Вычисление константы равновесия реакции. Задачи 83 — 87

Расчет константы равновесия, энтальпии, энтропии и энергии Гиббса реакции

Определение самопроизвольного направления реакции

 

Задача 83.
Определить направление самопроизвольного протекания реакции в растворе путем рассчета константы равновесия:
CaSO4(к) + BaCL2(p) = BaSO4(к) + CaCl2(p).
Решение:
∆H°CaSO4(к) = -1436,3 кДж/моль; 
S°CaSO4(к) = 106,7 Дж/(моль . К); 
∆H°BaCl2(p) = -858,2 кДж/моль;
S°BaCl2(p) = 121,4 Дж/(моль . К);
∆H°СaCl2(p) = -877,3 кДж/моль; 
S°СaCl2(p) = 169,5 Дж/(моль . К); 
∆H°BaSO4(к) = -1458,9 кДж/моль;
S°BaSO4(к) = 132,2 Дж/(моль . К).
1. Рассчитаем энтальпию реакции
Для расчета используя уравнение Гесса, получим:

ΔНх.р.= ΔНобр.прод. — ΔНобр.исх;
ΔН°298 = [ΔН°СaCl2(p) + ∆H°BaSO4(к)] — [∆H°CaSO4(к) + ∆H°BaCl2(p)] = 
= [-877,3 + (-1458,9)] — [-1436,3 + (-858,2)] = -41,7 кДж/моль = -41700 Дж/моль; ΔН°298 < 0.

Так как ΔН°298 < 0, то реакция сопровождается выделением теплоты. 

2. Рассчитаем изменение энтропии в этой реакции, получим:
Для расчета используя уравнение Гесса, получим:

ΔSх.р.= ΔSобр.прод. — ΔSобр.исх.
ΔSх.р.= [S°СaCl2(p) + S°BaSO4(к)] — [S°CaSO4(к) + S°BaCl2(p)] = 
= (169,5 + 132,2) — (106,7 + 121,4) = 73,6 Дж/(моль . К).

3. Рассчитаем изменение изобарного потенциала в реакции при стандартной температуре 298 К:

∆Gх.р. = ΔНх.р. — ТΔSх.р.;
∆Gх.р. = -41700 — (73,6 . 298) = -63632,8 Дж/моль.

4. Рассчитаем константу равновесия реакции
Константа равновесия реакции вычисляется по формуле:

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

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

∆G = -RT2,303lgKp;
-63632,8 = -8,314 . 298 . 2,303lgKp;
lgKp = -63632,8/(-8,314 . 298 . 2,303) = 11,16;
Kр = 1,04.

Так как К  > 1 – равновесие смещено в сторону продуктов, вправо.
 


Задача 84.
С помощью метода полуреакций и стандартных значений окислительно-восстановительных потенциалов выполните для данных реакций следующие задания: а) найдите стехиометрические коэффициенты; б) определите направление протекания; в) вычислите энергию Гиббса при стандартных условиях; г) вычислите константу равновесия:
1) KMnO4 + HCl = MnCl2 + Cl2 + KCl + H2O;
2) MnO2 + Co(OH)3 + KOH = K2MnO4 + Co(OH)2 + H2O
Решение:
1)  KMnO4 + HCl = MnCl2 + Cl2 + KCl + H2O

а) Уравнения электронного баланса

Восстановитель — 5|2Cl — 2e = Cl2, ERed = +1,36 B — процесс окисления;
Окислитель     —   2|MnO4 + 5e + 8H+ = Mn2+ + 4H2O, EOx = +1,51 B — процесс восстановления.
2MnO4+ 16H+ + 5Cl = 2Mn2+ + 5Cl2 + 8H2O (ионно-молекулярная форма);
2KMnO4 + 16HCl = 2MnCl2 + 2KCl + 5Cl2 + 8H2O (молекулярная форма).

б) Из уравнений реакций электронного баланса следует, что ERed < EOx, поэтому реакция самопроизвольно протекает слева направо, в сторону прямой реакции.

