Материал: 5201
40
16. В промышленности водород получают по уравнению:
CH4 + 2H2O = CO2 + 4H2 – 165 кДж.
Каков расход воды (в г), метана (в л) и теплоты при получении 250 м3 водорода (н.у.).
17.Составьте термохимическое уравнение реакции горения метилового спирта, при сжигании 0,8 г которого выделилось 18,2 кДж теплоты.
18.По термохимическому уравнению реакции
2Al + FeO3 = Al2O3 + 2Fe + 848 кДж
рассчитайте, сколько выделится теплоты при вступлении в реакцию: а) 10,8 г алюминия; б) 0,2 моль оксида железа (III).
19. По термохимическому уравнению реакции
2H2S + 3O2 = 2SO2 + 2H2O + 857,3 кДж
вычислите, какое количество теплоты образуется при сжигании: а) 3 моль
Н2S; б) 17 г Н2S; в) 2,24 л Н2S.
20. По термохимическому уравнению реакции
2Al + 3Cl2 = 2AlCl3 + 1 394,8 кДж
вычислите, какое количество теплоты выделилось при взаимодействии с алюминием: а) 1 моль Cl2; б) 4,48 л Cl2; в) 7,1 г Cl2.
21. По термохимическому уравнению реакции
2Na + Cl2 = 2NaCl + 819 кДж
вычислите объем (н.у.) и количество вещества хлора, вступившего в реакцию, если известно, что выделилось 81,90 кДж теплоты.
22. По термохимическому уравнению реакции
Fe + S = FeS + 95,4 кДж
вычислите количество теплоты, образуемое при окислении 11,2 г железа, и количество вещества сульфида железа (II), полученного при этом.
23.Составьте термохимическое уравнение реакции, если известно, что при сгорании 6 г водорода в кислороде выделяется 858 кДж теплоты. Вычислите, какое количество вещества воды выделилось при этом.
24.Составьте термохимическое уравнение реакции, если известно, что при взаимодействии 14 г железа с серой выделилось 24,3 кДж теплоты.
25.По термохимическому уравнению реакции
3Fe + O2 = Fe3O4 + 1 116 кДж
вычислите количество теплоты, выделившееся при сжигании 1 кг железа, содержащего 6 % примеси.
6.СКОРОСТЬ ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ. ХИМИЧЕСКОЕ РАВНОВЕСИЕ
Скорость химической реакции (v) – показывает изменение количества реагирующих веществ в единице реакционного пространства в единицу времени. Для гомогенной (однородной) системы скорость химической реакции характеризуется измерением концентрации реагирующих веществ в единицу времени в
41
единице объема. Для гетерогенной системы скорость химической реакции характеризуется изменение количества вещества на границе раздела фаз.
v = |
С2 |
С1 |
|
C |
, |
t2 |
t1 |
|
t |
где v – средняя скорость химической реакции за время t,
С2 и С1 – концентрации вещества в моменты времени t2 и t1.
ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА СКОРОСТЬ РЕАКЦИИ
Природа реагирующих веществ
Условия протекания реакций
|
концентрация |
|
Температура |
|
присутствие |
|
|
(С) |
|
(Т) |
|
катализатора |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
давление |
|
измельчение |
|
радиоактивное |
|
|
(для газовых |
|
(для твердых |
|
излучение |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|||
|
реакций) |
|
веществ) |
|
|
|
Основной закон химической кинетики (закон действия масс): скорость хими-
ческой реакции пропорциональна произведению концентрации реагирующих веществ в степенях их стехиометрических коэффициентах.
аА + bВ = cС + dD v = k C аА C bB ,
где v – скорость химической реакции, моль/(л-с), CA и CВ – концентрации веществ А и В, моль/л, k – константа скорости реакции
Правило Ван-Гоффа: при повышении температуры на каждые 10 0 скорость большинства реакций увеличивается в 2-4 раза.
v2 |
|
t2 t1 |
|
|
γ |
10 , |
|||
v1 |
||||
|
|
|
||
где v t1 , v t2 – скорость реакции соответственно при t1 – начальной температуре, t2 – конечной температуре, γ – температурный коэффициент скорости реакции.
42
КАТАЛИЗ И КАТАЛИЗАТОРЫ
Катализаторами называются вещества, изменяющие скорость химических реакций
Отрицательный катализ (ингибирование) – катализатор (ингиби-
тор) замедляет реакцию
Положительный катализ – катализатор ускоряет реакцию
Гомогенный катализ –
реагирующие веществ и катализатор образуют однофазную систему.
Например:
2SO2(г) + O2(г) |
NO(г) |
2SO3(г) |
|
Гетерогенный катализ –
реагирующие вещества и катализатор образуют систему из разных фаз.
