Расчет парциального давления и концентрации веществ в системе

Расчет парциального давления газов в смеси

Задача 322.
При 1500 К и общем давлении 1 бар пары воды продиссоциированы на Н₂ и О₂ на 0,0221%. Рассчитайте парциальные давления компонентов в смеси и константы равновесия реакции: 2Н₂О = 2Н₂ + О₂.
Решение:
1. Рассчитаем процентное содержание компонентов равновесной системы, получим:

w%(H₂O) = 100% — 0,0221% = 99,9779% или 0,999779;
w%(0₂) = 0,0221%/3 = 0,00737% или 0,0000737;
w%(Н₂) = 0,00737% ^. 2 = 0,01473% или 0,0001473.

2. Рассчитаем парциальные давления компонентов в смеси, получим:

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

Р(Н₂О) = Р_общ. ^. w%(H₂O) = 100000 Па ^. 0,999779 = 99977,9 Па;
Р(Н₂) = Р_общ. ^. w%(H₂) = 100000 Па ^. 0,0001473 = 14,73 Па;
Р(О₂) = Р_общ. ^. w%(О₂) = 100000 Па ^. 0,0000737 = 7,37 Па.

3. Рассчитаем константу равновесия, получим:

Кр = Р(Н₂О)/[Р(Н₂) ^. Р(О₂)] = 99977,9/(14,73 ^. 7,37) = 921.

Расчет изменения кажущейся константы диссоциации кислоты

Задача 323.
Как изменяются кажущиеся константы диссоциации полиакриловой кислоты и ее низкомолекулярного аналога — пропионовой кислоты при увеличении степени диссоциации кислот в водных растворах?
Решение:
С точки зрения теории электролитической диссоциации кислоты — это вещества, диссоциирующие в водном растворе с образованием катионов одного вида — катионов водорода Н⁺.
Кажущаяся константа диссоциации полиакриловой кислоты падает при возрастании ее степени диссоциации, поскольку при этом растет заряд полииона, а, следовательно, диссоциирующий протон испытывает все большее притяжение со стороны полииона, и работа отрыва протона растет. 
Кажущаяся константа диссоциации пропионовой кислоты при увеличении степени диссоциации растет при возрастании ее степени диссоциации, потому что работа отрыва протона будет уменьшаться и все большее число молекул кислоты будет диссоциировать, т.е. в растворе будет увеличиваться численное значение анионов кислоты и протонов, а численное значение недиссоциированных молекул кислоты будет уменьшаться, что, естественно, скажется на увеличении и численного значения константы.
 

Вычисление равновесной концентрации участвующих веществ

Задача 324.
Определите равновесный состав газовой смеси для реакции:
А + В = 2АВ, 
если К_х = 50, а исходная смесь состояла из 3 моль А, 4 моль В и 6 моль АВ.
Решение:
Уравнение реакции имеет вид: А + В ⇔ 2АВ.
Согласно уравнению реакции из 1 моля вещества А и 1 моля вещества В образуется 2 моль вещества АВ. Следовательно, выражение для константы равновесия реакции будет иметь вид:

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

К_х = [AB]²/[A][B].

Обозначим количество прореагировавших веществ через  «x«. Следовательно, равновесные концентрации реагирующих веществ можно записать:

[A]_р = (3 – x) моль/л, [B]_р  = (4 – х) моль/л, [АВ] = (6 + 2_х) моль/л.

Тогда выражение для константы равновесия реакции можно записать:

К_х = (6 + 2х)²/(3 – x)(4 – x) = (36 + 24x + 4x²)/(12 — 7x + x²);
36 + 24x + 4x² = 50(12 — 7x + x²);
46x² — 374x + 564 = 0.

Видео:Задача химическое равновесие. РАВНОВЕСНЫЕ КОНЦЕНТРАЦИИ и Кр.Скачать

Решая данное квадратное уравнение, получим: х = 2.

Теперь рассчитаем равновесные концентрации системы, получим:

[A]_р = (3 – x) моль/л = (3 — 2) = 1 моль/л; 
[B]_р  = (4 – х) моль/л = (4 — 2) = 2 моль/л;
[АВ]_р = (6 + 2х) моль = (6 + 2 ^. 2) = 10 моль/л.
 

