Как найти прореагировавшую концентрацию

Пройти тестирование по этим заданиям
Вернуться к каталогу заданий

Версия для печати и копирования в MS Word

Пройти тестирование по этим заданиям

Как решать задание 23 в ЕГЭ по химии в 2022-2023? Установить исходную концентрацию веществ, найти известное вещество, по которому будут проводиться расчеты. Затем провести расчеты по уравнению реакции и найти неизвестные концентрации.

Особенности задания

Как решать новое задание 23 в ЕГЭ по химии, которое появилось только в 2022 году? Разумеется, хорошенько подготовившись – аналогов этой задаче до сих пор не было, в 2023 году она будет использоваться лишь второй раз. Поэтому важно заранее получить максимум информации о том, как можно найти правильный ответ.

Прежде чем разбираться, как решать номер 23 в ЕГЭ по химии, отметим, что задание относится к повышенному уровню сложности. Соответственно, за правильное решение можно заработать два первичных балла. На выполнение отводится в среднем 5-7 минут.

В задании проверяются ваши знания и умения в следующих областях:

• Обратимые и необратимые химические реакции;
• Химическое равновесие и его смещение под воздействием различных факторов;
• Расчеты количества вещества, его массы или объема газов по известному количеству вещества, массе или объему одного из участвующих в реакции веществ.

Если вкратце: вот как делать 23 задание на ЕГЭ по химии: проанализировать исходные данные и установить известные концентрации вещества. После этого произвести расчеты по уравнению реакции и вычислить неизвестные вещества.

Демонстрационные задания

А теперь на практике покажем, как решать задачи 23 в ЕГЭ по химии – используем несколько демонстрационных вариантов. Помните, что нет никакой гарантии, что именно эти задачки попадутся в вашем комплекте заданий. Но ими можно руководствоваться как примером.

Итак, первый вариант решения 23 номера ЕГЭ по химии.

Дано:

В замкнутый реактор поместили газообразную смесь оксида азота (II) с кислородом и нагрели. В результате протекания обратимой реакции 2NO(г) + O2(г) ⇄ 2NO2(г) в системе установилось равновесие.

Используя данные, приведенные в таблице, определите равновесные концентрации оксида азота (II) (Х) и кислорода (Y).

Реагент	NO	O2	NO2
Исходная концентрация (моль/л)	0,5	0,8
Равновесная концентрация (моль/л)			0,2

На основании приведенных данных рассказываем, как решать 23 задание ЕГЭ по химии:

Сначала производим базовый расчет: исходя из приведенной информации, следует, что в реакторе не было NO2, а значит, исходная концентрация NO2 равна нулю.

Известное вещество (с известной исходной и равновесной концентрацией) – это NO2, которого образовалось 0,2 моль.

Теперь переходим к стехиометрическим расчетам. Подставляем нужные цифры:

• 2NO(г) + O2(г) ⇄ 2NO2(г)
• 0,2 + 0,1 ⇄ 0,2

Из уравнения реакции становится ясно, что прореагировали 0,2 моль NO и 0,1 моль О2.

Наконец, переходим к окончательным расчетам. Еще раз представим перед собой таблицу и подставим нужные значения:

Реагент	NO	O2	NO2
Исходная концентрация (моль/л)	0,5	0,8	0
Равновесная концентрация (моль/л)	0,3	0,7	0,2

Итого, получаем следующий ответ:

• х = 0,5 – 0,2 = 0,3
• у = 0,8 – 0,1 = 0,7

Еще один разбор 23 задачи ЕГЭ по химии 2022-2023. Хороший пример, который может помочь вам разобраться.

Дано:

В реактор для синтеза метанола постоянного объема поместили водород и угарный газ. В результате протекания обратной химической реакции 2Н2(г) + СО(г) ⇄ СН3ОН(г) в системе установилось химическое равновесие.

Используя данные, приведенные в таблице, определите равновесную концентрацию угарного газа (Х) и исходную концентрацию водорода (Y).

Реагент	Н2	СО	СН3ОН
Исходная концентрация (моль/л)	Y	2	0
Равновесная концентрация (моль/л)	1,2	Х	0,4

Решение демо 23 задания ЕГЭ по химии 2022 выглядит так:

Так как в первоначальный момент в системе не было метанола (а в состоянии равновесия метанола стало 0,4 моль), соответственно, изменения в ходе реакции по метанолу будет равно +0,4 моль.

