Контрольная работа
Вариант№1
1. Рассчитайте сродство (-ΔrGt) железа к кислороду воздуха, Po2
=2,0266*104
Па при 1000К, если константа равновесия реакции 2Fe+O2
2FeO при этой температуре равна 2,450*1020
Па-1
.
2. Константа равновесия реакции H2
+I2
2HI при 717К равна 46,7. Определите кол-во разложившегося HI при нагревании 1моль HI при 717К.
3. Вычислите при температуре 298К константу равновесия реакции CO+0,5O2
=CO2
по стандартной энергии Гиббса.
Критерии оценивания
Данная к/р оценивается в 45 баллов. №1-10 баллов, №2-15 баллов, №3-20 баллов.
Наиболее характерные ошибки:
- использование неправильных размерностей величин;
- ошибки при выводе ур-ния Кс реакции;
- неправильное решение квадратного ур-ния и использование его отрицательных корней (для нахождения кол-ва моль прореагировавшего в-ва);
- ошибки при счёте;
- использование неверных справочных значений(необходимо использовать величины, выраженные в Дж/моль, Дж/моль*К или кДж/моль);
- следует учесть, что энтальпия реакции образования простых веществ равна 0;
- для расчета стандартной энергии Гиббса необходимо значение энтропии реакции перевести в кДж/моль;
- если реакция проводится в стандартных условиях, то необходимо использовать PO
=0,101Мпа=101,3кПа.
Решение задач
№1.
2Fe+O2
2FeO
ΔG=-RTlnKp+RTПі(Pν
і
і исх.)
ΔG=-8,314*1000ln(2,450*1020
)+8,314*1000ln(2,0266*104
)= -390324-82447=-472,77 кДж/моль.
Ответ. (-ΔrGt)=472,77 кДж/моль.
№2
2HI H2
+I2
исх. 1моль 0 0
Реак. 2х х х
Равн. 1-2х х х
Кс=
46,7x2
=1-4x+4x2
42,7x2
+4x-1=0
D=186,8
x1
= (моль)
2x=0,227 (моль)
Ответ. Разложилось 0,227 моль HI.
№3
Все необходимые значения станд. для CO2
, O2
и CO берутся из справочника физико-химических величин.
ΔV-приращение числа молей во время реакции.
Для реакции CO+0,5O2
=CO2
ΔV=1-(1+0,5)= -0,5
Ответ.
Индивидуальное задание
Вариант№5
1. По значениям изобарных потенциалов в справочнике [M.] определите константу равновесия при температуре 298К для реакции:
2. При окислении SO2
в SO3
в газовой фазе установилось хим. равновесие:
Как будет влиять на это равновесие увеличение давления и добавление азота, не участвующего в реакции? Ответ дать на основании термодинамич. соотнош. И пользуясь принципом Ле-Шателье.
3. Если нагреть 0,746 кг йода и 0,0162 кг водорода в закрытом сосуде ёмкостью 1 м3
до 693К, то при достижении равновесия образуется 0,721 кг йодистого водорода. Сколько йодистого водорода получится, если к исходной смеси добавить 0,1 кг йода и 0,005 кг водорода?
4. Процесс получения водяного газа идёт по ур-нию . При 1000К конст. равновесия равна 1,45. Какой состав должна иметь исходная смесь, сост. из водяного пара и СО, чтобы при 1000К равновесная смесь содержала по объёму 25%СО2
и 25%Н2
?
5. При Т=1396К и Р=1,0133*105
н/м2
степень диссоциации водяного пара на водород и кислород равна 0,567*10-4
, а степень диссоциации двуокиси углерода на окись углерода и кислород при тех же условиях -1,551*10-4
. Определить на основании этих данных состав водяного газа, образующегося при указанной температуре из равных объёмов окиси углерода и водяного пара.
6. При температуре 1500К и давлении 0,1013 МПа степень диссоциации водяного пара =1,9*10-4
. Выразить для реакции горения водорода константу равновесия Кр через степень диссоциации водяного пара и вычислить Кр при 1500К.
7. Для реакции определите Кр при 600К, если при 298К константа равновесия этой реакции равна 1,0*105
.
Справочник [M.] –краткий справочник физико-химических величин. под ред. К.П.Мищенко и А.А.Равдия, М.,Госхимиздат, 1967г.
Критерии оценивания
Данное индивидуальное задание оценивается в 110 баллов.
№1,2 -10 баллов;
№4,6 -15 баллов;
№3,5,7 -20 баллов;
Наиболее характерные ошибки:
- использование неверных справочных данных;
- ошибки при выводе ур-ния Кс и Кр для исследованной реакции;
- ошибки при вычислении равновесной концентрации вещества;
- использование неверных корней квадратного уравнения(полученное значение корней квадратного уравнения необходимо сопоставлять с условием задачи, чтобы не получить отрицательные значения концентраций);
- ошибки при счёте;
- при расчёте по уравнению реакции необходимо учитывать коэффициенты, стоящие перед веществом;
- необходимо все единицы измерения выражать в СИ (как например, парциальное давление газов в н/м2
);
- нужно использовать значения температуры процесса в К для расчёта ;
- ошибки могут быть при неверной трактовке уравнения Менделеева-Клапейрона (следует учесть число моль-n);
-следует отличать равновесные и неравновесные процессы и учитывать правильность их написания;
- справочные данные должны соответствовать необходимому в-ву, которое указано в условии задачи;
- ошибки также возникают при переводе моль в кмоль, кал в Дж.
