Сделайте вывод о выходе продукта реакции

Решение

К_р = ; К_р = К_с (R^*T)^∆n, К_с =

 

∆ _rG⁰_Т = - RT ln К_р Þ K_p =exp(- ∆G⁰_Т / RT)

К_{р 298} = exp(-120^.10³/8,31^.298) = ехр(-48,5) = 8×10^-22;

K_{p 1000} = exp(+3160/8,31^.1000) = ехр(0,38) = 1, 46.

К_с = ∆n = 2-1=1

К_{с 298} = = 3×10^-23 К_{с 1000} = = 0,018

При 298 К - К_р < 0 Þ в равновесной смеси практически отсутствуют продукты и смещение Þв сторону получения исходных веществ.

При 1000 К - К_р > 1 Þ в равновесной смеси преобладают продукты, их выход растет с ↑Т,

Задача 2

Определить равновесные концентрации веществ для реакции: С(к) + СО₂(г) = 2СО(г), если С_исх СО₂ = 0,5 моль/л; р еакция протекает при:Т = 1000 К в закрытом сосуде и в начальный момент:

продукт отсутствовал; уголь - в избытке и К _с¹⁰⁰⁰ = 0,018

На сколько изменится давление в системе при равновесии по сравнению с исходным?

Решение. Составим таблицу материального баланса

Таблица материального баланса

Компонент	С	СО2	СО
Начальные концентрации, Сисх, моль/л	-	0,5
Изменение концентраций, ∆С, моль/л	-	х	2 x
Равновесные концентрации С равн, моль/л	-	0,5 – x	2 x

 

 

К_с =0,018

Запишим выражение константы равновесия:

 

К_с = _;

 

_{Подставив значения находим:}

 

К_с = = 0,018. х = 0,0387 моль/л

С _{СО равн} = 2^. 0,0387 = 0,0774 моль/л

С CO_{2 равн} = 0,5 - 0,0387 = 0,4613 моль/л

Так как Р = сR*T

То Р ₀ = с_исх R*T = 0,5 ^. 0,082^.1000 = 41 атм

Р _равн= ∑ с _равн R*T = (0,0774 +0,4613)^.0,082^.1000 = 44,173атм

Задача 3

Как увеличить выход продуктов реакции

С(к) + СО₂(г) = 2СО(г) ∆ _rH⁰₂₉₈ >0

Решение

Чтобы повысить выход продукта СО Þ нужно

равновесие смещать вправо:

а) ↑ Т _{системы}, т.к. ∆_rH⁰₂₉₈ > 0;

б) ↓ Р_{системы}, т.к прямая реакция идет с ↑числа молей газообразных веществ;

в) ↑ Р СО₂ и ↓ Р СО(выводить СО из сферы реакции).

 

Задача 4

Рассчитать ∆_r H⁰₂₉₈ и ∆_r H⁰₁₀₀₀ реакции

С (к) + СО₂ (г) = 2СО (г),

считая постоянными теплоемкости реагентов в данном температурном интервале.

Решение

∆_rН⁰_Т = ∆_rН⁰₂₉₈ + ∆_rС⁰_р (Т - 298)

 

Справочные данные:

Вещество	Δ fН 0298, кДж/моль	С0р 298,Дж/(моль.К)
С(графит)	0,0	8,54
СО2 (г)	-393,5	37,41
СО (г)	-110,5	29,14

 

Δ_rН⁰₂₉₈ = 2Δ_fН⁰₂₉₈ СО (г) - Δ_fН⁰₂₉₈ С (к) - Δ_fН⁰₂₉₈ СО₂ (г) =

= 2(-110,5) – 0 – (-393,5) = 172,5 кДж.

 

Δ_rН⁰₂₉₈ >0 - реакция эндотермическая

∆_rС⁰_р = 2С⁰_р298 СО (г) – С⁰_р298 С (к) – С⁰_р298 СО₂ (г) =

= 2^.(29,14) – 8,54 – 37,41 = 12,33 Дж/К.

 

∆ _rН ⁰₁₀₀₀ =172,5 + 12,33^.10^-3.(1000 - 298) = 181,16 кДж.

Задача 5

Рассчитать ∆ _r S⁰_Т реакции

С (к) + СО₂ (г) = 2СО (г),

при 298К и при 1000К, считая С⁰_pi = const в рассматриваемом температурном интервале.

Решение

∆_r S⁰_Т = ∆_r S⁰₂₉₈ + ∆_rС⁰_р ln

 

Справочные данные:

Вещество	S0298, кДж/(моль.K)	С0р 298,Дж/(моль.К)
С(графит)	5,74	8,54
СО2 (г)	213,68	37,41
СО (г)	197,54	29,14

Δ_r S⁰₂₉₈ = 2S⁰₂₉₈ СО (г) - S⁰₂₉₈ С (к) - S⁰₂₉₈ СО₂ (г) =

= 2(197,54)–5,74–213,68=175,66 Дж/K

∆_rС⁰_р = 2С⁰_р298 СО (г) – С⁰_р298 С (к) – С⁰_р298 СО₂ (г) =

= 2^.(29,14) – 8,54 – 37,41 = 12,33 Дж/К.

∆ _r S⁰ ₁₀₀₀ = 175,66 + 12,33^.10^-3. ln (1000 / 298) = 190,59 Дж/К

Задача6 Определить температурную область самопроизвольного протекания реакции

С (к) + СО₂ (г) = 2СО (г),

при стандартных состояниях компонентов.

Решение

Реакция протекает самопроизвольно при стандартных состояниях компонентов, если:

∆ _r G⁰_Т =∆ _r H ⁰₂₉₈+ ∆ _rС⁰_p dT+Т ∆ _r S⁰ ₂₉₈+ Т ∆ _rС⁰_p / T) dT < 0

Допустим: ∆_r H⁰ и ∆_r S⁰ не зависят от температуры:

∆ _r G⁰_Т = ∆ _r H⁰₂₉₈ - T ∆ _r S⁰₂₉₈ < 0

Тогда подставив найденные в задачах4 и5 ∆_r H⁰ и ∆_r S⁰ получаем:

(172,5 – Т ∙175,66∙10^-3) < 0 Тр = 982 К

Т > 982 К

Справочные данные:

Вещество	Интервал температур, .К
С(графит)	(298 – 2300) К
СО2 (г)	(298 – 2500) К
СО (г)	(298 – 2500) К

Следовательно: Область температур протекания реакции: 982 ÷ 2300

 

Задача1. Во сколько раз изменится скорость реакции

2СО(г) + О₂(г)® 2СО₂(г)