Обратимая реакция описывается уравнением а

Обратимая реакция описывается уравнением: А + В С + D. Смешали по одному молю всех веществ. После установления равновесия

Ваш ответ

решение вопроса

Похожие вопросы

• Все категории
• экономические 43,296
• гуманитарные 33,622
• юридические 17,900
• школьный раздел 607,211
• разное 16,830

Популярное на сайте:

Как быстро выучить стихотворение наизусть? Запоминание стихов является стандартным заданием во многих школах.

Как научится читать по диагонали? Скорость чтения зависит от скорости восприятия каждого отдельного слова в тексте.

Как быстро и эффективно исправить почерк? Люди часто предполагают, что каллиграфия и почерк являются синонимами, но это не так.

Как научится говорить грамотно и правильно? Общение на хорошем, уверенном и естественном русском языке является достижимой целью.

Физическая и коллоидная химия

1) Коэффициент сжимаемости Z=PV/nRTдля CO₂ при 0® С и 100 атм равен 0.2007.Вычислите объем 0.1 моля газа при 100 атм и 0® С . Используйте а) закон идеального газа. б)коэффициент сжимаемости.

а) Согласно закону идеального газа, или уравнению Клапейрона-Менделеева:

Тогда объем равен

Все данные к задаче переводим в единицы СИ:

P = 100 атм = 100∙101325 Па = 10132500 Па

T = 0 o C = 273,15 К

V = 0,1∙8,314∙273,15/10132500 = 0,0000224 м 3 = 0,0224 л.

б) С учетом коэффициента сжимаемости, выражение для вычисления объема преобразуется следующим образом:

V = Z∙n∙R∙T/P = 0,2007∙0,1∙8,314∙273,15/10132500 = 0,0000045 м 3 = 0,0045 л.

2) Исходя из уравнения реакции

вычислить ∆_fH o образование метилового спирта.

Для вычисления энтальпии образования метилового спирта Найдем справочные значения энтальпий образования остальных реагентов:

Энтальпия данной реакции вычисляется следующей формулой:

Отсюда выражаем энтальпию образования метилового спирта:

Δ_fН о (CH₃OH) = -393,51 + 2∙(-286) – 0 – (-726,5) = -239,01 кДж/моль

3) Установите,возможно ли протекание ниже следующий реакции в стандартных условиях при 25 o С:

Для решения данной задачи вычислим изменения энтальпии и энтропии в ходе реакции. Энтальпии образования простых веществ равны нулю, поэтому изменение энтальпии реакции равно разности энтальпий образования HCl и Н₂О:

Изменение энтропии считается как разность энтропии продуктов реакции и исходных веществ. Стандартные энтропии веществ найдем из справочника:

S o ₂₉₈(HCl) = 186,7 Дж/(моль∙К)

Изменение энтропии в ходе реакции равно:

ΔS o ₂₉₈ = 2∙69,96 + 2∙223-205,03-4∙186,7 = -366,18 Дж/К

Протекание реакции зависит от изменения энергии Гиббса ΔG в ходе реакции. Если изменение отрицательно, то реакция возможна при данных условиях. ΔG o ₂₉₈ вычисляют по формуле:

ΔG o ₂₉₈ = Δ_rH o ₂₉₈ — T∙ ΔS o ₂₉₈ = -202800 Дж/моль-298,15К∙(-366,18 Дж/К) = -93623,43 Дж/моль.

Изменение энергии Гиббса меньше 0, что означает – протекание реакции возможно при данных условиях.

4. Для элементарной газофазной реакции

значение константы скорости при 3000 К равно 2,2∙10⁴ моль/(л×сек). Определите скорость этой реакции, если известны концентрации [Н₂]=4.1 × 10 -3 М и [Аr]=4.1 × 10 -4 М . При каком значении концентрации аргона скорость реакции увеличивается в двое?

Скорость элементарной реакции определяется согласно закону действующих масс:

Скорость реакции при заданных условиях равна:

v = 2,2∙10 4 ∙4,1∙10 -3 ∙4,1∙10 -4 = 3,7∙10 -2 моль/л∙сек

Из выражения закона действующих масс видно что скорость реакции пропорциональна концентрациям реагирующих веществ. Отсюда следует, для увеличения скорости в два раза, концентрацию Ar следует также два раза повысить. Концентрация Arпри этом равна:

[Ar] = 2∙4,1∙10 -4 М = 8,2∙10 -4 М.