Далее необходимо определить, сколько угарного газа было потрачено на реакцию. Концентрация угарного газа в ходе реакции уменьшается, из уравнения реакции следует, что n(CH3ОН):n(CO) = 1:1. Отсюда следует, что n(CO) = n(CH3ОН) = 0,4 моль.

Равновесную концентрацию угарного газа можно посчитать так: [СО]равн = [СО]исх – [CO]измен = 2 моль/л = 0,4 моль/л = 1,6 моль/л.

Первая часть разбора 23 задания ЕГЭ по химии 2022г. окончена, теперь посчитаем второе неизвестное значение:

Из уравнения реакции следует, что n(CH3ОН):n(Н2) = 1:2, отсюда следует, что n(Н2) = 2n(CH3ОН) = 2х0,4 = 0,8 моль.

Концентрация водорода в ходе реакции уменьшается. Чтобы найти исходную концентрацию водорода: [H2]исх – [H2]измен = 1,2 моль/л.

[H2]исх = [H2]измен + [H2]равн = 1,2 моль/л + 0,8 моль/л = 2 моль/л.

Ответ: х = 1,6 моль/л, у = 2 моль/л.

Как вам такое объяснение 23 задания ЕГЭ по химии 2022 года? Как видите, задачи действительно сложные – нужно знать довольно много вещей и свободно оперировать химическими формулами. Что может быть довольно сложно, если на уроках вы уделяли недостаточно внимания этим темам. Хорошо, что еще есть время на подготовку!

Решение задачи 23 в ЕГЭ по химии 2022-2023 вполне доступно каждому. Конечно, если вы понимаете смысл нужных понятий и умеете пользоваться вычислениями по химическим формулам и уравнениям. Задание это новое, поэтому лучше прорешать все доступные демонстрационные варианты перед экзаменом, чтобы хорошенько подготовиться!

                           РЕШАЕМ СЛОЖНЫЕ ЗАДАЧИ

                           ( с использованием константы равновесия)

    Равновесие во многих системах, в том числе и в растворах электролитов, можно количественно описать с помощью константы равновесия. Многие школьники испытывают трудности при решении задач с использованием понятий « константа равновесия», « константа диссоциации слабого электролита» и т.п. Попробуем рассмотреть решение задач на равновесие, переходя от решения простых задач к решению более сложных.

• Задача 1.

  В системе А(г) + 3В(г) = 2С(г) , равновесные концентрации равны :

[А] = 0,03 моль/л, [В] = 0,10 моль/л, [С] = 0,40 моль/л. Найдите исходные концентрации веществ А и В и рассчитайте константу равновесия.

  Решение:

Константа равновесия для данной реакции выражается уравнением:

 р       

Подставляем в него данные задачи, получаем:

Кр   = 5333

  Для нахождения исходных концентраций веществ А и В запишем данные задачи в виде таблицы (так будет нагляднее):

	А	В	С
Было ( исходные концентрации)	Х моль/л	У моль/л	0 моль/л
Прореагировало (исходя из уравнения реакции)	?? моль/л 0,2 моль/л	?? моль/л 0,6 моль/л	?? моль/л 0,4 моль/л
Осталось или образовалось (равновесные концентрации)	0,03 моль/л	0,1 моль/л	0,4 моль/л

Предположим, что исходные концентрации веществ [А]0 и [В]0  соответственно равны Х моль/л и У моль/л. Зная, что исходная концентрация вещества [С]0 = 0 моль/л (С – это продукт реакции, которого изначально быть не могло ), мы можем найти сколько моль вещества  С  прореагировало в результате реакции в каждом литре системы : 0,4 – 0 = 0,4 моль. А так как по уравнению реакции из 1 моль вещества А и 3 моль вещества В образуется 2 моль вещества С, можно вычислить сколько моль  А и В прореагирует в каждом литре системы:

А + 3В = 2С ( все вещества – газообразны):

1        3          2 (по уравнению)

?        ?        0,4 (по условию)

Находим ? для вещества А: 0,2 моль и ? для вещества В :  0,6 моль и вписываем в строку « Прореагировало» таблицы. Осталось посчитать исходные концентрации веществ А и В (складываем «прореагировало» и «осталось», так как ищем сколько «было»):

[А]0 = Х = 0,03 + 0,2 = 0,23 моль/л

[В]0 = У = 0,1 + 0,6 = 0,7 моль/л

• Ответ: [А]0 = 0,23 моль/л; [В] 0= 0,7 моль/л; Кр = 5333

• Задача 2.

