Решение задач на термодинамику и кинетику
.docПример задания (фрагмент ТАБЛИЦЫ ЗАДАНИЙ):
№ |
Уравнения реакций |
x1 |
x2 |
|
T1, K
|
T2, K
|
||||
ОБЩИЙ ВИД |
ПРИМЕР |
|||||||||
пример |
a A + b B ⇄ c C + d D, |
2 H2О(г) + 2 Br2(г) ⇄ 4 HBr(г) + O2(г) |
2 |
0,5 |
2,4 |
278 |
303 |
3,5 |
2,5 |
1,5 |
где a, b, c, d - коэффициенты; A, B, C, D – формулы веществ с указанием агрегатного состояния.
1. Расчет (стандартной энтальпии реакции при 298 К, кДж/моль):
ОБЩИЙ ВИД |
ПРИМЕР |
= c(C) + d(D) – [a(A) + b(B)], где (…) – стандартные энтальпии образования веществ при 298 К, кДж/моль (см. Термодинамические Свойства некоторых …). |
= 4(HBr(г)) + (O2(г)) – [2(H2О(г)) + 2(Br2(г))] = = 4·(-36,38) + 0) – [2·(-241,81) + 2·30,91] = 276,28 кДж/моль. |
Определение типа реакции:
|
ОБЩИЙ ВИД |
ПРИМЕР |
||
= 0 |
> 0 |
< 0 |
= 276,28 > 0 |
|
Тип реакции |
атермическая |
эндотермическая |
экзотермическая |
эндотермическая. |
2. Формула для расчета Δn (изменения общего числа молекул газов в одном пробеге реакции):
ОБЩИЙ ВИД |
ПРИМЕР |
Δn = c + d – (a + b) (коэффициенты перед формулами твердых веществ не учитываются) |
Δn = 4 + 1 – (2 + 2) = 1. |
Оценка (стандартной энтропии реакции при 298 K) :
Δn |
ОБЩИЙ ВИД |
ПРИМЕР |
||
= 0 |
> 0 |
< 0 |
Δn = 1 > 0 |
|
≈ 0 |
заметно > 0 |
заметно < 0 |
заметно > 0. |
Расчет :
ОБЩИЙ ВИД |
ПРИМЕР |
= c(C) + d(D) – [a(A) + b(B)], где (…) – стандартные энтропии веществ при 298 К, Дж/(К·моль) (см. Термодинамические свойства…). |
= 4(HBr(г)) + (O2(г)) – [2(H2О(г)) + 2(Br2(г))] = 4·198,58 + 205,04 – – [2·188,72 + 2·245,37] = 131,18 Дж/(К·моль) = 0,13118 кДж/(К·моль) |
Сравнение качественной оценки с расчетным значением [«заметно», если порядок величины – это десятые кДж/(К·моль)]:
= 0,13116 кДж/(К·моль) > 0 и имеет порядок десятых, т. е. качественная оценка совпала с расчетным значением.
Возможность самопроизвольного протекания реакции в изолированной системе при стандартных условиях и 298 К:
|
ОБЩИЙ ВИД |
ПРИМЕР |
|
< 0 |
> 0 |
= 0,13118 > 0 |
|
Реакция |
невозможна |
возможна |
невозможна |
3. Расчет (стандартной энергии Гиббса реакции при 298 K, кДж/моль):
ОБЩИЙ ВИД |
ПРИМЕР |
= – T , где T – температура, К; |
= – 298 = 276,28 – 298·0,13118 = 237,19 кДж/моль. |
Возможность самопроизвольного протекания реакции в закрытой системе при стандартных условиях и 298 К:
|
ОБЩИЙ ВИД |
ПРИМЕР |
|
< 0 |
> 0 |
= 237,19 > 0 |
|
Реакция |
возможна |
невозможна |
невозможна. |
4. Выражение для Kс (константы равновесия, выраженной через равновесные концентрации […] веществ):
ОБЩИЙ ВИД |
ПРИМЕР |
(равновесные концентрации твердых веществ не входят в это выражение). |
Расчет Kp (константы равновесия, выраженной через равновесные парциальные давления):
ОБЩИЙ ВИД |
ПРИМЕР |
где R = 0,00831 кДж/(моль·К) – газовая постоянная; |
Оценка равновесного состава при стандартных условиях и 298 К [«близко к 1», если 0,001 ≤ Kp ≤ 1000]:
ОБЩИЙ ВИД |
ПРИМЕР |
|||
Kp |
<< 1 |
>> 1 |
близко к 1 |
Kp = 2,53·10-42 << 1 |
Равновесный состав |
преобладают реагенты |
преобладают продукты |
количества сопоставимы. |
преобладают продукты |
Для смещения равновесия реакции вправо:
ОБЩИЙ ВИД |
ПРИМЕР |
||||
= 0 |
> 0 |
< 0 |
= 276,28 > 0 |
||
Т надо |
не влияет |
повысить |
понизить |
повысить; |
|
Δn |
> 0 |
> 0 |
< 0 |
Δn = 1 > 0 |
|
общее давление p надо |
не влияет |
понизить |
повысить |
понизить |
|
газообразные |
реагенты надо добавить |
продукты надо отвести. |
H2О(г) и Br2(г) надо добавить, а HBr(г) и O2(г) надо отвести. |
5. Кинетическое уравнение (v – скорость; k – константа скорости; с(…) - текущие концентрации веществ) :
ОБЩИЙ ВИД |
ПРИМЕР |
v = k{с(A)}{с(B)}, где x1 и x2 – частные порядки по реагентам, см. ТАБЛИЦУ ЗАДАНИЙ |
v = k{с(H2О)}2{с(Br2)}0,5. |
Расчет числа раз, в которое увеличится скорость реакции:
ОБЩИЙ ВИД |
ПРИМЕР |
а) ; б) ; в) ( см. ТАБЛИЦУ ЗАДАНИЙ ); |
а) ; б) 3,52·2,50,5 = 19,4; в) 1,52+0,5 = 2,8. |