Н₂О_(ж) ↔ Н₂СО_3(ж)

установилось равновесие. В какую сторону оно сместится при понижении давления?

29. В системе

Fe₃O_4(к) + 4H_2(г) ↔ 3Fe_(к) + 4H₂O_(г)

установилось равновесие. В какую сторону оно сместится при повышении давления?

30. В какую сторону в системе

SO_2(г) + H₂O_(ж) ↔ H₂SO_3(ж)

сместится равновесие при понижении давления?

Лабораторная работа №3

Химическое равновесие

Цель работы: изучение влияния различных факторов на химическое равновесие.

Теоретическое введение

Привести определение химического равновесия; признаки истинного химического равновесия; понятие константы химического равновесия (К_с); примеры химического равновесия и константы химического равновесия; факторы, влияющие на величину константы равновесия; формулу, связывающую константу равновесия с изменением энергии Гиббса реакции; принцип Лё Шателье и примеры смещения положения равновесия химической реакции при изменении температуры, давления, концентрации.

Экспериментальная часть

Ι. Влияние концентраций веществ на химическое равновесие.

Опыт 1. В обратимой реакции между хлоридом железа (III) и роданидом аммония

FeCl₃ +3KCNS↔ Fe(CNS)₃+3KCl

все вещества не окрашены за исключением роданида железа(III), имеющего красную окраску. По изменению интенсивности окраски можно судить об изменении концентрации Fe(CNS)₃, т.е. о смещении равновесия в ту или иную сторону.

В 4 пробирки, помещённые в штатив, внесите по 1 капле 0,005н раствора FeCl₃ и по 5 капель 0,0025н раствора KCNS. Добавьте в каждую пробирку дистиллированной воды до половины объёма пробирки. При необходимости перемешайте содержимое пробирок встряхиванием.

В 1-ю пробирку добавьте 2 капли 0,5н раствора FeCl₃. Сравните с интенсивностью окраски раствора в 4-й пробирке и сделайте вывод о направлении смещения химического равновесия. При недостаточно выраженном изменении добавьте дополнительно несколько капель 0,5н раствора FeCl₃.

Во 2-ю пробирку добавьте 2 капли 0,5н раствора KCNS.

Сравните с интенсивностью окраски раствора: а) в 4-й пробирке и сделайте вывод о направлении смещения химического равновесия; б) в 1-й пробирке и сделайте вывод об относительном влиянии хлорида железа и роданида калия на направление смещение положения химического равновесия.

В 3-ю пробирке внесите микрошпатель кристаллов хлорида калия и встряхните пробирку. Сравните с интенсивностью окраски раствора в 4-й пробирке и сделайте вывод о направлении смещения химического равновесия. При недостаточно выраженном изменении добавьте дополнительно кристаллы хлорида калия.

Результаты опыта занесите в табл. 4.3.

Таблица 4.3. Экспериментальные данные

Номер пробирки	Добавленный реагент	Изменение интен- сивности окраски	Направление смеще-ния равновесия
	FeCl₃
	KCNS
	KCl
	—

Запишите выражение константы равновесия реакции.

Опыт 2. В растворах, содержащих соединения шестивалентного хрома, существует равновесие реакции

2K₂CrO₄+ H₂SO₄↔ K₂Cr₂O₇+ K₂SO₄+ H₂0.

хромат калия дихромат калия

(желтый) (оранжевый)

Хромат-ион окрашен в жёлтый цвет, а дихромат-ион – в оранжевый. Положение равновесия реакции зависит от кислотности среды, т.к. хромат калия устойчив в щёлочной среде, а дихромат калия – в кислой.

Внесите в пробирку 5 капель 10% раствора дихромата калия. Затем добавляйте по каплям 20% раствор NaOH до изменения окраски раствора в пробирке. Происходит реакция

K₂Cr₂O₇ + 2NaOH → K₂CrO₄ + Na₂CrO₄ + H₂O.

Затем к жёлтому раствору хроматов добавьте по каплям концентрированной H₂SO₄ до перехода окраски в оранжевую. Изменение окраски этого же раствора можно наблюдать несколько раз, добавляя последовательно щёлочь и кислоту.