  Исходные концентрации СО и паров воды равны и составляют 0,03 моль/л.

В системе  СО + Н2О = СО2  + Н2  вычислите равновесные концентрации СО;

Н2О; Н2  , если равновесная концентрация [СО2 ] равна 0,01 моль/л. Вычислите константу равновесия.

 Решение:

 Запишем данные задачи в виде таблицы:

	СО	Н2О	СО2	Н2
Было	0,03	0,03	0	0
Прореагировало	Х 0,01	У 0,01	0,01	? 0,01
Осталось	0,02	0,02	0,01	0,01

Т. к. исходная концентрация [СО2 ]0 = 0 моль/л, а равновесная — 0,01 моль/л, то прореагировало : 0,01 – 0 = 0,01 моль/л.

Найдем по уравнению реакции сколько моль веществ СО, Н2О и Н2  прореагировало в каждом литре системы:

Х        У       0,01     ?

СО + Н2О = СО2  + Н2     х = 0,01 моль/л,  у = 0,01 моль/л,  ? = 0,01 моль/л.

1        1         1         1

Полученные данные вписываем в таблицу в строку « Прореагировало».

Теперь можно найти равновесные концентрации:

[СО] = 0,03 – 0,01 = 0,02 моль/л

[Н2О] = 0,03 – 0,01 = 0,02 моль/л

[Н2] = 0 + 0,01 = 0,01 моль/л

(Концентрации вступивших в реакцию веществ в процессе прямой реакции уменьшаются, поэтому численные значения концентраций вступивших в реакцию веществ вычитаем, а концентрации продуктов реакции – увеличиваются, следовательно – их концентрации складываем.)

Константа равновесия для данной системы:  Кр 

Подставляем полученные данные в Кр:

Кр =    = 0,25

• Ответ: Кр =0,25;  [СО] =[Н2О] = 0,02 моль/л; [Н2] = 0,01моль/л.

• Задача 3.

 Определите равновесную концентрацию водорода  в системе  2НI = Н2 + I2 , если исходная концентрация  [НI] = 0,05 моль/л, а Кр = 0,02.

 Решение:

Представим данные задачи в виде таблицы:

	HI	H2	I2
Было	0,05	0	0
Прореагировало	2х	х	х
Осталось	0,05 — 2х	х	х

Предположим, что в каждом литре системы в реакцию вступило 2х моль вещества НI. Согласно уравнению реакции из 2 моль вещества НI образуется по 1 моль Н2 и  I2, следовательно  из 2х моль НI образуется по х моль Н2  и I2

( запишем в таблицу ). Тогда равновесные концентрации веществ равны:

[HI] = ( 0,05 – 2х ) моль/л

[H2] = ( 0 + х ) = х  моль/л

[I2] = ( 0 + х ) = х моль/л

Подставив полученные данные в выражение константы равновесия, получаем:

           или     = 0,14

Решаем уравнение и находим х:

Х = 0,0055

Таким образом , в реакции участвовало (прореагировало) по 0,0055 моль/л веществ Н2 и I2 , а равновесная концентрация [Н2] = 0 + 0,0055 = 0,0055 моль/л

• Ответ: [Н2] = 0,0055 моль/л.

• Задача 4.

  В равновесной смеси   2CH4 = C2H2 + 3H2   концентрация метана составляет

3 моль/л. Считая, что превращению подверглось только 25% исходного количества метана, определите константу равновесия. Вычислите константу равновесия для этой реакции, записанной в форме  СН4 = 0,5С2Н2 + 1,5Н2

  Решение:

 Равновесная концентрация метана [СН4] =3 моль/л. Предположим, что в 1 л. системы было Х моль СН4. Зная, что превращению подверглось 25% исходного количества метана, т.е. 0,25Х моль, и , зная равновесную концентрацию метана, можно составить математическое уравнение:

Х – 0,25Х = 3

Х = 4  или 4 моль/л — это начальная концентрация метана.

