ค่าคงที่สมดุลของก๊าซ การหาค่าคงที่สมดุลของปฏิกิริยาเคมีและการคำนวณสมดุลเคมี
ในบางกรณี จำเป็นต้องรู้ไม่เพียงแต่ทิศทางของปฏิกิริยารีดอกซ์เท่านั้น แต่ยังต้องรู้ด้วยว่าปฏิกิริยาจะเกิดขึ้นอย่างสมบูรณ์เพียงใด ตัวอย่างเช่น ในการวิเคราะห์เชิงปริมาณ คุณสามารถพึ่งพาเฉพาะปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นจริง 100% (หรือใกล้เคียงกัน)
ระดับที่ปฏิกิริยาเกิดขึ้นจากซ้ายไปขวาถูกกำหนดโดยค่าคงที่สมดุล สำหรับปฏิกิริยา
ตามกฎแห่งการกระทำมวล เราสามารถเขียนได้:
ที่ไหน เค - ค่าคงที่สมดุลแสดงให้เห็นว่าความสัมพันธ์ระหว่างความเข้มข้นของไอออนกับจุดสมดุลคืออะไร
ค่าคงที่สมดุลถูกกำหนดดังนี้ ในสมการ (3) (หน้า 152) แทนค่าของศักย์ปกติของคู่แล้วค้นหา:
ที่สภาวะสมดุล = หรือ
ค่าคงที่สมดุลแสดงให้เห็นว่าสังกะสีจะแทนที่ไอออนของทองแดงจากสารละลายจนกระทั่งความเข้มข้นของไอออนในสารละลายจะน้อยกว่าความเข้มข้นของไอออนหนึ่งเท่า ซึ่งหมายความว่าปฏิกิริยาที่เป็นปัญหาใกล้จะเสร็จสิ้นแล้ว
ตัวอย่างเช่น หากความเข้มข้นที่จุดเริ่มต้นของปฏิกิริยาคือ 0.1 เมตร ดังนั้น ที่สมดุล มันจะเป็น 0.1 - x ในขณะที่ความเข้มข้นจะเป็น x
ในการแก้สมการ ความเข้มข้นที่สมดุลจะใกล้เคียงกับ 0.1 ม. มาก
อย่างไรก็ตาม ถ้าเราสามารถเปลี่ยนอัตราส่วนของส่วนประกอบที่มีการโต้ตอบเพื่อให้มันกลายเป็น เช่น หรือปฏิกิริยาจะเปลี่ยนจากขวาไปซ้าย (เช่น ไปในทิศทางตรงกันข้าม)
ค่าคงที่สมดุลสำหรับกระบวนการรีดอกซ์สามารถคำนวณได้หากทราบศักยภาพรีดอกซ์ของปฏิกิริยาเฉพาะ
ค่าคงที่สมดุลสัมพันธ์กับศักย์รีดอกซ์ตามสูตรทั่วไป:
โดยที่ K คือค่าคงที่สมดุลของปฏิกิริยา และศักย์ไฟฟ้าปกติ (ตัวออกซิไดเซอร์และรีดิวเซอร์) n คือประจุของไอออน (จำนวนอิเล็กตรอนที่ให้โดยตัวรีดิวซ์และยอมรับโดยตัวออกซิไดซ์)
จากสูตร (4) เราพบค่าคงที่สมดุล:
เมื่อทราบค่าคงที่สมดุล คุณสามารถคำนวณว่าปฏิกิริยาจะเกิดขึ้นได้สมบูรณ์เพียงใดโดยไม่ต้องอาศัยข้อมูลการทดลอง
ตัวอย่างเช่น ในปฏิกิริยา
สำหรับคู่ = -0.126 V สำหรับคู่ = -0.136 V.