в) Энергию Гиббса окислительно-восстановительного процесс рассчитаем по уравнению:

∆G = -zF∆rE1, где

z — общее число электронов, переносимых в данной окислительно-восстановительной реакции;
F — число Фарадея, равное 96500 Кл/моль;
∆rE — Электродвижущая сила ОВР реакции — разность между восстановительными потенциалами полуреакций окисления и восстановления.

Тогда

∆G = -10 . 96500 . (1,51 — 1,36) = -144750 Дж/моль = -144,750 кДж/моль.

г) Константу равновесия окислительно-восстановительной реакции вычисляем из уравнения:

Видео:Решение задач на тему: "Нахождение константы равновесия и равновесных концентраций". 2ч. 10 класс.Скачать

Решение задач на тему: "Нахождение константы равновесия и равновесных концентраций". 2ч. 10 класс.

∆E = 0,059/(zlgKр), где

z — общее число электронов, переносимых в данной окислительно-восстановительной реакции.

Тогда

lgKр = z∆E = 10 . (1,51 — 1,36)/0,059 = 25,4.
Kр ≈ 1 . 1025.

2) MnO2 + Co(OH)3 + KOH = K2MnO4 + Co(OH)2 + H2O

а) Уравнения электронного баланса

Восстановитель — 1|MnO2 — 2е + 4ОН = MnO42- + 2Н2О, ERed = 0,58 B — процесс окисления;;
Окислитель  —      2|Co3+ + 1e = Co2+, EOx = 1,82 B — процесс восстановления.
MnO2 + 2Co3+ + 4OH = MnO42- + 2Co2+ + 2H2O (ионно-молекулярная форма);
MnO2 + 2Co(OH)3 + 2KOH = K2MnO4 + 2Co(OH)2 + 2H2O (молекулярная форма).

б) Из уравнений реакций электронного баланса следует, что ERed < EOx, поэтому реакция самопроизвольно протекает слева направо, в сторону прямой реакции.

в) ∆G = -zF∆rE = 2 . 96500(1,82 — 0,58) = -239320 Дж/моль = -239,320 кДж/моль.

г) Константу равновесия вычисляем из уравнения:

lgKр = z∆E = 2 . (1,82 — 0,58)/0,059 = 42.
Kр ≈ 1 . 1042.


Вычисление энергии Гиббса

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

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

Задача 85.
Дайте термодинамическое обоснование на основе вычисления ∆G° реакций:
1) 2AlCl3 + 3Na2S + 6H2O => 2Al(OH)3 + 6NaCl + 3H2S;
2) 2AlCl3 + 3Na2S => 6NaCl + Al2S3.
Решение:
Для решения задачи нужно рассчитать значения энергии Гибббса процессов.
Значения энтальпий и энтропий образования веществ найдем из соответствующих таблиц, получим:

∆Н°(AlCl3) = -704,2 кДж/моль; 
S°(AlCl3) = 109,3 Дж/(моль · К);
∆Н°(Na2S) = -374,47 кДж/моль; 
S°(Na2S) = 79,50 Дж/(моль · К);
∆Н°(Н2О) = -285,83 кДж/моль; 
S°(Н2О) = 70,08 Дж/(моль · К);
∆Н°[Al(OH)3] = –1275,7 кДж/моль; 
S°[Al(OH)3] = 71,1 Дж/(моль · К);
∆Н°(NaCl) = -411,41 кДж/моль; 
S°(NaCl) = 72,13 Дж/(моль · К);
∆Н°(Al2S3) = -724 кДж/моль; 
S°(Al2S3) = 116,9 Дж/(моль · K);
∆Н°(Н2S) = -20,9 кДж/моль; 
S°(Н2S) = 205,69 Дж/(моль · К).

Расчет энтальпии реакции проведем, используя уравнение Гесса, получим:

ΔНх.р.= ΔНобр.прод. — ΔНобр.исх;

Согласно 3-му следствию из закона Гесса, изменение энтропии химического процесса (ΔS°) определяется как разность сумм энтропий продуктов реакции и реагентов с учетом их стехиометрических коэффициентов в уравнении реакции. Расчет энтропии будем вести по формуле Гесса:

∆S°х.р. = ∑S°(обр.прод.) — ∑S°(обр.исх.).