5. Обратимая реакция описывается уравнением

Смешали по 1 моль всех веществ. После установления равновесия в смеси обнаружено 1,5 моль вещества С. Найдите константу равновесия.

Константа равновесия данной реакции выражается следующим образом:

К = , где [A],[B],[C],[D] – равновесные концентрации веществ.

Известно, что изначально количества всех веществ равны 1 моль

После установления равновесия количество вещества С стало равным 1,5 моль. По реакции понятно, что количество вещества D столько же, сколько и С – 1,5 моль. Так как в начальный момент было 1 моль С, то к моменту установления равновесия образовалось дополнительно 0,5 моль вещества. Из реакции, согласно стехиометрическим коэффициентам получаем, что количества веществ А и В уменьшились на 0,5 моль и составили 0,5 моль.

Так как коэффициенты при всех веществах в реакции равны 1, то равновесные концентрации веществ можно заменить равновесными количествами (объем в данном случае сократится).

К = = 9

6. Определите концентрацию сахара (С₁₂(Н₂О)₁₁) в растворе, если раствор закипает при 100,50 о С. Эбуллиоскопическая постоянная воды Е= 0,52 .

Давно замечено, что при растворении веществ, температура кипения растворителя повышается, и изменение температуры кипения пропорционально концентрации вещества. Изменение температуры кипения вычисляется следующим образом:

ΔT = E∙m, где Е – эбуллиоскопическая постоянная растворителя, m – моляльность раствора.

Температура кипения воды изменилась на ΔТ = 100,5 – 100 = 0,5 о С

Моляльность раствора равна

m = ΔT/E = 0,5/0,52 = 0,9615 моль/кг

Это означает, что в одном килограмме воды растворено 0,9615 моль, или 328,83 грамм сахара

7. Напишите строение мицеллы Ag₂SO₄ с положительной гранулой и назовите ее составные части

Так как гранула мицеллы положительна, то это означает, что раствор готовится в избытке ионов Ag + , которые в первую очередь присоединяются к агрегатам Ag₂SO₄, образуя ядро мицеллы. Формула и структура данной мицеллы представлены на рисунке:

8. Рассчитайте работу адгезии в системе воды – графит, зная, что краевой угол равен 90 о , а поверхностное натяжение воды 71,96 мДж/м².

Работа адгезии для систем жидкость-твердое тело, вычисляется равенством Дюпре-Юнга:

где σ – поверхностное натяжение воды, Θ – краевой угол.

Работа адгезии равна:

W_ад = 71,96 мДж/м 2 ∙(1+cos90 o ) = 71,96 мДж/м 2

9. Определите поверхностное натяжение бензола при температуре 343 К при условии, что полная поверхностная энергия не зависит от температуры и для бензола составляет 62 мДж/м². Температурный коэффициент =-0,13мДж/(м²×K).

Полная поверхностная энергия вычисляется по формуле:

ε = σ – Т ,

где σ – поверхностное натяжение, Т – темпертура, — удельная поверхностная энтропия.

Поверхностное наятжение равно:

σ =ε + Т = 62 + 343∙0,13 = 106,59 мДж/м 2

10. Коллоидный раствор получен в результате реакции обмена при смешении равных объемов растворов: 0,09нВа(ОН)₂ и 0,05н Н₂SO₄. Определить какой из двух электролитов (К₂SO₄ или BaCl₂)будет иметь меньший порог коагуляции.

