Влияние концентрации на химическое равновесие

Для рассматриваемой реакции введение в равновесную систему дополнительных количеств NO или O₂ вызывает смещение равновесия в том направлении, при котором концентрация этих веществ уменьшается, следовательно, происходит сдвиг равновесия в сторону образования NO₂. Увеличение концентрации NO₂ смещает равновесие в сторону исходных веществ.

Пример 8. При некоторой температуре равновесные концентрации в системе

2CO _(г) + O_{2 (г)} 2CO_{2 (г)}

составляли: [CO] = 0,2 моль/л, [O₂] = 0,32 моль/л, [CO₂] = 0,16 моль/л. Определить константу равновесия при этой температуре и исходные концентрации CO и O₂, если исходная смесь не содержала СО₂.

Решение.

                                                                                  Равновесие смещено вправо.

Во второй строке под с_{прореагир} понимается концентрация прореагировавших исходных веществ и концентрация образующегося CO₂, причем, с_исходн= с_{прореагир} + с_равн .

Пример 9. Используя справочные данные, рассчитать константу равновесия процесса

3 H_{2 (Г)} + N_{2 (Г)} 2 NH_{3 (Г)} при 298 К.

Решение.

DG₂₉₈^о = 2·(- 16,71) кДж = -33,42·10³ Дж.

DG_T^о = - RTlnK.

lnK = 33,42·10³/(8,314× 298) = 13,489.              K = 7,21× 10⁵.

Пример 10. Определить равновесную концентрацию HI в системе

H_2(г) + I_2(г) 2HI_(г),

если при некоторой температуре константа равновесия равна 4, а исходные концентрации H₂ , I₂ и HI равны, соответственно, 1, 2 и 0 моль/л.

Решение. Пусть к некоторому моменту времени прореагировало x моль/л H_2.

Тогда,

Решая это уравнение, получаем x = 0,67.

Значит, равновесная концентрация HI равна 2× 0,67 = 1,34 моль/л.

Пример 11. Используя справочные данные, определить температуру, при которой константа равновесия процесса: H_2(г) + HCOH_(г) CH₃OH_(г) становится равной 1. Принять, что DН^о_Т » DН^о₂₉₈, а DS^о_T » DS^о₂₉₈.

Решение.

Если К = 1, то DG^о_T = - RTlnK = 0;

DG^о_T » D Н^о₂₉₈ - ТD S^о₂₉₈ . Тогда D Н^о₂₉₈ - ТD S^о₂₉₈ = 0 и   T = DH^o₂₉₈ / DS^o₂₉₈

DН^о₂₉₈ = -202 – (- 115,9) = -86,1 кДж = - 86,1× 10³ Дж;

DS^о₂₉₈ = 239,7 – 218,7 – 130,52 = -109,52 Дж/К;

Т = - 86,1× 10³ / (-109,52) = 786,16 К

Типовые задачи.

16. Для приведённых ниже уравнений напишите формулы для опредеелния константы равновесия. В какой из приведенных реакций повышение давления сместит равновесие вправо? Ответ обосновать.

1) 2 NH_{3 (г)} 3 H_{2 (г)} + N_{2 (г)}

2) ZnCO_{3 (к)} ZnO_(к) + CO_{2 (г)}

3) 2HBr _(г) H_{2 (г)} + Br_{2 (ж)}

4) CO_{2 (г)} + C _{(графит)} 2C O _(г)

17. При некоторой температуре равновесные концентрации в системе

2HBr _(г) H_{2 (г)} + Br_{2 (г)}

составляли: [HBr] = 0,3 моль/л, [H₂] = 0,6 моль/л, [Br₂] = 0,6 моль/л. Определить константу равновесия и исходную концентрацию HBr.

18. Для реакции H_2(г) + S_(г) H₂S_(г) константа равновесия равна 2. Определить равновесные концентрации H₂ и S, если исходные концентрации H₂, S и H₂S равны, соответственно, 2, 3 и 0 моль/л.

19. При 500 К константа равновесия процесса СО_2(г)+3Н_2(г) СН₃ОН_(г)+Н₂О_(г) равна 3,4·10^-5. Вычислить D G^о₅₀₀.

20. При температуре 800 К константа равновесия процесса н-С₆Н_14(г) 2С₃Н_6(г)+Н_2(г) равна 8,71. Определить DG^о_f,800(С₃Н_6(г)), если DG^о_f,800(н-С₆Н_14(г))=305,77 кДж/моль.