Решение задач
№1
В справочнике физико-химических величин [M.], находим значения :
| Реакция | Знач. *10-6
, Дж/кмоль |
-1577,46 -370,62 -3094,00 |
Используя уравнение:
Δn- изменение числа молей газообразного конечного и начального продуктов реакции.
Кр и парц. давления выражены в н/м2
.
и ур-ние определим значение реакции:
Ответ.lgKp=55,87.
№2
В данной реакции ΔV=2-3=-1, поэтому выражение для Кх примет вид:
Из уравнения видно, что с увеличением давления р увеличивается константа равновесия Кх, поскольку Кр не зависит от давления. Увеличение Кх произойдёт за счёт увеличения числителя и за счёт уменьшения знаменателя. При отсутствии инертной примеси азота равна сумме молей веществ в равновесной смеси, которая при смещении равновесия изменяется незначительно, поэтому числитель увеличивается в основном за счёт увеличения ; одновременно должны уменьшатся и в знаменателе. Отсюда делаем вывод, что с ростом давления р в равновесной системе кол-во SO3
возрастает, равновесие сдвинется вправо, выход серного ангидрида увеличится. С увеличением кол-ва азота увеличивается сумма , что влечёт за собой уменьшение . Равновесие сдвинется влево, выход SO3
уменьшится.
Принципа смещения равновесия Ле Шателье приводит с к следующим качественным выводам. Т.к. реакция образования SO3
из SO2
и O2
идёт с уменьшением объёма, то при увеличении давления, т.е. при сжатии реагирующей смеси, процессом ослабляющим сжатие, будет процесс, приводящий к уменьшению числа молекул в реагирующей смеси. Таким образом, при увеличении давлении реакция сдвинется слева на право и выход SO3
возрастёт.
Увеличение содержания азота при постоянном общем давлении ведёт к разбавлению реагирующей смеси, что равноценно уменьшению давления при отсутствии азота, т.е. приведёт к сдвигу равновесия справа налево, выход то равноценно уменьшению давления при отсутствии азота, ведёт к разбавлению реагирующей смесию числа молекул в реагирующей сSO3
уменьшится.
№3
Реакция протекает по уравнению:
H2
+I2
2HI
Константа равновесия этой реакции может быть выражена уравнением:
Для определения величины константы равновесия необходимо определить состав равновесной газовой смеси.
H2
и I2
реагируют с образованием HI, то в равновесной смеси исходное кол-во будет меньше, чем в исходной.
Исходная концентрация H2
и I2
:
Конц. получ. HI в равновесной смеси:
Реакция протекает при постоянном давлении, тогда:
H2
+I2
2HI
1кмоль 1кмоль 2кмоль
(2,82кмоль 2,82 кмоль 5,64 кмоль)*10-3
След., в равновесной смеси останется:
Данные вещества находятся в V=1м3
, поэтому
Используя полученные концентрации, определим константу равновесия:
При добавлении к исх. смеси 0,100кг I2
и 0,005 кг H2
установ. равнов., но Кс не изменится. Обозначим новую равновесную конц.[HI]=x, тогда равнов. конц. [I2
] и [H2
] будут равны:
Получим уравне
Х1
не имеет физ.смысла, т.к.конц. H2
и I2
будут иметь отрицательные значения.След., . Т.к. V=1м3
, тогда
Ответ.
№4
Напишем содержание компонентов в процентах в равновесной смеси:
Для рассматриваемой реакции
Подставим содержание веществ (в молях) в выражение для константы равновесия:
откуда
т.к. в ходе реакции число молей в системе не меняется. Исключая из этих уравнений , получим уравнение:
Его решение даёт два действительных корня:. Это означает, что в исходной смеси СО(г) по объёму может быть 36,1 или 63,9% и, соответственно, Н2
О(г) 63,9 или 36,1%.
№5
Реакция образования водяного пара протекает по уравнению:
Константа равновесия равна:
Диссоциация двуокиси углерода:
2CO+O2
=2CO2
Диссоциация водяного пара:
Равновесная концентрация кислорода в данных реакциях одинакова, тогда:
Выразим константу равновесия реакции диссоциации воды и двуокиси углерода через общее давление и степень диссоциации:
По условию начальные об. конц. воды и укиси углерода равны 50об.%, обозначим конц. образ. Н2
и СО2
в сост. равновесия x об.%, получим:
Состав водяного газа имеет вид:
Ответ. 15,95 об.%
№6
Напишем равновесные числа молей реагентов, выраженные через степень диссоциации :
n0
–начальное количество (число молей) водяного пара.