1. 2AlCl3 + 3Na2S + 6H2O => 2Al(OH)3 + 6NaCl + 3H2S

Подставив найденные значения энтальпий в искомое уравнение, и произведя расчеты, получим:

ΔНх.р.= [2∆Н°Al(OH)3 + 6∆Н°(NaCl) + 3∆Н°(H2S)] — [2∆Н°(AlCl3) + 3∆Н°(Na2S) + 6∆Н°(Н2О)] = 
= [2(–1275,7) + 6(-411,41) + 3(-20,9)] — [2(-704,2) + 3(-374,47) + 6(-285,83)] = -835,77 кДж/моль.

Подставив найденные значения энтропий в искомое уравнение, и произведя расчеты, получим:

∆S°х.р. = [2S°Al(OH)3 + 6S°(NaCl) + 3S°(H2S)] — [2S°(AlCl3) + 3S°(Na2S) + 6S°(Н2О)] = 
= [2(71,1) + 6(72,13) + 3(205,69)] — [2(109,3) 3(79,50) + 6(70,08)] = 1192,05 Дж/(моль · К) = 1,19205 кДж/(моль · К).

Видео:Химическое равновесие. Константа равновесия. Обратимость реакций.Скачать

Химическое равновесие. Константа равновесия. Обратимость реакций.

Энергию Гиббса процесса можно найти из соотношения:

∆G = ∆H – T∆S.

Необходимо рассчитать возможность самопроизвольного протекания реакции при стандартных условиях (Т = 298 K), получим:

∆G = -835,77 — (298 · 1,19205) = -1191,0009 кДж, ∆G < 0.

Так как ∆G < 0,следовательно, при стандартных условиях реакция протекает. 

2. 2AlCl3 + 3Na2S ⇒ 6NaCl + Al2S3

Подставив найденные значения энтальпий в искомое уравнение, и произведя расчеты, получим:

ΔНх.р.= [6∆Н°(NaCl) + ∆Н°(Al2S3)] — [2∆Н°(AlCl3) + 3∆Н°(Na2S)] = 
= [6(-411,41) + (-724)] — [2(-704,2) + 3(-20,9)] = -1721,36 кДж/моль.

Подставив найденные значения энтропий в искомое уравнение, и произведя расчеты, получим:

∆S°х.р. = [6S°(NaCl) + S°(Al2S3)] — [2S°(AlCl3) + 3S°(Na2S)] = 
= [6(72,13) + 116,9] — [2(109,3) + 3(79,50)] = 92,58 Дж/(моль · К) = 0,09258 кДж/(моль · К).

Энергию Гиббса процесса можно найти из соотношения:

Видео:Химическое равновесие. Константа равновесия. 10 класс.Скачать

Химическое равновесие. Константа равновесия.  10 класс.

∆G = ∆H – T∆S.

Необходимо рассчитать возможность самопроизвольного протекания реакции при стандартных условиях (Т = 298 K), получим:

∆G = -1721,36 — (298 · 0,09258) = -1748,95 кДж, ∆G < 0.

Так как ∆G < 0, следовательно, при стандартных условиях реакция протекает. 


Определение теплового эффекта реакции

Задача 86.
При полном окислении 6,24 г бензола кислородом выделилось 134,76 кДж теплоты. Определите тепловой эффект реакции: 
2C6H6 + 15O2 = 12CO2 + 6H2O + Q.
Решение:
Qр = 134,76 кДж;
М(C6H6) = 78 г/ моль;
∆H = ?
Рассчитаем количество теплоты из пропорции:

6,24 г : 134,76 кДж = (2 . 78 г) : х кДж;
х = [(2 . 78 г/моль) . 134,76 кДж]/6,24 г = 3369 кДж.
Q = 3369 кДж.