Для решения задачи, требуется сначала определить заряд коллоидных частиц. Для этого найдем, какое из двух смешиваемых веществ взято в избытке. При смешивании протекает реакция:

Из реакции получаем, что при смешении равных объемов, растворы должны быть эквимолярными. Так как концентрация Ва(ОН)₂ выше, то при сливании растворов появляется избыток этого вещества. Поэтому получаем, что заряд коллоидной частицы положителен, а формула мицеллы следующая:

Коагуляцию – процес слипания коллоидных частиц, вызывают те ионы электролитов, которые заряжены противоположно грануле. Поэтому на коагуляцию будут влиять в подавляющей степени ионы Cl — и SO₄ 2- . Порог коагуляции – это минимальная концентрация электролита, необходимая для начала коагуляции. В значительной степени порог коагуляции зависит от заряда иона коагулянта: чем выше заряд , тем ниже порог коагуляции. Зависимость порога коагуляции от заряда описывается эмпирическим правилом Шульце-Гарди:

где γ – порог коагуляции, А – постоянная, z – заряд иона-коагулянта.

Из всего приведенного понятно, что порог коагуляции будет ниже для электролита K₂SO₄.

Дата добавления: 2015-04-26 ; просмотров: 3 | Нарушение авторских прав

Обратимая реакция

Рассмотрим систему реакций:

называется прямой реакцией, а частная реакция

называется обратной реакцией.

Скорость исчезновения вещества А по реакции (b) описывается уравнением:

, (10 — 10)

а его накопление по реакции (с) — уравнением:

. (10 — 11)

Изменение концентрации вещества А по обеим реакциям в соответствии с принципом независимого протекания реакций составит:

. (10 — 12)

Для решения уравнения (10 — 12) введем следующие граничные условия: к началу реакции (t = 0) концентрации веществ А и В соответственно равны a и b. Если к моменту времени t концентрация вещества А изменится на –х, то концентрация вещества В в соответствии с условием материального баланса изменится на х. Следовательно,

и уравнение (10 — 12) принимает следующий вид:

. (10 — 13)

После преобразования уравнения (10 — 13) получим:

. (10 — 14)

,

с учетом граничных условий (х = 0 при t = 0) интегрированием уравнения (13 — 14) получим:

. (10 — 15)

Из уравнения (10 — 15) следует, что предельное значение х, соответствующее t = ¥, равно константе А, то есть

При очень длительном протекании обратимой реакции в системе наступает равновесие. Равновесные концентрации С_А,¥ и С_В,¥ зависят от исходных концентраций веществ и констант скоростей:

;

;

; (10 — 16)

. (10 — 17)

Рис. 10 — 2. Кинетические кривые для исходного вещества и продукта.

Отметим, что отношение равновесных концентраций продуктов к концентрациям исходных веществ представляет собой константу равновесияK. Из равенств (10 — 16) и (11 — 17) следует: . (10 — 18)

Выражение (10 — 18) показывает, что полученные результаты полностью согласуются с представлениями о динамическом характере химического равновесия.

Типичный ход кинетических кривых для исходных веществ и продуктов обратимой реакции первого порядка показан на рис. 10 — 2.

Последовательными реакцияминазывают реакции, протекающие в несколько стадий. Вещества, образующиеся на каждой стадии и принимающие участие в дальнейшем превращении, называются промежуточными соединениями.

Рассмотрим простейшую схему последовательных реакций:

В данной схеме А является исходным веществом, В — промежуточное соединение, С — продукт реакции.

Кинетика расходования исходного вещества описывается обычным уравнением необратимой реакции первого порядка:

. (а)

Кинетика накопления вещества В описывается тем же уравнением (а), которое перепишем в иной форме:

. (b)

Кинетика расходования вещества В на образование продукта реакции описывается также уравнением необратимой реакции первого порядка:

. (с)

Общая скорость изменения концентрации промежуточного продукта в соответствии с принципом независимого протекания реакций определяется как алгебраическая разность скоростей реакций (b) и (с):

. (10 — 19)

В уравнениях (a), (b) и (с) в качестве переменных используются концентрации веществ А и В. Кроме того, переменной является концентрация продукта реакции. Для удобства записи обозначим концентрации веществ А, В и С соответственно X, Y и Z. Если до начала реакции в системе содержится только вещество А, концентрация которого равна а, то концентрации всех веществ должны быть связаны между собой в соответствии с условием материального баланса:

Для еще большего упрощения записи последующих уравнений используем нормированные концентрации:

, то есть С_А = ах, С_В = ay, C_C = az.