Представим данные задачи в виде таблицы:

	СН4	С2Н2	Н2
Было	4	0	0
Прореагировало	1	У	Z
Осталось	3	0 +У	0 + Z

По уравнению реакции находим  У и Z:                

  1           У         Z

2CH4 = C2H2 + 3H2

  2         1          3

Следовательно:  У = 0,5 моль и Z = 1,5 моль.

Находим равновесные концентрации и константу равновесия:

[С2Н2] = 0,5 моль/л;  [Н2] = 1,5 моль/л.

Кр =   =0,1875 — для системы :  2CH4 = C2H2 + 3H2

Кр1=  = 0,433  — для системы :  СН4 = 0,5С2Н2 + 1,5Н2

• Ответ:  Кр = 0,1875; Кр1 = 0,433.

Куприянчик
Г.Г.

Учитель
химии ГУО «Гимназия № 2 г. Пинска»

Задачи на БИС
(табличный метод: было – израсходовано – стало)

Умение
решать расчётные задачи  — это важная составляющая  для успешной сдачи ЦТ. И
каждому учащему для того, чтобы научиться быстро и качественно решать задачи,
необходимо их решить немалое  количество. Со временем у учащихся появляется
навык  решения задач несколькими способами, и чем более простой способ решения
задачи они выберут, тем быстрее решиться задача. Учителю необходимо научить,
показать различные способы решения тех или иных задач. В данной статье я
предлагаю рассмотреть табличный метод решения задач  на равновесие. Такого рода
 задачи я называю – задачи на БИС (было – израсходовано – стало). Данный метод
не является новым, его используют уже давно многие учителя. Однако в литературе
он не часто встречаем. Сам метод является очень удобным. Я полагаю, он будет
полезен для молодых учителей.

Задача
1. Некоторое количество азота и водорода
смешали в сосуде емкостью 3дм³ и нагрели в присутствии железного
катализатора до установления химического равновесия. Определите исходные
концентрации (моль/дм³) веществ в сосуде,
если известно, что равновесная смесь содержала 1,0 моль азота , 2,4 моль
водорода и 0,7 моль аммиака.

Решение:

1)Записываем уравнение
реакции N₂+3H₂=2NH_3.

Решение очень удобно оформлять в виде таблицы (сначала
вносятся известные данные, затем по ходу решения заполняется таблица): стало —
это равновесные количества веществ или  концентрации веществ, израсходовано —
это сколько прореагировало, было – исходные количества или концентрации.

	N2	H2	NH3
Было	1,35	3,45	—
Израсходовано	0,35	1,05	—
Стало	1,0	2,4	0,7

2)По уравнению реакции
находим химическое количество прореагировавшего  азота: n(N₂)=0,35
моль (вносим в таблицу).

3)Находим
прореагировавшее химическое количество водорода: n(H₂)
= 0,35*3= 1,05 моль (вносим в таблицу).

4)Затем находим n_исх(N₂)=1,0+0,35=1,35
моль.

5)Находим концентрацию
исходного азота: с_исх
(N₂)=n/V=1,35/3=0,45моль/дм3

6)Находим с_исх(H₂)=3,45/3=1,15
моль/дм³ .

Ответ:
с_исх
(N₂)=0,45моль/дм3, 
с_исх(H₂)=1,15
моль/дм³ .

Задача 2.В
гомогенной системе установилось равновесие:

2SO₂+O₂
↔ 2SO₃

Равновесные химические
количества  (моль) SO₂,
O₂
и SO₃
соответственно равны 0,1, 0,2 , 0,6.

Определите исходные
химические количества SO₂
и O₂.

Решение

1)Записываем уравнение
реакции 2SO₂+O₂=2SO_3.

Вносим известные значения
в таблицу и заполняем по мере решения.