Константа равновесия этой реакции будет выражаться уравнением:
Выразим парциальные давления реагентов через общее давление Р, общее число молей и степень диссоциации . Находим:
Парциальные давления реагентов вычисляются по уравнению :
Таким образом,
Т.к. можно считать и , поэтому
Для обратной реакции, т.е для реакции горения водорода при 1500К, получим:
Ответ.
№7
Зависимость теплового эффекта от температуры опред. законом Кирхгоффа:
По справочнику [M] находим зависимость теплоёмкости веществ от температуры
| Вещество | Зависимость теплоёмкости от температуры, Дж/кмоль*град | |||
| 44,14 | 9,04 | - | -8,54 | |
| 29,10 | -0,84 | - | - | |
| 27,63 | 5,02 | - | - | |
| 30,12 | 11,30 | 2,01 | - | |
По уравнению находим Кр при 600К:
Ответ.
Тест
В вопросах 1-10 необходимо выбрать правильный ответ (он может быть только один).
1. При наступлении состояния химического равновесия протекают следующие процессы:
а) число молекул веществ, составляющих химическую систему увеличивается во времени при неизменных внешних условиях;
б) число молекул веществ, составляющих химическую систему остаётся постоянным во времени при неизменных внешних условиях;
в) число молекул веществ, составляющих химическую систему, уменьшается во времени при неизменных внешних условиях.
2. Для реакции: протекающей в изобарно-изотермических условиях, общее выражение для изменения энергии Гиббса имеет вид:
3. Для состояния химического равновесия характерно:
4. Уравнение изотермы химической реакции имеет вид:
5. Для реакции:
Константа равновесия, выраженная через парциальные давления газов, записывается так:
6. Какое из выражений соответствует уравнению изобары химической реакции:
7. Стандартная константа равновесия связана с константой равновесия Кр соотношением:
8. Для реакции в газовой фазе, протекающей без изменения числа молей (Δν=0) характерно:
9. Связь между Кр и Кс химической реакции выражается уравнением:
10. В общем виде Кх для реакции: можно выразить так:
Правильные ответы:
| № вопроса | Ответ |
| 1. | б) |
| 2. | в) |
| 3. | в) |
| 4. | г) |
| 5. | г) |
| 6. | в) |
| 7. | б) |
| 8. | в) |
| 9. | а) |
| 10. | б) |
Каждый правильный ответ на один вопрос оценивается в 1 балл. В результате, ответив на 10 вопросов, можно получить 10 баллов.
В вопросах 11-20 необходимо установить соответствие. (например 1б, 2а,3г)-верный ответ может быть только один.
11. Из уравнения изотермы химической реакции видно, что величина и знак энергии Гиббса реакции зависят от Пр’
и Кр ( при Р=const, T=const), как:
1.ΔG<0
2. ΔG=0
3. ΔG>0
12. Для данных реакций укажите соответствующие им константы равновесия Кс:
13. Определите зависимость между значением энергии Гиббса реакции и характером протекающего процесса:
1.ΔG<0 а) реакция достигла состояния
2. ΔG=0 равновесия;
3. ΔG>0 б) процесс необратимый
самопроизвольный;
в) процесс необратимый
несамопроизвольный
14. Определите изменение числа молей (Δν) для следующих реакций:
15. Для реакции : константа равновесия равна , то при увеличении давления будут наблюдаться следующие процессы:
1.Δν>0 а) Кх уменьшается
2.Δν<0 б) Кх не изменяется
3.Δν=0 в) Кх увеличивается
16. Определите Кх для реакции в идеальной и реальной газовой смеси:
а) идеальная газовая смесь
б) реальная газовая смесь
17. Из приведённых уравнений выберите то, которое является изотермой, изохорой, изобарой химической реакции:
1. уравнение изохоры
химической реакции
2. уравнение изобары
химической реакции
3. уравнение изотермы химической реакции
18. Для данных уравнений реакции в смеси идеальных газов определите соотношение между значениями стандартной энергией Гиббса:
19. Укажите верное выражение для Кх, Кс и Кm при рассмотрении равновесия химической реакции в идеальном растворе:
20. Установите, как будет влиять тепловой эффект реакции на константу и состояние равновесия химической реакции:
а) константа равновесия не изменится, и состояние равновесия останется неизменным;
б) равновесие сдвинется в сторону исходных веществ;
в) константа равновесия увеличится, и равновесие сдвинется вправо.
Правильные ответы
| № вопроса | ответ |
| 11. | 1б2в3а |
| 12. | 1б2в3а |
| 13. | 1б2а3в |
| 14. | 1в2а3б |
| 15. | 1а2в3б |
| 16. | 1б2а |
| 17. | 1б2в3а |
| 18. | 1б2а |
| 19 | 1в2а3б |
| 20. | 1в2б3а |
Каждый правильный ответ на 1 вопрос оценивается в 1 балл. Ответив на 10 вопросов можно получить 10 баллов. Если в ответе одна половина соответствия букв и цифр верна, а другая нет, то такой ответ не учитывается и оценивается в 0 баллов.
В вопросах 21-30 пропущено слово-ответ, его необходимо записать (ввести) в правильном числе и падеже.
21.