Например:
C6H6(ж) + Cl2(г) |
Fe(тв) |
|
|
C6H5Cl(ж) + HCl(г) |
|
ХИМИЧЕСКОЕ РАВНОВЕСИЕ
Кинетическое условие равновесия
скорости прямой и обратной ре-
акции равны ( V V )
K= [C]c 
[D]d [A]a 
[B]b
Факторы, влияющие на смещение равновесия
Концентрация |
Тем- |
Давление (для |
реагирующих |
пера- |
газообразных |
веществ |
тура |
веществ) |
|
|
|
Катализатор на смещение равновесия влияния не оказывает
Принцип Ле-Шателье или принцип подвижного равновесия
если на систему, находящуюся в равновесии, производится какое-либо внешнее воздействие (изменяется концентрация, температура, давление), то оно благоприятствует протеканию той из двух противоположных реакций, которая ослабляет это воздействие.
43
Обучающая задача 1
Написать выражения закона действия масс для реакций
а) 2NO(г) + Cl2(г) 2NOCl(г)
б) CaCO3(к) CaO(к) + CO2(г)
Решение:
Используя закон действующих масс, записываем выражение для скоростей прямой реакции
а) v = k [NO]2[Cl2]
б) Поскольку карбонат кальция – твердое вещество, концентрация которого не изменяется в ходе реакции, то выражение для скорости прямой реакции будет иметь вид: v = k, т.е. в данном случае скорость реакции при определенной температуре постоянна.
Обучающая задача 2
Как изменится скорость реакции
2NO(г) + O2(г) = 2NO2(г),
если уменьшить объем реакционного сосуда в 3 раза?
Решение:
До изменения объема скорость реакции выражалась уравнением
v = k [NO]2[O2]
Вследствие уменьшения объема концентрация каждого из реагирующих веществ возрастет в 3 раза. Следовательно, выражение скорости реакции будет иметь вид
v/ = k(3[NO])2(3[O2]) = 27k [NO]2[O2]
Ответ: скорость прямой реакции увеличится в 27 раз.
Обучающая задача 3
Температурный коэффициент скорости реакции равен 2. Во сколько раз возрастет скорость реакции при повышении температуры от 20 до 50 0С?
Решение:
Обозначим скорости при 20 0С и 50 0С соответственно через v1 и v2; t2-t1 = = 70 – 20 = 50. Используя правило Вант-Гоффа
v2 |
|
t2 t1 |
50 |
|
γ 10 |
210 = 25 = 32. |
|||
v1 |
||||
|
|
|
||
Ответ: скорость реакции увеличится в 32 раза.
Обучающая задача 4
Какое влияние на смещение равновесия в системе
4HCl(г) + O2(г) 2Cl2(г) + 2H2O(г), 
0 = -116,4 кДж
окажут: а) увеличение давления; б) повышение температуры; в) введение катализатора.
44
Решение:
Так как все вещества в системе – газы, то в соответствии с принципом ЛеШателье повышение давления приводит к смещению равновесия в сторону реакции, сопровождающейся уменьшением количества вещества газа, т. е. в сторону образования Cl2 и H2O.
Поскольку прямая реакция экзотермическая, то повышение температуры будет способствовать протеканию процесса с поглощением температуры, т.е. равновесие сместится в сторону протекания эндотермической реакции – образования HCl и О2.
Катализатор в одинаковой степени ускоряет прямую и обратную реакции, поэтому в его присутствии равновесные количества веществ не изменятся, что не влияет на смещение химического равновесия.
Задания для самоподготовки: |
|
|
1. |
Как изменится скорость реакции |
|
|
2NO(г) + O2(г) |
2NO2(г), |
|
если объем реакционного сосуда уменьшить в 4 раза? |
|
2. |
Как изменится скорость реакции |
|
|
N2(г) + 3H2(г) |
2HN3(г), |
|
если увеличить давление в системе в 2 раза? |
|
3. |
Как изменится скорость реакции |
|
|
С(тв) + О2(г) = СО2(г), |
|
|
если увеличить концентрацию кислорода в 5 раз? |
|
4. |
Как изменится скорость реакции |
|
|
4Fe(к) + 3O2(г) = 2Fe2O3(к), |
|
|
если уменьшить концентрацию кислорода в 2 раза? |
|
5. |
Как изменится скорость реакции |
|
|
2SO2(г) + O2(г) 2SO3(г), если уменьшить давление в 3 раза? |
|
6. |
Как изменится скорость реакции |
|
Н2(г) + Сl2(г) = 2HCl(г),
если уменьшить объем реакционного сосуда в 2 раза?
7.На сколько градусов надо увеличить температуру, чтобы скорость реакции возросла в 27 раз? Температурный коэффициент скорости реакции равен 3.
8.Чему равен температурный коэффициент скорости реакции, если при увеличении температуры на 30 0С скорость реакции возрастает в 8 раз?
9.Температурный коэффициент скорости некоторой реакции равен 4. Во
сколько раз увеличиться скорость этой реакции, если повысить температуру на 20 0С?
10.На сколько градусов нужно уменьшить температуру, чтобы скорость реакции уменьшилась в 4 раза? Температурный коэффициент скорости реакции равен 2.
11.Чему равен температурный коэффициент скорости реакции, если при увеличении температуры на 50 0С скорость реакции возрастет в 32 раз?