	SO2	O2	SO3
Было	0,7	0,5	—
Израсходовано	0,6	0,3	—
Стало	0,1	0,2	0,6

2)Если SO₃ 
образовалось n(SO₃)=
0,6 моль, то значит, прореагировало n(SO₂)=
0,6 моль (по уравнению реакции), а химическое количество прореагировавшего O₂
по уравнению будет в 2 раза меньше n_прор(O₂)=0,6/2=0,3моль.

3)Находим химическое
количество исходного SO₂:
n_исх(SO₂)=0,1+0,6=0,7(моль),
n_исхO₂=0,2+0,3=0,5(моль).

Ответ: n_исх(SO₂)=0,7(моль),
n_исхO₂=0,5(моль).

Задача
3.В замкнутый сосуд поместили 6 моль H₂
и 3 моль O₂.
Через некоторое время установилось равновесие 2H₂(г)
+ O₂(г)
=2H₂O
(г) и образовалась вода химическим количеством 1,5 моль. Как изменилось
давление в сосуде к моменту установления равновесия?

Решение

 1)Записываем уравнение 2H₂(г)
+ O₂(г)
=2H₂O.

Вносим в таблицу значение
количества воды и по мере решения заполняем эту таблицу.

	H2	O2	H2O
Было	6	3	—
Израсходовано	1,5	0,75	—
Стало	4,5	2,25	1,5

2)Находим химическое
количество прореагировавшего водорода: n_прор(H₂)=n(H₂O);
n_прор(H₂)=1,5
моль.

2)Находим химическое
количество прореагировавшего (израсходовано) кислорода: n_прор
(O₂)=1,5/2=0,75
моль

3)Находим равновесные
химические количества (стало) H₂
и O₂;
n_равн(H₂)=4,5
моль

n_равн(O₂)=3-0,75=2,25
моль.

4) Находим исходное
количество водорода и кислорода: n_исх
(смеси H₂+O₂)=9
моль

5)Находим
 количество равновесной смеси: n₂
(смеси)=4,5+2,25+1,5=8,25(моль)

6)Находим изменение
давление по количествам: ∆р = n_исх(смеси)
/ n₂
(смеси)= 9/8,25=1,091 (давление уменьшится), так как уменьшилось химическое
количество.

Ответ: уменьшилось
в 1,091 раза.

Задача
4.Равновесные
молярные концентрации СO, O₂ и CO₂ после
установления равновесия 2CO(г) + O₂(г) = 2CO₂(г) равны
0,3; 0,2 и 0,1 (моль/дм3) соответственно. Рассчитайте объемную долю кислорода в
исходной газовой смеси (исходная молярная концентрация CO₂ равна
нулю).

Решение

1)Записываем
уравнение 2СО(г) + O₂(г)
=2СO_2(Г)

2)Вносим
в таблицу значение  равновесных молярных концентраций веществ.

	СО	O2	СО2
Было	0,4	0,25	—
Израсходовано	0,1	0,05	—
Стало	0,3	0,2	0,1

3)По уравнению находим молярные
концентрации прореагировавших  угарного газа СО и кислорода: c_прор(CO)=c(CO₂)=0,1моль/дм³,
с_прор(О₂)== =0,05 (моль/дм³).

4)Затем находим 
исходные молярные концентрации угарного газа и кислорода:

с_исх(CO)=
c_прор(CO)
+ c_равн
(СО) =0,3+0,1=0,4 (моль/дм³); с_исх(О₂)=
с_прор(О₂)+ с_равн(О₂)=0,2+0,05=0,25 (моль/дм³).

5) Находим  мольную
долю кислорода  в  смеси, которая  будет равна объёмной доле: если
предположить, что объём смеси равен 1 дм³, то n(O₂)=0,25
моль, n(CO)=0,4
моль, мольная доля  равна

ᵡ(О₂)
= ᵠ = ==
0,385.

Ответ: ᵡ (О₂)=0,385.

Задача 5.В
гомогенной  системе установилось равновесие:

2SO_2(г)+O_2(г)
↔ 2SO_3(г)

Равновесная молярная
концентрация SO₃
равна 0,3 моль/дм³.Рассчитай равновесную молярную концентрацию
оксида серы(II), если известно, что к
моменту установления равновесия прореагировало 60 % от начального химического
количества оксида серы(II).

Решение

1)Записываем уравнение реакции2SO_2(г)+O_2(г)
↔ 2SO_3(г).