Задача 325.
Равновесные концентрации (моль/л) компонентов газофазной системы, в которой происходит реакция:
3N₂H₄ ↔ 4NH₃ + N₂, равны: [N₂H₄] = 0,1; [NН₃] = 0,6, [N₂] = 0,15. Исходная концентрация гидразина N₂H₄ была … моль/л. (Ответ записать в формате Х,ХХ).
Решение:
Для нахождения исходной концентрации N₂H₄ учтем, что, согласно уравнению реакции, из 3 молей N₂H₄ образуется 4 моля NH₃ и 1 моль N₂. Поскольку по условию задачи в каждом литре системы образовалось 0,6 моля, NН₃ и 0,15 молей N₂,то при этом было израсходовано 0,45 (0,15 ^. 3 = 0,45) молей N₂H₄. Таким образом, искомая исходная концентрация N₂H₄ равна:

[N₂H₄]_исх. = 0,45 + 0,1 = 0,55 моль/л.
 

Задача 326.
Равновесные концентрации (моль/л) компонентов газофазной системы, в которой происходит реакция:
2NF₃ + 3H₂ ↔ 6NF + N₂, равны: [NF₃] = 0,14; [H₂] = 0,1; [N₂] = 0,08. Исходные концентрации NF₃ и Н₂ были … моль/л (ответ записать в виде двух чисел через один пробел в формате Х,ХХ каждое число).
Решение:
Для нахождения исходных концентраций NF₃ и Н₂ учтем, что, согласно уравнению реакции, из 2 молей NF₃ и 3 молей Н₂ образуется по 6 молей NF и 1 моль N₂. Поскольку по условию задачи в каждом литре системы образовалось 0,08 молей N₂ и должно образоваться 0,48 молей NF (0,08 ^. 6 = 0,48), то при этом было израсходовано 0,16 молей NF₃ (0,08 ^. 2 = 0,16) и 0,24 моля Н₂ (0,08 ^. 3 = 0,24).

Таким образом, искомые исходные концентрации равны:

Видео:Физиология дыхание. Газообмен в лёгких. Альвеолярно - капиллярное мембрана.Скачать

[NF₃]_исх = 0,14 + 0,16 = 0,30 моль/л;
[Н₂]_исх = 0,1 + 0,24 = 0,34 моль/л.

Ответ: 0,30 и 0,34.

Задача 327.
Константа равновесия реакции: СО + Н₂О = СО₂ + Н₂ равна 0,51. Найдите равновесные концентрации участвующих веществ, если исходные концентрации монооксида углерода и водяного пара составляли соответственно 0,03 и 0,08 моль/л. Как изменилась скорость реакции к моменту наступления равновесия?
Решение:
Уравнение реакции имеет вид:

СО + Н₂О = СО₂ + Н₂.

Из уравнения следует, что из 1 моля СО и 1 моля Н₂О образуется по 1 молю СO₂ и H₂ т.е. по 0,03 молю СO₂ и H₂.
Обозначим равновесную концентрацию СО и Н₂О через  х, тогда [СО₂] = [Н₂].

Таким образом, равновесные концентрации СО и Н₂О будут составлять, соответственно, (0,03 – х) и (0,08 – х) моль/л, а СО и Н₂ – по х моль/л. Подставим эти значения в выражение константы равновесия данной реакции:

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

К = [CО₂][Н₂]/[СО][Н₂О];
0,51 = (х ^. х)/[(0,03 – х)(0,08 – х)];
0,51(0,03 – х)(0,08 – х) = х²;
0,49x² + 0,0561_x — 0,001224 = 0

Найдем дискриминант квадратного уравнения:

D = b² — 4ac = (0,0561)² — 4·0,49·(-0,001224) = 0,00314721 + 0,00239904 = 0,00554625.

Так как дискриминант больше нуля то, квадратное уравнение имеет два действительных корня:

x₁ =   (-0,0561 — √0,00554625)/(2·0,49) ≈ -0,133;
x₂ =   (-0,0561 + √0.00554625)/(2·0,49) ≈ 0,0187.

Видео:Парциальное давление - что это такое?Скачать

Так как x₁ < O, то верное значение будет х₂, значит х = 0,0187 моль/л.

Тогда

Равновесные концентрации участвующих веществ будут иметь значения:

[СО]_равн. = 0,03 – 0,0187 = 0,0113 моль/л;
[Н₂О]_равн. = 0,08 – 0,0187 = 0,0617 моль/л; 
[CО₂]_равн. = [Н₂]_равн. = 0,0187 моль/л.