Вычисление константы равновесия системы

Видео:Решение задач на тему: "Нахождение константы равновесия и равновесных концентраций". 1ч. 10 класс.Скачать

Константа равновесия для гомогенной реакции

Задание 135. 
Вычислите константу равновесия для гомогенной системы: 
СО (г) + Н₂О (г) ↔ СО₂ (г) + Н₂ (г)
если равновесные концентрации реагирующих веществ (молы/л): 
[СО]_р = 0,004; [Н₂О]_р = 0,064; [СО₂]_р = 0,016; [Н₂]_р = 0,016, 
Чему равны исходные концентрации воды и СО? Ответ: К_р = 1; [H₂O]_исх = 0,08 моль/л; [СО]_исх = 0, 02 моль/л. 
Решение:
Уравнение реакции имеет вид:

СО (г) + Н₂О (г) ⇔ СО₂ (г) + Н₂ (г)

Константа уравнения данной реакции имеет выражение:

K_p = [CO₂]^.[H₂]/ [CO]^.[H₂O]

Подставляя в выражение данные задачи получим:

К_р =  (0,016 ^. 0,016)/(0,004 ^. 0,064) = 1. 

Для нахождения исходных концентраций веществ Н₂О и СО учтём, что согласно уравнению реакции из 1 моль СО и 1 моль Н₂О образуется 1 моль СО₂ и 1 моль Н₂. Поскольку по условию задачи в каждом литре системы образовалось 0,016 моль СО₂ и 0,016 моль Н₂, то при этом было израсходовано по 0,016 моль СО и Н₂О. Таким образом, искомые исходные концентрации равны:

[H₂O]_исх = [Н₂О]_Р + 0,016 = 0,004 + 0,016 = 0,02 моль/л; 
[СО]_исх = [СО]_Р + 0,016 = 0,064 + 0,016 = 0, 08 моль/л.

Ответ: Кp = 1; [H₂O]_исх = 0,08 моль/л; [СО]_исх =0, 02 моль/л.

 Задание 136.
Константа равновесия гомогенной системы: 
СО (г) + Н₂О (г) ⇔ СО₂ (г) + Н₂ (г)
при некоторой температуре равна 1,00. Вычислите равновесные концентрации всех реагирующих веществ, если исходные концентрации равны (молы/л): [СО]_исх = 0,10; [Н₂О]_исх = 0,40.
Ответ: [СО₂]_Р = [Н₂]_Р = 0,08; [СO]_P = 0,02; [Н₂O]_P = 0,32.
Решение:
Уравнение реакции имеет вид:

СО (г) + Н₂О (г) ↔ СО₂ (г) + Н₂ (г)

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

Обозначаем за «х» моль/л равновесную концентрацию одного из продуктов реакции, тогда равновесная концентрация другого будет также х моль/л так как они оба образуются в одинаковом количестве. Равновесные концентрации исходных веществ будут:
[СО]_исх = 0,10 – х моль/л; [Н₂О]_исх = 0,40 — х моль/л. (так как на образование х моль/л продукта реакции расходуется соответственно по х моль/л СО и Н₂О. В момент равновесия концентрация всех веществ будет (моль/л): [СО₂]_Р = [Н₂]_Р = х; [СO]_P= 0,10 — х; [Н₂O]_P = 0,4 – х. 

Подставляем эти значения в выражение константы равновесия:

Решая уравнение, находим х = 0,08. Отсюда равновесные концентрации (моль/л): 

[СО₂]_Р = [Н₂]_Р = х = 0,08 моль/л;
[Н₂O]_P = 0,4 – х = 0,4 – 0.08 = 0,32 моль/л;
[СO]_P= 0,10 – х = 0,10 – 0,08 = 0,02 моль/л.

Задание 137. 
Константа равновесия гомогенной системы N₂ + ЗН₂ = 2NH₃  при некоторой температуре равна 0,1. Равновесные концентрации водорода и аммиака соответственно равны 0,2 и 0,08 моль/л. Вычислите равновесную и исходную концентрации азота. Ответ: [N₂]_P = 8 молы/л; [N₂]_исх = 8,04 моль/л.
Решение: 
Уравнение реакции имеет вид:

N₂ + ЗН₂ ↔ 2NH₃  

Обозначим равновесную концентрацию N₂ через х моль/л. Выражение константы равновесия данной реакции имеет вид:

Подставим в выражение константы равновесия данные задачи и найдём концентрацию N₂

Для нахождения исходной концентрации N₂, учтём, что, согласно уравнению реакции на образование 1 моль NH₃ затрачивается ½ моль N₂. Поскольку по условию задачи в каждом литре системы образовалось 0,08 моль NH₃, то при этом было израсходовано 0,08 ^. 1/2 = 0,04 моль N₂. Таким образом, искомая исходная концентрация N₂ равна:

[N₂]_исх = [N₂]_P + 0,04 = 8 + 0,04 = 8,04 моль/л.