Вносим известные значения
в таблицу и заполняем по мере решения.

	SO2	SO3
Было	0,5	—
Израсходовано	0,3	—
Стало	0,2	0,3

2) Находим по уравнению
молярную концентрацию израсходованного оксида SO_2:
c(SO₂)=c(SO₃)=0,3моль/дм³.

3)Так как  SO₂
 к моменту установления равновесия прореагировало 60 % от начального
химического количества, находим исходную молярную концентрацию SO_2:
с_исх(SO₂)=0,3/0,6=0,5
моль/дм³.

4) Находим равновесную
молярную концентрацию SO₂:
с_равн(SO₂)=с_исх—
с_изр=0,5-0,3=0,2 моль/дм³.

Ответ: с_равн(SO₂)=0,2
моль/дм³.

Материалы из методички: Сборник задач по теоретическим основам химии для студентов заочно-дистанционного отделения / Барботина Н.Н., К.К. Власенко, Щербаков В.В. – М.: РХТУ им. Д.И. Менделеева, 2007. -155 с.

Понятие химического равновесия

Признаки химического равновесия

Принцип Ле Шателье

Влияние температуры на химическое равновесие

Влияние давления на химическое равновесие

Влияние концентрации на химическое равновесие

Константа химического равновесия

Примеры решения задач

Задачи для самостоятельного решения

Понятие химического равновесия

Равновесным считается состояние системы, которое остается неизменным, причем это состояние не обусловлено действием каких-либо внешних сил. Состояние системы реагирующих веществ, при котором скорость прямой реакции становится равной скорости обратной реакции, называется химическим равновесием. Такое равновесие называется еще подвижным или динамическим равновесием.

Признаки химического равновесия

1. Состояние системы остается неизменным во времени при сохранении внешних условий.
2. Равновесие является динамическим, то есть обусловлено протеканием прямой и обратной реакции с одинаковыми скоростями.
3. Любое внешнее воздействие вызывает изменение в равновесии системы; если внешнее воздействие снимается, то система снова возвращается в исходное состояние.
4. К состоянию равновесия можно подойти с двух сторон – как со стороны исходных веществ, так и со стороны продуктов реакции.
5. В состоянии равновесия энергия Гиббса достигает своего минимального значения.

Принцип Ле Шателье

Влияние изменения внешних условий на положение равновесия определяется принципом Ле Шателье (принципом подвижного равновесия): 

Если на систему, находящуюся в состоянии равновесия, производить какое–либо внешнее воздействие, то в системе усилится то из направлений процесса, которое ослабляет эффект этого воздействия, и положение равновесия сместится в том же направлении.

Принцип Ле Шателье применим не только к химическим процессам, но и к физическим, таким как кипение, кристаллизация, растворение и т. д.

Рассмотрим влияние различных факторов на химическое равновесие на примере реакции окисления NO:

2NO_(г) + O_2(г) → 2NO_2(г); ΔH^о₂₉₈ = — 113,4 кДж/моль.

Влияние температуры на химическое равновесие

При повышении температуры равновесие сдвигается в сторону эндотермической реакции, при понижении температуры – в сторону экзотермической реакции.

Степень смещения равновесия определяется абсолютной величиной теплового эффекта: чем больше по абсолютной величине энтальпия реакции ΔH, тем значительнее влияние температуры на состояние равновесия.

В рассматриваемой реакции синтеза оксида азота (IV) повышение температуры сместит равновесие в сторону исходных веществ.

Влияние давления на химическое равновесие

Сжатие смещает равновесие в направлении процесса, который сопровождается уменьшением объема газообразных веществ, а понижение давления сдвигает равновесие в противоположную сторону.

В рассматриваемом примере в левой части уравнения находится три объема, а в правой – два. Так как увеличение давления благоприятствует процессу, протекающему с уменьшением объема, то при повышении давления равновесие сместится вправо, т.е. в сторону продукта реакции – NO₂. Уменьшение давления сместит равновесие в обратную сторону. Следует обратить внимание на то, что, если в уравнении обратимой реакции число молекул газообразных веществ в правой и левой частях равны, то изменение давления не оказывает влияния на положение равновесия.