เมื่อแทนที่ข้อมูลเหล่านี้เป็นสมการ (4) เราพบว่า:
ตัวเลข 2.21 หมายความว่า ความสมดุลในปฏิกิริยาที่กำลังพิจารณาเกิดขึ้นเมื่อความเข้มข้นของไอออนน้อยกว่าความเข้มข้นของไอออน 2.21 เท่า
ความเข้มข้นของไอออนที่สมดุลคือ 2.21 เท่าของความเข้มข้นของไอออน ดังนั้นทุกๆ 2.21 กรัมไอออนจะมีไอออน 1 กรัม โดยรวมแล้วสารละลายประกอบด้วยไอออน 3.21 กรัม (2.21 + 1) ดังนั้น ทุกๆ 3.21 กรัมของไอออนในสารละลายจะมีไอออน 2.21 กรัม และสำหรับ 100 ส่วนก็จะมี x ส่วน
ดังนั้นปฏิกิริยานี้จึงดำเนินไปแบบย้อนกลับได้ ลองคำนวณค่าคงที่สมดุลของปฏิกิริยา:
ศักยภาพสำหรับคู่ = 1.51 V ศักยภาพสำหรับคู่ = 0.77 V เมื่อแทนค่าที่เป็นไปได้เหล่านี้ลงในสมการ (4) เราพบว่า:
ค่าคงที่นี้แสดงให้เห็นว่าความสมดุลเกิดขึ้นเมื่อผลคูณของความเข้มข้นของไอออนในตัวเศษ (เกิดขึ้นระหว่างปฏิกิริยา) มากกว่าผลคูณของความเข้มข้นของไอออนตัวส่วน (ปฏิกิริยา) หลายเท่า
เห็นได้ชัดว่าปฏิกิริยานี้ดำเนินไปจนแทบจะเปลี่ยนกลับไม่ได้ (เช่น 100% จากซ้ายไปขวา)
สำหรับปฏิกิริยา
การคำนวณ (คล้ายกับการคำนวณข้างต้น) แสดงให้เห็นว่าปฏิกิริยานี้เกิดขึ้นที่
ความสมดุลจะเปลี่ยนไปขึ้นอยู่กับสภาวะของปฏิกิริยา
ปฏิกิริยาของตัวกลางมีอิทธิพลอย่างมากต่อค่าคงที่ ตัวอย่างเช่น ปฏิกิริยารีดักชันของกรดอาร์เซนิกกับไอโอดีนไอออนในตัวกลางที่เป็นกรดจะเกิดขึ้นตามสมการ:
ศักยภาพในการลดกรดสารหนูในสภาพแวดล้อมที่เป็นด่างนั้นต่ำกว่ามาก ดังนั้นในสภาพแวดล้อมที่เป็นด่าง กระบวนการย้อนกลับจึงเกิดขึ้น:
ในสภาพแวดล้อมที่เป็นกลาง กระบวนการทั้งสองสามารถแสดงได้ดังนี้:
อย่างไรก็ตามพวกเขาจะไม่ทำเช่นนั้น
กระบวนการตามสมการแรกจะไม่ทำงานเนื่องจากเกี่ยวข้องกับการสะสมของไอออนซึ่งทำให้กระบวนการไปในทิศทางตรงกันข้าม เฉพาะเมื่อมีการสร้างสภาพแวดล้อมที่เป็นกรดที่ทำให้ไอออนของไฮดรอกไซด์เป็นกลางเท่านั้นที่จะเคลื่อนที่จากซ้ายไปขวา
ตามสมการที่สอง กระบวนการนี้จะไม่ทำงาน เพราะมันเกี่ยวข้องกับการสะสมของไอออน ซึ่งจะต้องทำให้เป็นกลางด้วยด่างหากปฏิกิริยาดำเนินไปจากซ้ายไปขวา
มีกฎต่อไปนี้สำหรับการสร้างสภาพแวดล้อมปฏิกิริยาที่จำเป็นสำหรับการไหลที่เหมาะสมที่สุดของกระบวนการ:
หากไอออนไฮโดรเจนหรือไฮดรอกไซด์สะสมอันเป็นผลมาจากปฏิกิริยารีดอกซ์ดังนั้นสำหรับกระบวนการที่ต้องการจำเป็นต้องสร้างสภาพแวดล้อมที่มีคุณสมบัติตรงกันข้าม: ในกรณีที่มีการสะสมไอออนสภาพแวดล้อมจะต้องเป็นด่าง แต่ใน กรณีไอออนสะสม สภาพแวดล้อมจะต้องมีสภาพเป็นกรด
สำหรับปฏิกิริยา คุณจะต้องใช้ส่วนประกอบที่ต้องการสภาพแวดล้อมเดียวกัน (เป็นกรดหรือด่าง) ถ้าในปฏิกิริยาหนึ่งสารเป็นตัวรีดิวซ์ในสภาพแวดล้อมที่เป็นกรด และอีกสารหนึ่งเป็นตัวออกซิไดซ์ในสภาพแวดล้อมที่เป็นด่าง กระบวนการนี้อาจถูกยับยั้ง ในกรณีนี้กระบวนการจะเสร็จสิ้นก็ต่อเมื่อ ความแตกต่างใหญ่ศักย์ไฟฟ้า เช่น ที่ค่าคงที่ปฏิกิริยาสูง
ค่าคงที่สมดุลทำให้สามารถทำนายความเป็นไปได้ของการเกิดออกซิเดชัน เช่น กับกรดไนตริก
ให้เราหาค่าคงที่สมดุลของปฏิกิริยาการละลายใน ละลายได้ดีในเจือจาง ค่าคงที่สมดุลของปฏิกิริยา:
สามารถคำนวณได้จากสมการ:
ค่าคงที่เล็กน้อยดังกล่าวบ่งชี้ว่าสมดุลของปฏิกิริยานี้เปลี่ยนจากขวาไปซ้ายเกือบทั้งหมดนั่นคือ ปรอทซัลไฟด์ตรงกันข้ามกับคอปเปอร์ซัลไฟด์ซึ่งแทบไม่ละลายในสารละลายเจือจาง
สถาบันการศึกษาของรัฐด้านการศึกษาวิชาชีพระดับสูง "มหาวิทยาลัยเทคนิคแห่งรัฐอูราล - UPI"
การหาค่าคงที่สมดุลเคมี
ปฏิกิริยาและการคำนวณ สมดุลเคมี
ในอัตรา เคมีกายภาพ
สำหรับนักศึกษาเต็มเวลา
เอคาเทรินเบิร์ก 2007
ยูดีซี 544(076)S79
รวบรวมโดย
บรรณาธิการด้านวิทยาศาสตร์ ผู้สมัครสาขาวิทยาศาสตร์เคมี รองศาสตราจารย์
การหาค่าคงที่สมดุลของปฏิกิริยาเคมีและการคำนวณสมดุลเคมี:คำแนะนำระเบียบวิธีสำหรับงานห้องปฏิบัติการหมายเลข 4 ในวิชาเคมีฟิสิกส์ / คอมพ์ - Ekaterinburg: สถาบันการศึกษาของรัฐสำหรับการศึกษาวิชาชีพชั้นสูง USTU-UPI, 20 หน้า
แนวปฏิบัตินี้มีจุดมุ่งหมายสำหรับการศึกษาเชิงลึกเพิ่มเติมเกี่ยวกับวัสดุเกี่ยวกับสมดุลเคมีภายในกรอบการทำงานการคำนวณและงานห้องปฏิบัติการเชิงวิเคราะห์ มี 15 ตัวเลือกสำหรับแต่ละงานซึ่งมีส่วนช่วยให้บรรลุเป้าหมาย
บรรณานุกรม: 5 ชื่อ. ข้าว. โต๊ะ
© สถาบันการศึกษาของรัฐด้านการศึกษาวิชาชีพขั้นสูง "รัฐอูราล
มหาวิทยาลัยเทคนิค- ยูพีไอ", 2550
การแนะนำ
งานนี้แม้ว่าจะดำเนินการภายในกรอบการประชุมเชิงปฏิบัติการในห้องปฏิบัติการ แต่ก็เกี่ยวข้องกับงานการคำนวณและการวิเคราะห์และประกอบด้วยการเรียนรู้ วัสดุทางทฤษฎีและการแก้ปัญหาต่างๆ ในรายวิชาเคมีฟิสิกส์ “สมดุลเคมี”
ความต้องการนี้เกิดจากความซับซ้อนของหัวข้อนี้ในด้านหนึ่ง และเวลาในการศึกษาไม่เพียงพอที่จัดสรรไว้สำหรับการศึกษาในอีกด้านหนึ่ง
ส่วนหลักของหัวข้อ “สมดุลเคมี”: ที่มาของกฎสมดุลเคมี การพิจารณาสมการไอโซบาร์และไอโซเทอร์ม ปฏิกิริยาเคมีฯลฯ นำเสนอในการบรรยายและศึกษาในชั้นเรียนภาคปฏิบัติ (ดังนั้นจึงไม่มีการนำเสนอเนื้อหานี้ในงานนี้) คู่มือนี้จะตรวจสอบรายละเอียดในส่วนของหัวข้อที่เกี่ยวข้องกับการกำหนดค่าทดลองของค่าคงที่สมดุล และการกำหนดค่าองค์ประกอบสมดุลของระบบที่มีปฏิกิริยาเคมีเกิดขึ้น
ดังนั้น เมื่อนักเรียนทำงานนี้เสร็จแล้วจะช่วยให้พวกเขาแก้ไขงานต่อไปนี้ได้:
1) ทำความคุ้นเคยกับวิธีการกำหนดและคำนวณค่าคงที่สมดุลของปฏิกิริยาเคมี
2) เรียนรู้การคำนวณองค์ประกอบสมดุลของส่วนผสมโดยพิจารณาจากข้อมูลการทดลองที่หลากหลาย
1. ข้อมูลทางทฤษฎีเกี่ยวกับวิธีการ
การหาค่าคงที่สมดุลของปฏิกิริยาเคมี
ให้เราพิจารณาแนวคิดพื้นฐานที่ใช้ด้านล่างนี้โดยย่อ ค่าคงที่สมดุลของปฏิกิริยาเคมีคือปริมาณ
https://pandia.ru/text/78/005/images/image002_169.gif" width="51" height="29"> - พลังงานปฏิกิริยากิ๊บส์ฟันกรามมาตรฐาน ร.
สมการ (1) คือสมการที่กำหนดค่าคงที่สมดุลของปฏิกิริยาเคมี ควรสังเกตว่าค่าคงที่สมดุลของปฏิกิริยาเคมีนั้นเป็นปริมาณที่ไม่มีมิติ
กฎสมดุลเคมีเขียนไว้ดังนี้
, (2)
โดยที่ https://pandia.ru/text/78/005/images/image005_99.gif" width="23" height="25">- กิจกรรม เค- ผู้เข้าร่วมปฏิกิริยา - มิติกิจกรรม สัมประสิทธิ์ปริมาณสัมพันธ์ เค- ผู้เข้าร่วมปฏิกิริยา ร.