Нормированная концентрация вещества А изменяется по времени в соответствии с уравнением (9 — 14), которое в данной форме записи принимает вид:

. (10 — 20)

Дифференциальное уравнение (10 — 19), описывающее изменение по времени концентрации промежуточного соединения, можно записать так:

. (10 — 21)

Уравнение (10 — 21) является неоднородным дифференциальным уравнением первой степени. Первым этапом его решения является решение соответствующего однородного уравнения. В данном случае таким однородным уравнением является:

. (10 — 22)

Его решение таково:

. (10 — 23)

Возникающая при интегрировании уравнения (10 — 22) величина a не является константой, а представляет собой функцию времени t, так как это уравнение послужит заменой неоднородного уравнения.

Уравнению (10 — 23) можно придать иную форму:

или, обозначив , получим

. (10 — 24)

Величина А, входящая в уравнение (10 — 24), также зависит от времени t. В связи с этим дифференцирование уравнения (10 ‑ 24) дает:

. (10 — 25)

Вычитая из уравнения (10 — 25) уравнение (10 — 21) и учитывая, что левый член правой части уравнения (10 — 25) равен −k₂y, получим:

. (10 — 26)

После интегрирования уравнения (10 — 26) находим зависящую от времени величину А:

. (10 — 27)

Ее подстановка в уравнение (10 — 24) приводит к новому уравнению, выражающему зависимость концентрации промежуточного соединения от времени:

. (10 — 28)

Для того, чтобы найти постоянную интегрирования, входящую в уравнение (10 — 28), воспользуемся исходными условиями: в начальный момент промежуточное соединение отсутствует (t = 0, y = 0), т.е.

.

Окончательный вид уравнения для концентрации промежуточного соединения таков:

. (10 — 29)

Концентрацию продукта реакции можно сравнительно легко установить из условия:

. (10 — 30)

Уравнения (10 — 20), (10 — 24) и (10 — 30) позволяют описать кинетические кривые всех трех веществ А, В и С. Однако прежде, чем анализировать ход кинетических кривых, убедимся в правильности полученного результата. С этой целью для проверки воспользуемся уравнением (10 — 30), для которого возьмем два крайних случая:

скорость первой реакции А¾®В во много раз меньше скорости второй реакции В¾®С;

скорость второй реакции В¾®С во много раз меньше скорости первой реакции А¾®В.

Первому случаю отвечает соотношение констант скоростей k₁ >k₂

. (10 — 34)

Положение максимума на кинетической кривой найдем дифференцированием уравнения (10 — 32):

.

После преобразований получим:

. (10 -35)

Из формулы (10 — 35) следует, что положение максимума промежуточного соединения не зависит от концентрации исходного вещества, а определяется лишь соотношением между константами скорости.

Соотношение между константами скорости также влияет на форму кинетической кривой промежуточного соединения. При большом отношении k₁/k₂ концентрация промежуточного соединения очень быстро возрастает, а затем после максимума начинает медленно уменьшаться. Для больших отношений k₂/k₁ характерен медленный подъем концентрации промежуточного соединения и более размытый максимум.

Если константа реакции превращения промежуточного соединения меньше константы превращения исходного вещества, то всегда можно дождаться такого времени реакции, чтобы выполнялось условие:

.

Поэтому разделив уравнение (10 — 32) на уравнение (10 — 31), получим:

. (10 — 36)

Наступающее через достаточно длительное время соотношение между концентрациями называется переходным отношением(или переходным равновесием).

Если выполняется более жесткое условие k₂>>k₁, то соотношение между концентрациями принимает вид:

(10 — 37)

, (10 — 38)

где t (1) _1/2 и t (2) _1/2 — соответственно время полупревращения исходного вещества и промежуточного соединения.

Формулы (10 — 37) и (10 — 38) отражают вековое соотношениемежду концентрациями (или вековое равновесие). Они представляют значительный интерес для выяснения времени полураспада радиоактивных элементов по содержанию в образцах руды элементов, составляющих радиоактивное семейство. Кроме того, аналитическое определение концентраций промежуточных веществ дает возможность оценивать константы скорости отдельных этапов многостадийных реакций.

Дата добавления: 2015-07-22 ; просмотров: 585 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