Влияние концентрации на химическое равновесие

Для рассматриваемой реакции введение в равновесную систему дополнительных количеств NO или O₂ вызывает смещение равновесия в том направлении, при котором концентрация этих веществ уменьшается, следовательно, происходит сдвиг равновесия в сторону образования NO₂. Увеличение концентрации NO₂ смещает равновесие в сторону исходных веществ.

Катализатор одинаково ускоряет как прямую, так и обратную реакции и поэтому не влияет на смещение химического равновесия.

При введении в равновесную систему (при Р = const) инертного газа концентрации реагентов (парциальные давления) уменьшаются. Поскольку рассматриваемый процесс окисления NO идет с уменьшением объема, то при добавлении инертного газа равновесие сместится в сторону исходных веществ.

Константа химического равновесия

Для химической реакции:

2NO_(г) + O_2(г) → 2NO_2(г)

константа химической реакции К_с есть отношение:

             К_с = [NO₂]²/([NO]² · [O₂])               (1)

В этом уравнении в квадратных скобках – концентрации реагирующих веществ, которые устанавливаются при химическом равновесии, т.е. равновесные концентрации веществ.

Константа химического равновесия связана с изменением энергии Гиббса уравнением:

ΔG_T^о = – RTlnK                      (2)

Примеры решения задач

Задача 1. При некоторой температуре равновесные концентрации в системе 2CO _(г) + O_{2 (г)}→2CO_{2 (г)} составляли: [CO] = 0,2 моль/л, [O₂] = 0,32 моль/л, [CO₂] = 0,16 моль/л. Определите константу равновесия при этой температуре и исходные концентрации CO и O₂, если исходная смесь не содержала СО₂.

Решение.

2CO_(г) + O_2(г) →2CO_2(г)

Вещество	CO	O2	CO2
Сисходн, моль/л	0,36	0,40	0
Спрореагир,моль/л	0,16	0,08	0,16
Сравн, моль/л	0,2	0,32	0,16

Во второй строке под С_{прореагир} понимается концентрация прореагировавших исходных веществ и концентрация образующегося CO₂, причем, С_исходн= С_{прореагир} + С_равн.

Задача 2. Используя справочные данные, рассчитайте константу равновесия процесса

3 H_{2 (г)} + N_{2 (г)} →2 NH_{3 (г)} при 298 К.

Решение.

ΔG₂₉₈^о = 2·(- 16,71) кДж = -33,42·10³ Дж.

ΔG_T^о = — RTlnK.

lnK = 33,42·10³/(8,314× 298) = 13,489. K = 7,21× 10⁵.

Задача 3. Определите равновесную концентрацию HI в системе

H_2(г) + I_2(г)  →2HI_(г),

если при некоторой температуре константа равновесия равна 4, а исходные концентрации H₂ , I₂ и HI равны, соответственно, 1, 2 и 0 моль/л.

Решение. Пусть к некоторому моменту времени прореагировало x моль/л H_2.

Вещество	H2	I2	HI
сисходн., моль/л	1	2	0
спрореагир., моль/л	x	x	2x
cравн., моль/л	1-x	2-x	2x

Тогда,  К = (2х)²/((1-х)(2-х))

Решая это уравнение, получаем x = 0,67.

Значит, равновесная концентрация HI равна 2× 0,67 = 1,34 моль/л.

Задача 4. Используя справочные данные, определите температуру, при которой константа равновесия процесса: H_2(г) + HCOH_(г) →CH₃OH_(г) становится равной 1. Принять, что ΔН^о_Т » ΔН^о₂₉₈, а ΔS^о_T » ΔS^о₂₉₈.

Решение.

Если К = 1, то ΔG^о_T = — RTlnK = 0;

ΔG^о_T = ΔН^о₂₉₈ — ТΔ S^о₂₉₈ .

ΔН^о₂₉₈ = -202 – (- 115,9) = -86,1 кДж = — 86,1× 10³ Дж;

ΔS^о₂₉₈ = 239,7 – 218,7 – 130,52 = -109,52 Дж/К;

0 = — 86100 — Т·(-109,52) 

Т = 786,15К

Задача 5. Для реакции SO_2(Г) + Cl_2(Г)  →SO₂Cl_2(Г) при некоторой температуре константа равновесия равна 4. Определите равновесную концентрацию SO₂Cl₂, если исходные концентрации SO₂, Cl₂ и SO₂Cl₂ равны 2, 2 и 1 моль/л соответственно.