การทดลองหาค่าคงที่สมดุลเป็นงานที่ค่อนข้างยาก ก่อนอื่นคุณต้องแน่ใจว่าได้รับความสมดุลของอุณหภูมิที่กำหนดนั่นคือองค์ประกอบของส่วนผสมของปฏิกิริยาสอดคล้องกับสถานะสมดุล - สถานะที่มีพลังงานกิ๊บส์ขั้นต่ำ, ความสัมพันธ์ของปฏิกิริยาเป็นศูนย์และความเท่าเทียมกันของอัตรา ปฏิกิริยาไปข้างหน้าและย้อนกลับ ที่สภาวะสมดุล ความดัน อุณหภูมิ และองค์ประกอบของส่วนผสมของปฏิกิริยาจะคงที่
เมื่อดูเผินๆ ดูเหมือนว่าองค์ประกอบของส่วนผสมที่สมดุลสามารถกำหนดได้โดยใช้วิธีการต่างๆ การวิเคราะห์เชิงปริมาณด้วยปฏิกิริยาเคมีที่มีลักษณะเฉพาะ อย่างไรก็ตาม การนำรีเอเจนต์แปลกปลอมเข้ามาจับองค์ประกอบหนึ่งของกระบวนการเคมีจะเปลี่ยน (เช่น การเปลี่ยนแปลง) สถานะสมดุลของระบบ วิธีการนี้สามารถใช้ได้ก็ต่อเมื่ออัตราการเกิดปฏิกิริยาช้าเพียงพอเท่านั้น นั่นคือเหตุผลว่าทำไมเมื่อศึกษาสมดุลจึงมักใช้วิธีการทางกายภาพต่างๆ เพื่อกำหนดองค์ประกอบของระบบด้วย
1.1 วิธีทางเคมี
มีไฟฟ้าสถิต วิธีการทางเคมีและวิธีการทางเคมีแบบไดนามิก ลองพิจารณาดู ตัวอย่างที่เฉพาะเจาะจง, ที่กำหนดไว้ใน .
1.1.1 วิธีการคงที่
วิธีการคงที่เกี่ยวข้องกับการวางส่วนผสมของปฏิกิริยาในเครื่องปฏิกรณ์ที่อุณหภูมิคงที่ จากนั้นจึงกำหนดองค์ประกอบของระบบเมื่อถึงจุดสมดุล ปฏิกิริยาภายใต้การศึกษาจะต้องช้าเพียงพอเพื่อที่ว่าการแนะนำรีเอเจนต์ภายนอกจะไม่รบกวนสภาวะสมดุล หากต้องการชะลอกระบวนการ คุณสามารถทำให้ขวดปฏิกิริยาเย็นลงได้อย่างรวดเร็ว ตัวอย่างคลาสสิกของการวิจัยดังกล่าวคือปฏิกิริยาระหว่างไอโอดีนกับไฮโดรเจน
H2(ก) + I2(ก) = 2HI (ก) (3)
Lemoyne ใส่ส่วนผสมของไอโอดีนและไฮโดรเจนหรือไฮโดรเจนไอโอไดด์ลงในกระบอกแก้ว ที่อุณหภูมิ 200 oC ปฏิกิริยาจะไม่เกิดขึ้นจริง ที่อุณหภูมิ 265 °C ระยะเวลาสมดุลคือหลายเดือน ที่อุณหภูมิ 350 °C ความสมดุลจะเกิดขึ้นภายในไม่กี่วัน ที่ 440 °C - เป็นเวลาหลายชั่วโมง โดยเลือกช่วงอุณหภูมิ 300 – 400 oC เพื่อศึกษากระบวนการนี้ มีการวิเคราะห์ระบบดังนี้ บอลลูนปฏิกิริยาถูกทำให้เย็นลงอย่างรวดเร็วโดยหย่อนลงในน้ำ จากนั้นจึงเปิดก๊อกและไฮโดรเจนไอโอไดด์ถูกละลายในน้ำ ปริมาณของกรดไฮโดรไอโอดิกถูกกำหนดโดยการไตเตรท ในแต่ละอุณหภูมิทำการทดลองจนกระทั่งความเข้มข้นถึงค่าคงที่ ซึ่งบ่งชี้ถึงการสร้างสมดุลทางเคมีในระบบ
1.1.2 วิธีการแบบไดนามิก
วิธีการแบบไดนามิกประกอบด้วยการหมุนเวียนส่วนผสมของก๊าซอย่างต่อเนื่อง จากนั้นทำให้เย็นลงอย่างรวดเร็วเพื่อการวิเคราะห์ในภายหลัง วิธีการเหล่านี้ใช้ได้กับปฏิกิริยาที่ค่อนข้างรวดเร็วที่สุด ตามกฎแล้วปฏิกิริยาจะถูกเร่งโดยการดำเนินการที่อุณหภูมิสูงหรือโดยการนำตัวเร่งปฏิกิริยาเข้าสู่ระบบ โดยเฉพาะอย่างยิ่งใช้วิธีการไดนามิกในการวิเคราะห์ปฏิกิริยาก๊าซต่อไปนี้:
2H2 + O2 ⇄ 2H2O. (4)
2CO + O2 ⇄ 2CO2 (5)
2SO2 + O2 ⇄ 2SO
3H2 + N2 ⇄ 2NH
1.2 วิธีการทางกายภาพ
วิธีการเหล่านี้อาศัยการวัดความดันหรือความหนาแน่นมวลของส่วนผสมปฏิกิริยาเป็นหลัก แม้ว่าจะสามารถใช้คุณสมบัติอื่นๆ ของระบบได้ก็ตาม