Тепловой эффект реакции равен: ∆H = -Q = -3369 кДж/моль.

Ответ: -3369 кДж/моль.
 


Расчет мыссы твёрдого остатка, образовавшегося при термическом разложении нитрата лития

 

Задача 87.
Вычислите массу твёрдого остатка, который образуется при полном термическом разложении нитрата лития, если при этом выделилось 2240 л. газообразных продуктов реакции.
Решение:
M(LiNO2) = 52,947 г/моль;
V(O2) = 2240 л;
m(LiNO3) = ?
Уравнение реакции термического разложения нитрата лития имеет вид:

2LiNO = 2LiNO2 + O2

Видео:Как выучить Химию с нуля за 10 минут? Принцип Ле-ШательеСкачать

Как выучить Химию с нуля за 10 минут? Принцип Ле-Шателье

Рассчитаем массу осадка из пропорции:

22,4 л : (2 . 52,947 г) = 2240 л : х г;
х = [(2 . 52,947 г) . 2240 л]/22,4 л = 10589,4 г.

Ответ: 10589,4 г.


Комментарии:
1В соответствии с уравнением ∆rG = –zF∆rE, устанавливающим связь между изменением энергии Гиббса и ЭДС окислительно-восстановительного процесса, окислительно-восстановительная система с более высоким восстановительным потенциалом является окислителем по отношению к системе с меньшим восстановительным потенциалом.
∆rE = EOx — ERed, > 0.

 


 

💥 Видео

Задача химическое равновесие. РАВНОВЕСНЫЕ КОНЦЕНТРАЦИИ и Кр.Скачать

Задача химическое равновесие. РАВНОВЕСНЫЕ КОНЦЕНТРАЦИИ и Кр.

Решение задач на тему: "Нахождение константы равновесия и равновесных концентраций". 4ч. 10 класс.Скачать

Решение задач на тему: "Нахождение константы равновесия и равновесных концентраций". 4ч. 10 класс.

Химическое равновесие / Решение задач на химическое равновесиеСкачать

Химическое равновесие / Решение задач на химическое равновесие

Задания на константу равновесия по учебнику ЕреминаСкачать

Задания на константу равновесия по учебнику Еремина

Химическое равновесие. 10 класс.Скачать

Химическое равновесие. 10 класс.

Задача на Константу равновесия (Кр) с дискриминантом. Химия. Олимпиада + ВУЗСкачать

Задача на Константу равновесия (Кр) с дискриминантом. Химия. Олимпиада + ВУЗ

83. Химическое равновесиеСкачать

83. Химическое равновесие

Химическое равновесие. Закон действующих масс.Скачать

Химическое равновесие. Закон действующих масс.

Константа равновесия и энергия Гиббса. Ответ на вопрос П.М. ТолстогоСкачать

Константа равновесия и энергия Гиббса. Ответ на вопрос П.М. Толстого

Константа равновесия химической реакции. БПС анализ, парциальные давления.(занятие №9)Скачать

Константа равновесия химической реакции. БПС анализ, парциальные давления.(занятие №9)

Интуитивное понимание формулы константы равновесия (не обязательно для продолжения курса)Скачать

Интуитивное понимание формулы константы равновесия (не обязательно для продолжения курса)

Решение задач на термохимические уравнения. 8 класс.Скачать

Решение задач на термохимические уравнения. 8 класс.

Задачи на скорость реакции в зависимости от концентрации реагентовСкачать

Задачи на скорость реакции в зависимости от концентрации реагентов

СЕКРЕТНЫЙ СПОСОБ РЕШЕНИЯ НОВЫХ ЗАДАЧ НА РАВНОВЕСИЕ | ЕГЭ ПО ХИМИИ 2022Скачать

СЕКРЕТНЫЙ СПОСОБ РЕШЕНИЯ НОВЫХ ЗАДАЧ НА РАВНОВЕСИЕ  | ЕГЭ ПО ХИМИИ 2022
Поделиться или сохранить к себе:
Конспекты лекций по химии