Результаты опыта занесите в табл. 4.4.

Таблица 4.4. Экспериментальные данные

Добавленный реагент	Окраска раствора	Направление смещения равновесия
NaOH
H₂SO₄

Запишите выражение константы равновесия.

II. Влияние температуры на химическое равновесие.

Опыт 3. Аммиак хорошо растворим в воде, при этом образуется молекулярное соединение NH₃×H₂O,

NH₃+H₂O ↔ NH₃×H₂O,

которое принято записывать в форме NH₄OH, диссоциирующее как слабое основание по уравнению

NH₃×H₂O ↔ NH₄⁺+OH^-; ΔH<0

или

NH₄OH↔ NH₄⁺+OH^- ; ΔH<0.

Процесс является экзотермическим, следовательно, при повышении температуры концентрация гидроксид-ионов в растворе будет уменьшаться, и, наоборот, при понижении температуры концентрация гидроксид-ионов будет расти.

В коническую колбу вместимостью 50 мл налейте ~10 мл дистиллированной воды, добавьте по 1 капле концентрированного раствора аммиака и раствора фенолфталеина. Отметьте окраску раствора. Нагрейте раствор в колбе на электрической плитке. Наблюдайте за изменением окраски раствора. Охладите раствор в колбе водой из-под крана. Как при этом меняется окраска раствора?

Данные опыта занесите в табл. 4.5.

Таблица 4.5. Экспериментальные данные

Изменение температуры	Окраска раствора	Направление смеще- ния равновесия
Нагрев
Охлаждение

Запишите выражение константы равновесия.

Опыт 4. При взаимодействии йода с крахмалом образуется соединение включения (клатратное соединение) переменного состава синего цвета – йодокрахмал. Реакция обратима. Равновесие можно представить условной схемой

(C₆H₁₀O₅)_n + m I₂ ↔ x(C₆H₁₀O₅)_n·(I₂)_y; DH<0.

Прямая реакция является экзотермической, следовательно, при повышении температуры равновесие будет смещаться влево, концентрация йодокрахмала уменьшаться и окраска будет ослабевать, а при охлаждении, напротив, усиливаться.

Возьмите две пробирки. В каждую пробирку внесите 2–5 мл дистиллированной воды, 1 каплю раствора крахмала и 1 каплю 0,1 н раствора йода. Как изменился цвет растворов в пробирках?

Одну из пробирок поставьте в штатив, оставив для сравнения. Другую пробирку закрепите в держателе и нагрейте на электрической плитке. Сравните окраски растворов в обеих пробирках. Охладите раствор во 2-й пробирке водой из-под крана. Отметьте изменение окраски раствора.

Данные опыта занесите в табл. 4.6.

Таблица 4.6. Экспериментальные данные

Изменение температуры	Окраска раствора	Направление смеще- ния равновесия
Нагрев
Охлаждение

Запишите выражение константы равновесия реакции.

Выводы.Отметьте влияние изменения концентрации реагентов и температуры на направление смещения положения химического равновесия.

Контрольные вопросы

1. Напишите уравнение константы равновесия для каждого из следующих обратимых процессов:

a) 2NO_2(г) ↔ 2NO_(г)+O_2(г);

б) 3H_2(г) +N_2(г) ↔ 2NH₃ _(г);

в) H_2(г)+CuO_(т) ↔ H₂O_(г)+Cu_(т) .

Как сместится положение равновесие в каждом случае при увеличении давления?

2. В каком направлении сместится положение равновесия при повышении температуры в следующих обратимых реакциях:

а) 2CO_(г) + O_2(г) ↔ 2CO_2(г), DH^о<0;

б) 6CO_2(г) +6H₂O_(ж) ↔ C₆H₁₂O_6(т) + 6O_2(г), DH^о>0.

1. Рассмотрите равновесную систему

C(к)+СО₂(г) ↔ 2СО(г), DH^о=119,8 кДж.

Какое влияние на положение равновесия окажет:

а) добавление СО_2(г), б) добавление С_(т), в)подвод теплоты, г) сжатие системы, д)введение катализатора, е) удаление СО_(г) ?

⇐ Назад