1.2.1 การวัดความดัน
ทุกปฏิกิริยาที่มาพร้อมกับการเปลี่ยนแปลงจำนวนโมลของสารตั้งต้นที่เป็นก๊าซจะมาพร้อมกับการเปลี่ยนแปลงของความดันที่ปริมาตรคงที่ ถ้าก๊าซใกล้เคียงกับอุดมคติ ความดันจะเป็นสัดส่วนโดยตรงกับจำนวนโมลทั้งหมดของสารทำปฏิกิริยาที่เป็นก๊าซ
เพื่อเป็นตัวอย่าง ให้พิจารณาปฏิกิริยาของแก๊สต่อไปนี้ ซึ่งเขียนต่อโมเลกุลของสารตั้งต้น
จำนวนโมล
ในช่วงเวลาเริ่มต้น 0 0
ในภาวะสมดุล
โดยที่ https://pandia.ru/text/78/005/images/image016_35.gif" width="245" height="25 src=">, (9)
โดยที่ https://pandia.ru/text/78/005/images/image018_30.gif" width="20" height="21 src=">.gif" width="91" height="31">
มีความสัมพันธ์ระหว่างแรงกดดันเหล่านี้:
https://pandia.ru/text/78/005/images/image022_24.gif" width="132" height="52 src=">. (11)
https://pandia.ru/text/78/005/images/image024_21.gif" width="108" height="52 src="> . (13)
ค่าคงที่สมดุลซึ่งแสดงเป็น p-scale จะเป็นดังนี้
. (14)
ดังนั้น โดยการวัดความดันสมดุล ระดับของการแยกตัวสามารถกำหนดได้โดยใช้สูตร (13) จากนั้นจึงคำนวณค่าคงที่สมดุลได้โดยใช้สูตร (14)
1.2.2 การวัดความหนาแน่นของมวล
แต่ละปฏิกิริยาซึ่งมาพร้อมกับการเปลี่ยนแปลงจำนวนโมลของผู้เข้าร่วมที่เป็นก๊าซในกระบวนการนั้นมีลักษณะเฉพาะคือการเปลี่ยนแปลงความหนาแน่นของมวลที่ความดันคงที่
ตัวอย่างเช่น สำหรับปฏิกิริยา (8) มันเป็นความจริง
, (15)
โดยที่ https://pandia.ru/text/78/005/images/image028_20.gif" width="16" height="19"> คือปริมาตรของระบบที่อยู่ในสภาวะสมดุล ตามกฎแล้วในความเป็นจริง การทดลองไม่ใช่ปริมาตรที่วัด แต่เป็นมวลความหนาแน่นของระบบ ซึ่งแปรผกผันกับปริมาตร..gif" width="37 height=21" height="21"> - ความหนาแน่นมวลของระบบ ในช่วงเวลาเริ่มต้นและช่วงเวลาแห่งสมดุลตามลำดับ ด้วยการวัดความหนาแน่นมวลของระบบ เราสามารถใช้สูตร (16) เพื่อคำนวณระดับการแยกตัวออก แล้วตามด้วยค่าคงที่สมดุล
1.2.3 การวัดความดันบางส่วนโดยตรง
วิธีที่ตรงที่สุดในการหาค่าคงที่สมดุลของปฏิกิริยาเคมีคือการวัดความดันย่อยของผู้เข้าร่วมแต่ละคนในกระบวนการ โดยทั่วไปวิธีนี้ใช้ในทางปฏิบัติได้ยากมาก โดยส่วนใหญ่มักใช้เมื่อวิเคราะห์ส่วนผสมของก๊าซที่มีไฮโดรเจนเท่านั้น ในกรณีนี้จะใช้คุณสมบัติของโลหะกลุ่มแพลตตินัมที่สามารถซึมผ่านไฮโดรเจนได้ที่อุณหภูมิสูง ส่วนผสมของก๊าซอุ่นจะถูกส่งผ่านที่อุณหภูมิคงที่ผ่านกระบอกสูบ 1 ซึ่งมีถังอิริเดียมเปล่า 2 ที่เชื่อมต่อกับเกจวัดความดัน 3 (รูปที่ 1) ไฮโดรเจนเป็นก๊าซชนิดเดียวที่สามารถผ่านผนังถังอิริเดียมได้
ดังนั้นจึงยังคงต้องวัดความดันรวมของส่วนผสมก๊าซและความดันบางส่วนของไฮโดรเจนเพื่อคำนวณค่าคงที่สมดุลของปฏิกิริยา วิธีการนี้ทำให้ Lowenstein และ Wartenberg (1906) สามารถศึกษาการแยกตัวของน้ำ, HCl, HBr, HI และ H2S รวมถึงปฏิกิริยาต่างๆ เช่น:
https://pandia.ru/text/78/005/images/image033_14.gif" width="89 height=23" height="23">. (17)
1.2.4 วิธีการทางแสง
มีวิธีการทดสอบสมดุลโดยอิงจากการวัดการดูดซับซึ่งมีประสิทธิผลเป็นพิเศษในกรณีของก๊าซสี นอกจากนี้ยังสามารถระบุองค์ประกอบของส่วนผสมของก๊าซไบนารี่ได้โดยการวัดดัชนีการหักเหของแสง (แบบหักเหของแสง) ตัวอย่างเช่น Chadron (1921) ศึกษาการลดออกไซด์ของโลหะโดยคาร์บอนมอนอกไซด์โดยการวัดองค์ประกอบของก๊าซผสมของคาร์บอนออกไซด์และคาร์บอนไดออกไซด์แบบหักเหแสง
1.2.5 การวัดค่าการนำความร้อน
วิธีการนี้ถูกนำมาใช้เพื่อศึกษาปฏิกิริยาการแยกตัวในเฟสก๊าซ เช่น
สมมติว่ามีการวางส่วนผสมของ N2O4 และ NO2 ไว้ในภาชนะ ผนังด้านขวามีอุณหภูมิ T2 และผนังด้านซ้าย T1 และ T2>T1 (รูปที่ 2) การแตกตัวของ N2O4 จะมีมากขึ้นในส่วนนั้นของภาชนะที่มีมากขึ้น อุณหภูมิสูง. ดังนั้นความเข้มข้นของ NO2 ทางด้านขวาของถังจะมากกว่าด้านซ้าย และจะสังเกตเห็นการแพร่กระจายของโมเลกุล NO2 จากขวาไปซ้ายและ N2O4 จากซ้ายไปขวา อย่างไรก็ตาม เมื่อไปถึงทางด้านขวาของถังปฏิกิริยา โมเลกุล N2O4 จะแยกตัวออกจากกันอีกครั้ง โดยดูดซับพลังงานในรูปของความร้อน และโมเลกุล NO2 เมื่อไปถึงด้านซ้ายของถัง จะลดขนาดลง และปล่อยพลังงานในรูปของความร้อน นั่นคือการซ้อนทับของการนำความร้อนสามัญและการนำความร้อนที่เกี่ยวข้องกับการเกิดปฏิกิริยาการแยกตัวเกิดขึ้น ปัญหานี้ได้รับการแก้ไขในเชิงปริมาณและทำให้สามารถกำหนดองค์ประกอบของส่วนผสมที่สมดุลได้
1.2.6 การวัดแรงเคลื่อนไฟฟ้า (EMF) ของเซลล์กัลวานิก
การวัดแรงเคลื่อนไฟฟ้าของเซลล์กัลวานิกเป็นวิธีที่ง่ายและแม่นยำในการคำนวณฟังก์ชันทางอุณหพลศาสตร์ของปฏิกิริยาเคมี จำเป็นเท่านั้น 1) สร้างเซลล์กัลวานิกเพื่อให้ปฏิกิริยาสุดท้ายในนั้นเกิดขึ้นพร้อมกับเซลล์ที่อยู่ระหว่างการศึกษา ซึ่งจะต้องกำหนดค่าคงที่สมดุลซึ่งจะต้องถูกกำหนด 2) วัด EMF ของเซลล์กัลวานิกในกระบวนการสมดุลทางอุณหพลศาสตร์ ในการทำเช่นนี้ จำเป็นที่กระบวนการสร้างกระแสไฟฟ้าที่เกี่ยวข้องจะเกิดขึ้นอย่างช้าๆ อย่างไม่มีที่สิ้นสุด นั่นคือองค์ประกอบทำงานที่ความแรงของกระแสไฟฟ้าเพียงเล็กน้อยซึ่งเป็นเหตุให้วัด EMF ของเซลล์กัลวานิก โดยใช้วิธีการชดเชย ซึ่งขึ้นอยู่กับความจริงที่ว่าเซลล์กัลวานิกที่กำลังศึกษาเชื่อมต่อแบบอนุกรมกับความต่างศักย์ภายนอก และเซลล์หลังถูกเลือกในลักษณะที่ไม่มีกระแสไฟฟ้าในวงจร ขนาดของ EMF ซึ่งวัดโดยวิธีการชดเชย สอดคล้องกับกระบวนการสมดุลทางอุณหพลศาสตร์ที่เกิดขึ้นในองค์ประกอบ และงานที่เป็นประโยชน์ของกระบวนการนั้นมีค่าสูงสุดและเท่ากับการสูญเสียพลังงานกิ๊บส์
https://pandia.ru/text/78/005/images/image035_12.gif" width="181" height="29 src="> (20)
ที่ p, T=const โดยที่ เอฟ–เลขฟาราเดย์ = 96500 C/mol n– ตัวคูณร่วมที่น้อยที่สุดของจำนวนอิเล็กตรอนที่มีส่วนร่วมในปฏิกิริยาอิเล็กโทรด อีโอ– มาตรฐาน EMF, V.
