2. Кинетика и равновесие химических реакций

Задание. В газовой фазе протекает обратимая реакция (табл. 5).

1. Напишите уравнение для скорости прямой реакции согласно закону действующих масс.

2. Определите, как изменится скорость прямой реакции, если:

а) концентрацию каждого из исходных веществ увеличить в А раз;

б) объём исходных веществ увеличить в Б раз.

3. Рассчитайте константу равновесия К_с и первоначальные концентрации исходных веществ, учитывая заданные значения равновесных концентраций.

4. Укажите согласно принципу Ле - Шателье. как следует изменить по величине температуру, давление и концентрации веществ, участвующих в реакции, чтобы сместить равновесие в сторону образования продуктов.

Таблица 5

Номер варианта	Уравнение реакции	А	Б	Равновесные концентрации, моль/л
1	H2+Cl2=2HCl+Q	2	3	[H2]=0,1; [Cl2]=0,2; [HCl]=0,2
2	N2+3H2=2NH3+Q	2	3	[N2]=0,1; [H2]=0,3; [NH3]=0,5
3	2N2O=2N2+O2+Q	3	2	[N2O=0,5;[N2]=0,4; [O2]=0,2
4	2HI=H2+I2-Q	3	2	[HI]=0,2; [H2]=[I2]=0,5
5	2NO2=N2O4+Q	2	3	[NO2]=0,1; [N2O4]=0,25
6	2CO+O2=2CO2+Q	4	3	[CO]=0,2; [O2]=0,1; [CO2]=0,3
7	H2+I2=2HI+Q	3	4	[H2]=0,4; [I2]=0,3; [HI]=0,5
8	2NH3=N2+3H2-Q	2	4	[NH3]=0,2; [N2]=0,1; [H2]=0,3
9	CO+Cl2=COCl2+Q	2	4	[CO]=0,5; [Cl2]=0,1; [COCl2]=0,5
10	N2+O2=2NO-Q	3	2	[N2]=0,1; [O2]=0,2; [NO]=0,2
11	2NO+O2=2NO2+Q	3	2	[NO]=0,2; [O2]=0,3; [NO2]=0,4
12	CO+2H2=CH3OH-Q	2	3	[CO]=[H2]=0,1; [CH3OH]=0,
13	PCl3+Cl2=PCl5+Q	2	4	[PCl3]=0,3; [Cl2]=0,2; [PCl5]=0,2
14	SO2Cl2=SO2+Cl2-Q	4	2	[SO2Cl2]=0,2; [SO2]=[Cl2]=0,3
15	2H2+O2=2H2O+Q	3	2	[H2]=0,1; [O2]=0,3; [H2O]=0,3
16	COCl2=CO+Cl2-Q	4	3	[COCl2]=0,2; [CO]=[Cl2]=0,3
17	2HCl=H2+Cl2-Q	3	2	[HCl]=0,05; [H2]=[Cl2]=0,08
18	2F2+O2=2F2O+Q	4	3	[PCl5]=0,04; [PCl3]=[Cl2]=0,2
19	2F2+O2=2F2O+Q	4	3	[F2]=0,1; [O2]=0,05; [F2O]=0,3
20	2HBr=H2+Br2-Q	2	2	[HBr]=0,04; [H2]=[Br2]=0,05
21	2SO3=2SO2+O2-Q	2	3	[SO3]=0,05; [SO2]=0,2; [O2]=0,1
22	2NOCl=2NO+Cl2-Q	3	3	[NOCl]=0,04; [NO]=0,08; [Cl2]=0,04
23	2NO+Br2=2NOBr+Q	4	2	[NO]=0,2; [Br2]=0,1; [NOBr]=0,4
24	C2H2+H2=C2H4-Q	2	2	[C2H2]=0,05; [H2]=0,03; [C2H4]=0,1
25	N2O4=2NO2-Q	2	3	[N2O4]=0,02; [NO2]=0,1
26	C2H4+Cl2=C2H4Cl2+Q	3	2	[C2H4]=0,1; [Cl2]=0,2; [C2H4Cl2]=0,2
27	CO+Br2=COBr2+Q	4	3	[CO]=0,04; [Br2]=0,03; [COBr2]=0,1
28	2Cl2+O2=2Cl2O+Q	2	3	[Cl2]=0,1; [O2]=0,03; [Cl2O]=0,2
29	SO2+Cl2=SO2Cl2+Q	3	4	[SO2]=0,2; [Cl2]=0,1; [SO2Cl2]=0,4
30	PBr3+Br2=PBr5+Q	3	4	[PBr3]=0,01; [Br2]=0,03; [PBr5]=0,5

Пример 1. Определите, как изменится скорость прямой реакции

2SO₂ + О₂=2SO₃,

если: а) концентрации исходных веществ увеличить в 2 раза;

б) объём газовой смеси увеличить в 3 раза.

Решение. Согласно закону действующих масс начальная скорость реакции

V₁=k[SO₂][O₂].

После увеличения концентраций SO₂ и О₂

V₂ = k(2[SO₂])²2[O₂] = 8k[SO₂]²[O₂].

Скорость прямой реакции увеличится в 8 раз.

После увеличения объёма газовой смеси в 3 раза концентрации веществ соответственно уменьшатся в 3 раза:

V₃ = k(1/3[SO₂])²1/3[O₂]=1/27 k[SO₂]²[O₂].

Скорость прямой реакции уменьшается в 27 раз.

Пример 2. Равновесие гомогенной системы 2SO₂+О₂= 2SОз установилось при следующих концентрациях реагирующих веществ (моль/л): [SO₂] = 0,2; [О₂]= 0,1; [SO₃] = 0,5. Рассчитайте константу равновесия и исходные концентрации SO₂ и О₂.

Решение Определяем константу равновесия

Исходные концентрации SO₂ и О₂ находим на основе уравнения реакции. На образование 2 моль SO₃ расходуется 2 моль SO₂, а на образование 0,5 моль SO₃ потребовалось 0,5 моль SO₂. Учитывая равновесную концентрацию SO₂, находим его первоначальную концентрацию:

[SO₂]_ИCX = 0,2 + 0,5 = 0,7 моль/л ,

на образование 2 моль SO₃ необходимо израсходовать 1 моль О₂, а для получения 0,5 моль SO₃ потребуется 0,5/2=0,25 моль;

[О₂]_исх = 0,1 + 0,25 = 0,35 моль/л.