Решение. Пусть к некоторому моменту времени прореагировало x моль/л SO_2.

SO_2(г) + Cl_2(г) →SO₂Cl_2(г)

Вещество	SO2	Cl2	SO2Cl2
cисходн., моль/л	2	2	1
cпрореагир., моль/л	x	x	х
cравн., моль/л	2-x	2-x	x + 1

Тогда получаем:

(х + 1)/(2 — х)² = 4

Решая это уравнение, находим: x₁ = 3 и x₂ = 1,25. Но x₁ = 3 не удовлетворяет условию задачи.

Следовательно, [SO₂Cl₂] = 1,25 + 1 = 2,25 моль/л.

Задачи для самостоятельного решения

1. В какой из приведенных реакций повышение давления сместит равновесие вправо? Ответ обоснуйте.

1) 2 NH_{3 (г)} → 3H_{2 (г)} + N_{2 (г)}

2) ZnCO_{3 (к)} → ZnO_(к) + CO_{2 (г)}

3) 2HBr _(г) → H_{2 (г)} + Br_{2 (ж)}

4) CO_2 (г) + C _{(графит)}  →2CO _(г)

Так как увеличение давления благоприятствует процессу, протекающему с уменьшением количества газообразных веществ, то равновесие сместится вправо в реакции 3.

2. При некоторой температуре равновесные концентрации в системе:

2HBr _(г)  →H_{2 (г)} + Br_{2 (г)}

составляли: [HBr] = 0,3 моль/л, [H₂] = 0,6 моль/л, [Br₂] = 0,6 моль/л. Определите константу равновесия и исходную концентрацию HBr.

3. Для реакции H_2(г) + S_(г)  →H₂S_(г) при некоторой температуре константа равновесия равна 2. Определите равновесные концентрации H₂ и S, если исходные концентрации H₂, S и H₂S равны, соответственно, 2, 3 и 0 моль/л.

4. Используя справочные данные, вычислите температуру, при которой константа равновесия процесса

CO_2(г) + C_{(графит)}  →2CO_(г)

становится равной 1. Примите, что ΔН^о_Т≈ΔН^о₂₉₈, а ΔS^о_T≈ΔS^о₂₉₈

5. Используя справочные данные, рассчитайте константу равновесия процесса:

С₂Н_4(г)  →С₂Н_2(г) + Н_2(г) при 298 К

6. Для реакции 2С₃Н_8(г) → н-С₅Н_12(г)+СН_4(г) при температуре 1000 К константа равновесия равна 4. Определите равновесную концентрацию н-пентана, если исходная концентрация пропана равна 5 моль/л.

7. При температуре 500 К константа равновесия процесса:

СО_2(г) + 3Н_2(г)  → СН₃ОН_(г) + Н₂О_(г)

равна 3,4·10^-5. Вычислите Δ G^о₅₀₀.

8. При температуре 800 К константа равновесия процесса н-С₆Н_14(г)+  2С₃Н_6(г)+Н_2(г) равна 8,71. Определите ΔG^о_f,800(С₃Н_6(г)), если ΔG^о_f,800(н-С₆Н_14(г)) = 305,77 кДж/моль.

9. Для реакции СО_(г) + Cl_2(г)  →СO₂Cl_2(г) при некоторой температуре равновесная концентрация СO₂Cl_2(г) равна 1,2 моль/л. Определите константу равновесия данного процесса, если исходные концентрации СО_(г) и Cl_2(г) равны соответственно 2,0 и 1,8 моль/л.

10. При некоторой температуре равновесные концентрации в системе 2SО_2(г) + О_2(г)  →2SO_3(г) составляли: [SО₂ ]=0,10 моль/л, [О₂]=0,16 моль/л, [SО₃]=0,08 моль/л. Вычислите константу равновесия и исходные концентрации SО₂ и О₂.

К=4,0; исходная концентрация SО2 составляет 0,18 моль/л; исходная концентрация О2 составляет 0,20 моль/л.