ค่าของค่าคงที่สมดุลหาได้จากความสัมพันธ์ (21)
(21)
2. ตัวอย่างงานห้องปฏิบัติการเพื่อหาค่าคงที่สมดุล
งานในห้องปฏิบัติการเกี่ยวกับการศึกษาปฏิกิริยาการแยกตัวของโลหะคาร์บอเนตมักพบในเวิร์กช็อปเคมีกายภาพ ให้กันเถอะ สรุปงานที่คล้ายกัน
เป้าหมายของการทำงาน – การหาค่าคงที่สมดุลและการคำนวณปริมาณทางอุณหพลศาสตร์หลักของปฏิกิริยาการสลายตัวของคาร์บอเนต
แคลเซียมคาร์บอเนต https://pandia.ru/text/78/005/images/image038_12.gif" width="192" height="29"> , (22)
สิ่งนี้ทำให้เกิดก๊าซคาร์บอนมอนอกไซด์ (IV) แคลเซียมออกไซด์ที่เป็นของแข็ง และแคลเซียมคาร์บอเนตที่ไม่แยกส่วนเหลืออยู่บางส่วน
ค่าคงที่สมดุลของปฏิกิริยา (22) จะถูกเขียนเป็น:
, (23)
โดยที่ https://pandia.ru/text/78/005/images/image041_11.gif" width="68" height="51"> ใน ปริทัศน์หรือ ; กิจกรรมของเฟสของแข็งหรือของเหลวบริสุทธิ์มีค่าเท่ากับ https://pandia.ru/text/78/005/images/image044_10.gif" width="76" height="28 src=">
หากวัดความดันในบรรยากาศ = https://pandia.ru/text/78/005/images/image046_9.gif" width="87" height="53"> (24)
ความดันสมดุลของคาร์บอนไดออกไซด์เหนือแคลเซียมคาร์บอเนตเรียกว่าความดันการแยกตัวของ CaCO3
นั่นคือค่าคงที่สมดุลของปฏิกิริยาการแยกตัวของแคลเซียมคาร์บอเนตจะเป็นดังนี้ เชิงตัวเลขเท่ากับความยืดหยุ่นของการแยกตัวของคาร์บอเนต ถ้าส่วนหลังแสดงออกมาในบรรยากาศ ดังนั้น ด้วยการทดลองหาความยืดหยุ่นของการแยกตัวของแคลเซียมคาร์บอเนต จึงเป็นไปได้ที่จะหาค่าของค่าคงที่สมดุลของปฏิกิริยานี้ได้
ส่วนทดลอง
เพื่อตรวจสอบความยืดหยุ่นของการแยกตัวของแคลเซียมคาร์บอเนต จะใช้วิธีคงที่ สาระสำคัญอยู่ที่การวัดความดันโดยตรงที่อุณหภูมิที่กำหนด คาร์บอนไดออกไซด์ในการติดตั้ง
อุปกรณ์.ส่วนประกอบหลักของการติดตั้ง ได้แก่ ถังปฏิกิริยา (1) ทำจากวัสดุทนความร้อนและวางในเตาไฟฟ้า (2) แมโนมิเตอร์ปรอท (3) เชื่อมต่ออย่างแน่นหนากับถังปฏิกิริยาและผ่านการแตะ (4) ด้วยปั๊มสุญญากาศแบบแมนนวล (5) รักษาอุณหภูมิในเตาเผาโดยใช้ตัวควบคุม (6) ควบคุมอุณหภูมิโดยใช้เทอร์โมคัปเปิล (7) และโวลต์มิเตอร์ (8) สารที่เป็นผงจำนวนหนึ่งภายใต้การศึกษา (9) (โลหะคาร์บอเนต) จะถูกใส่ลงในถังปฏิกิริยา
