Материал: Основы физической химии

8-31. Используя фазовую диаграмму, определите давление пара над эквимолярной смесью бензола и толуола при 300 К и состав пара.

p, бар 0,12 0,1 0,08 0,06

8-32. Для системы циклогексан–метилэтилкетон определите составы растворов, кипящих в нормальных условиях при 350 К. Можно ли дистилляцией разделить эти смеси на исходные компоненты?

p, бар 1,2

1,1

1

8-33. Изобразите схематично концентрационные зависимости энергий Гиббса фаз системы Аu–Ni при температурах 1000 и 1600 К.

8-34. Изобразите схематично концентрационные зависимости энергий Гиббса фаз системы Bi–Sb при температурах 640 и 800 К.

T , К

Жидкость

800

8-35. Изобразите схематично концентрационные зависимости энергий Гиббса фаз системы Cd–Zn при температуре 520 К и в точке эвтектики.

T , К

Жидкость

600

8-36. Перечислите ошибки (или неточности), которые допущены при изображении фазовых равновесий на следующих рисунках.

§ 9. Химическое равновесие

ВОПРОСЫ

1.Сформулируйте общее и частное условия химического равновесия.

2.Зачем вводится химическая переменная ξ и каков ее физический смысл?

3.От каких термодинамических переменных зависит константа равновесия?

4.За счет чего может изменяться степень превращения исходного вещества

водной и той же реакции, протекающей в разных растворителях?

5.Объясните, почему по знаку стандартной энергии Гиббса реакции нельзя, вообще говоря, судить о направлении процесса? В каких случаях совпадают значения энергии Гиббса и стандартной энергии Гиббса реакции?

6.Почему константы равновесия, используемые в термодинамике, являются величинами безразмерными? Зачем иногда указывают размерности численных значений констант равновесия реакций в растворах?

7.Какие способы смещения равновесия газофазных реакций существуют а) без изменения числа молей, б) с изменением числа молей участников реакции?

8.Как скажется на равновесном выходе продуктов разбавление реакционной смеси инертным газом с одновременным увеличением общего давления

всистеме в случае газофазной реакции 1/2 A + B = 1/3 C + D?

9.Объясните, в чем ограниченность подхода расчета равновесного состава смеси с помощью константы равновесия. Предложите альтернативные варианты.

10.При каких условиях достигаются максимальная степень превращения реагентов и максимальный выход продуктов реакции при постоянной температуре?

Пример 9-2. Константа равновесия реакции

N2(г) + 3H2(г) = 2NH3(г)

равна Kp = 1,64 · 10−4 при 400 ◦C. Какое общее давление необходимо приложить к эквимолярной смеси N2 и H2, чтобы 10% N2 превратилось в NH3? Газы

62 Вопросы и задачи к главе 2

Пример 9-3. Константа равновесия реакции

CO(г) + 2H2(г) = CH3OH(г)

при 500 К равна Kp = 6,09 · 10−3. Реакционная смесь, состоящая из 1 моль CO, 2 моль H2 и 1 моль инертного газа (N2) нагрета до 500 К и общего давления 100 атм. Рассчитать состав равновесной смеси.

Решение. Пусть прореагировало α моль CO.

Решая это уравнение, получаем α = 0,732. Мольные доли веществ в равновесной смеси: xCH3OH = 0,288, xCO = 0,106, xH2 = 0,212 и xN2 = 0,394.

Пример 9-4. Для реакции

Отметим, что константа равновесия экзотермической реакции уменьшается с ростом температуры, что согласуется с принципом Ле Шателье.

ЗАДАЧИ

Указание. Во всех задачах считать газы идеальными.

9-1. При 1273 К и общем давлении 30 атм в равновесной смеси

CO2(г) + C(тв) = 2CO(г)

содержится 17% (по объему) CO2. Сколько CO2 (в %) содержится в газе при общем давлении 20 атм? При каком давлении в газе будет содержаться 25% CO2?

9-2. При 2000 ◦C и общем давлении 1 атм 2% воды диссоциировано на водород и кислород. Рассчитайте константу равновесия реакции

H2O(г) = H2(г) + 21 O2(г)

при этих условиях.

9-3. Константа равновесия реакции

CO(г) + H2O(г) = CO2(г) + H2(г)

при 500 ◦C равна Kp = 5,5. Смесь, состоящую из 1 моль CO и 5 моль H2O, нагрели до этой температуры. Рассчитайте мольную долю H2O в равновесной смеси.

9-4. Константа равновесия реакции

N2O4(г) = 2NO2(г)

при 25 ◦C равна Kp = 0,143. Рассчитайте давление, которое установится в сосуде объемом 1 л, в который поместили 1 г N2O4 при этой температуре.

9-5. Сосуд объемом 3 л, содержащий 1,79 · 10−2 моль I2, нагрели до 973 К. Давление в сосуде после установления равновесия равно 0,49 атм. Рассчитайте константу равновесия при 973 К для реакции

I2(г) = 2I(г).

9-6. Для реакции

PCl5(г) = PCl3(г) + Cl2(г)

при 250 ◦C rG◦ = −2508 Дж · моль−1. При каком общем давлении степень превращения PCl5 в PCl3 и Cl2 при 250 ◦C составит 30%?

9-7. Для реакции

2HI(г) = H2(г) + I2(г)

константа равновесия Kp = 1,83 · 10−2 при 698,6 К. Сколько граммов HI образуется при нагревании до этой температуры 10 г I2 и 0,2 г H2 в трехлитровом сосуде? Чему равны парциальные давления H2, I2 и HI?

9-8. Сосуд объемом 1 л, содержащий 0,341 моль PCl5 и 0,233 моль N2, нагрели до 250 ◦C. Общее давление в сосуде после установления равновесия