- •Закономерности протекания химических реакций. Электрохимические процессы
- •Введение
- •Тема 3. Энергетика и направленность химических процессов
- •Типовые задачи и алгоритмы их решения
- •Термодинамические величины некоторых веществ при стандартных условиях
- •Вопросы для самостоятельной подготовки к контрольной работе
- •Задачи для самостоятельного решения
- •Тема 4. Химическая кинетика и равновесие
- •Типовые задачи и алгоритмы их решения
- •Смещение химического равновесия (принцип Ле-Шателье)
- •Вопросы для самоподготовки
- •Задачи для самостоятельного решения
- •Тема 5. Химическая активность металлов. Электродные потенциалы и электродвижущие силы
- •Стандартные электродные потенциалы некоторых металлов
- •Типовые задачи и алгоритмы их решения
- •Вопросы для самостоятельной подготовки
- •Задачи для самостоятельного решения
- •Тема 6. Коррозия и защита металлических конструкций
- •Типовые задачи и алгоритмы их решения
- •4Fe(oh)3 – приблизительная формула ржавчины.
- •Вопросы для самостоятельной подготовки
- •Задачи для самостоятельного решения
- •Библиографический список рекомендуемой литературы
- •Оглавление
- •Закономерности протекания химических реакций. Электрохимические процессы
Типовые задачи и алгоритмы их решения
Задача 1. Как изменится скорость реакции образования оксида серы (VI):
2SO2(Г)+O2(Г)→SO3(Г):
а) при увеличении концентрации SO2 в 3 раза;
б) при увеличении внешнего давления в 2 раза;
в) каков физический смысл константы скорости и от каких факторов она зависит?
Решение. Записываем кинетическое уравнение реакции (закон действия масс) согласно уравнению (4.1):
:
а) после увеличения концентрации SO2 в 3 раза
.
Таким образом, при увеличении концентрации SO2 в 3 раза скорость прямой реакции возрастает в 9 раз;
б) при увеличении внешнего давления в 2 раза объем системы уменьшится в 2 раза, а концентрация каждого из реагирующих веществ на единицу объема увеличится в 2 раза. Скорость реакции станет равной
.
Скорость возросла в 8 раз;
в) физический смысл константы скорости реакции – это скорость реакции при концентрациях реагирующих веществ равных 1 моль. Зависит «k» от природы веществ и температуры.
Задача 2. Процесс образования гидрокарбоната магния идет по уравнению
MgCO3(ТВ)+Н2О(Ж)+СО2(Г)↔Mg(HCO3)2(Ж).
Как изменится скорость реакции при уменьшении внешнего давления в 3 раза? Изменится ли скорость? Изменится ли скорость этой реакции при увеличении массы карбоната магния?
Решение. В случае гетерогенных реакций в уравнение закона действия масс входят концентрации только тех веществ, которые находятся в газовой фазе или растворе. Концентрация веществ в твердой фазе на единице поверхности является постоянной величиной и входит в константу скорости, поэтому кинетическое уравнение для реакции образования Mg(HCO3)2 будет иметь вид
.
После уменьшения давления в 3 раза концентрация реагирующих веществ уменьшится в 3 раза:
= .
Таким образом, при уменьшении давления в 3 раза скорость реакции уменьшается в 9 раз.
Так как концентрация вещества на единице поверхности твердой фазы является постоянной величиной, то увеличение массы MgCO3 не изменит скорость данной реакции.
Задача 3. Реакция при температуре 20 0С протекает за 45 с. Температурный коэффициент скорости реакции равен 3. Какое время потребуется для завершения этой реакции при 40 0С?
Решение. Согласно уравнению Вант-Гоффа (4.2)
Скорость реакции возрастает в 9 раз, следовательно, время протекания реакции уменьшается во столько же раз и при 40 0С реакция закончится за 5 с. (45:9 = 5).
Задача 4. Напишите выражение для константы равновесия гомогенной системы
N2(Г) + 3 Н2(Г) ↔ 2NH3(Г).
От каких факторов зависит константа равновесия? Как следует изменить концентрацию всех веществ, чтобы равновесие сместилось в сторону прямой реакции?
Решение. Состояние равновесия системы характеризуется константой равновесия, которая показывает отношение произведения концентраций конечных веществ к произведению концентраций начальных веществ, причем концентрации взяты в степенях равных стехиометрическим коэффициентам в уравнении реакции
(4.3)
Константа равновесия зависит от природы реагентов и температуры.
Чтобы сместить равновесие в сторону прямой реакции, надо увеличить концентрацию начальных веществ или уменьшить концентрацию конечных веществ, т.е. для смещения равновесия данной реакции вправо необходимо увеличить концентрацию азота и водорода или уменьшить концентрацию аммиака.
Задача 5. В системе
СаСО3(Т) ↔ СаО(Т) + СО2(Г), ΔН>0
установилось состояние равновесия. В сторону какой реакции – прямой или обратной – оно сместится при удалении СО2 и при увеличении температуры (для решения пользуйтесь табл. 4.1)?
Таблица 4.1