Ответ: [N₂]_P = 8 молы/л; [N₂]_исх = 8,04 моль/л.

Задание 138. 
При некоторой температуре равновесие гомогенной системы 
2NО + O₂ ↔ 2NO₂ установилось при следующих концентрациях реагирующих веществ (молы/л): [NО]_p = 0,2; [О₂]_р = 0,1; [NO₂]_р = 0,1. Вычислите константу равновесия и исходную концентрацию NO и O₂. Ответ: К = 2,5; [NО]_исх = 0,3 молы/л; [О₂]_исх = 0,15 моль/л.
Решение:
Уравнение реакции:

2NО + O₂ ↔ 2NO₂

Константа равновесия данной реакции выражается уравнением:

Для нахождения исходных концентраций NO и O₂ учтём, что согласно уравнению реакции, из 2 моль NO и 1 моль О₂ образуется 2 моль NO₂, то при этом было затрачено 0,1 моль NO и 0,05 моль О₂. Таким образом, исходные концентрации NO и О₂ равны:

[NО]_исх = NО]_p  + 0,1 = 0,2 + 0,1 = 0,3 молы/л; 
[О₂]_исх = [О₂]_р  + 0,05 = 0,1 + 0,05 = 0,15 моль/л.

Ответ: Кp = 2,5; [NО]_исх = 0,3 молы/л; [О₂]_исх = 0,15 моль/л.

Видео:Решение задач на тему: "Нахождение константы равновесия и равновесных концентраций". 3ч. 10 классСкачать

 Смещение равновесия  схимической системы

Задание 139. 
Почему при изменении давления смещается равновесие системы: 
N₂ + 3Н₂ ↔ 2NH₃ и, не смещается равновесие системы N₂ + O₂ ↔ 2NO? Ответ мотивируйте на основании расчета скорости прямой и обратной реакций в этих системах до и после изменения давления. Напишите выражения для констант равновесия каждой из данных систем.
Решение:
а) Уравнение реакции:

N₂ + 3Н₂ ↔ 2NH₃.

Из уравнения реакции следует, что реакция протекает с уменьшением объёма в системе (из 4 моль газообразных веществ образуется 2 моль газообразного вещества). Поэтому при изменении давления в системе будут наблюдаться смещение равновесия. Если повысить давление в данной системе, то, согласно принципу Ле Шателье, равновесие сместится вправо, в сторону уменьшения объёма. При смещении равновесия в системе вправо скорость прямой реакции будет больше скорости обратной реакции:

_пр  >_обр   или  _пр =  k[N₂] [H₂]₃ > _обр  = k[NH₃]₂.

Если же давление в системе уменьшить, то равновесие системы сместится влево, в сторону увеличения объёма, то при смещении равновесия влево скорость прямой реакции будет меньше, чем скорость прямой: 

_пр  < _обр   или (_пр =  k[N₂] [H₂]₃ ) <  (_обр = k[NH₃]₂).

б) Уравнение реакции:

N₂ + O₂ ↔  2NO.

Из уравнения реакции следует, что при протекании реакции не сопровождается изменением объёма, реакция протекает без изменения числа молей газообразных веществ. Поэ му изменение давления в системе не приведёт к смещению равновесия, поэтому скорости прямой и обратной реакции будут равны:

_пр  =обр  =   или _пр k[N₂] ^. [О₂] =  _обр  = k[NО]₂.

Задание 140. 
Исходные концентрации [NО]_исх и [С1₂]_исх в гомогенной системе 
2NO + Сl₂ ↔ 2NOС1 составляют соответственно 0,5 и 0,2 моль/л. Вычислите константу равновесия, если к моменту наступления равновесия прореагировало 20% NО. Ответ: 0,417.
Решение:
Уравнение реакции имеет вид: 2NO + Сl₂ ↔ 2NOС1
Согласно условию задачи в реакцию вступило 20% NO, что составляет 0,5 ^. 0,2 = 0,1 моль, а не прореагировало 0,5 – 0,1 = 0,4 моль NO. Из уравнения реакции следует, что на каждые 2 моль NO расходуется 1 моль Cl₂, при этом образуется 2 моль NOCl. Следовательно, c 0,1 моль NO в реакцию вступило 0,05 моль Cl₂ и образовалось 0,1 моль NOCl. Осталось не израсходованным 0,15 моль Cl₂ (0,2 – 0,05 = 0,15). Таким образом, равновесные концентрации, участвующих веществ равны (моль/л): 

[NО]_р = 0,4; [Cl₂]_p = 0,15; [NОCl]_р = 0,1.

Константа равновесия данной реакции выражается уравнением:

Подставляя в данное выражение равновесные концентрации веществ, получим:

Ответ: К_р = 4,17.