สั่งงาน. หลังจากตรวจสอบความหนาแน่นของระบบแล้ว ให้เปิดเตาเผา และตั้งค่าอุณหภูมิเริ่มต้นของถังปฏิกิริยาโดยใช้ตัวควบคุม บันทึกการอ่านค่าเทอร์โมคัปเปิลและเกจวัดความดันครั้งแรก หลังจากนั้นโดยใช้ตัวควบคุม (6) เพิ่มอุณหภูมิในเตาเผาประมาณ 10-20 องศารอจนกว่าจะสร้างค่าอุณหภูมิคงที่ใหม่แล้วบันทึกค่าความดันที่สอดคล้องกับอุณหภูมินี้ ดังนั้นค่อยๆ เพิ่มอุณหภูมิ ควรทำการวัดอย่างน้อย 4-5 ครั้ง หลังจากสิ้นสุดการทดลอง เตาจะถูกทำให้เย็นลงและระบบจะเชื่อมต่อกับบรรยากาศผ่านวาล์ว (4) จากนั้นปิดเตาอบและโวลต์มิเตอร์ หลังจากประมวลผลข้อมูลการทดลองที่ได้รับแล้ว ก็เป็นไปได้ที่จะคำนวณค่าคงที่สมดุลของปฏิกิริยาการแยกตัวออก
รูปที่ 3 การติดตั้งเพื่อกำหนดความยืดหยุ่นของการแยกตัว
โลหะคาร์บอเนต
3. การหาค่าคงที่สมดุล
โดยไม่ต้องทำการทดลอง
3.1 การคำนวณค่าคงที่สมดุลของปฏิกิริยาเคมีจาก
ค่าของฟังก์ชันฟันกรามกิ๊บส์มาตรฐานของปฏิกิริยา
วิธีนี้ไม่เกี่ยวข้องกับการทดลองเลย หากทราบเอนทาลปีโมลาร์มาตรฐานและเอนโทรปีของปฏิกิริยาที่อุณหภูมิที่กำหนด การใช้สมการที่สอดคล้องกันจะทำให้เราสามารถคำนวณฟังก์ชันโมลาร์กิ๊บส์มาตรฐานของปฏิกิริยาภายใต้การศึกษาที่อุณหภูมิที่ต้องการ และใช้ค่าของค่าคงที่สมดุลผ่านมัน
หากไม่ทราบค่าของเอนโทรปีโมลาร์มาตรฐานและเอนทาลปีที่อุณหภูมิที่กำหนด คุณสามารถใช้วิธี Temkin และ Shvartsman นั่นคือจากค่าของเอนทัลปีโมลาร์มาตรฐานและเอนทาลปีที่อุณหภูมิ 298 K และค่า ของค่าสัมประสิทธิ์การพึ่งพาอุณหภูมิของความจุความร้อนโมลของปฏิกิริยา ให้คำนวณพลังงานกิ๊บส์โมลมาตรฐานของปฏิกิริยาที่อุณหภูมิใดๆ
https://pandia.ru/text/78/005/images/image051_7.gif" width="137" height="25 src="> - ค่าสัมประสิทธิ์อ้างอิงที่ไม่ขึ้นอยู่กับลักษณะของปฏิกิริยาและถูกกำหนดเท่านั้น โดยค่าอุณหภูมิ
3.2 วิธีการรวมสมดุล
วิธีนี้ใช้ในอุณหพลศาสตร์เคมีเชิงปฏิบัติ ตัวอย่างเช่น พบค่าคงที่สมดุลของปฏิกิริยาทั้งสองโดยการทดลองที่อุณหภูมิเดียวกัน
1. СH3OH(g) + CO ⇄ HCOOCH3(g) 
. (26)
2. H2 + 0.5 HCOOCH3(ก.) ⇄ CH3OH(ก.) 
. (27)
ค่าคงที่สมดุลสำหรับปฏิกิริยาการสังเคราะห์เมทานอล
3..gif" width="31" height="32"> และ :
. (29)
3.3 การคำนวณค่าคงที่สมดุลของปฏิกิริยาเคมีที่อุณหภูมิหนึ่งจากค่าที่ทราบของค่าคงที่สมดุลของปฏิกิริยาเดียวกันที่อุณหภูมิอื่นอีกสองอุณหภูมิ
วิธีการคำนวณนี้ขึ้นอยู่กับการแก้สมการไอโซบาร์ของปฏิกิริยาเคมี (van't Hoff isobar)
, (30)
โดยที่ https://pandia.ru/text/78/005/images/image060_3.gif" width="64" height="32">และดูเหมือนว่า:
. (31)
ตามสมการนี้ เมื่อรู้ค่าคงที่สมดุลที่ 2 อุณหภูมิที่แตกต่างกันคุณสามารถคำนวณเอนทัลปีโมลาร์มาตรฐานของปฏิกิริยาได้ และเมื่อทราบค่าคงที่สมดุลที่อุณหภูมิหนึ่งแล้ว คุณก็สามารถคำนวณค่าคงที่สมดุลที่อุณหภูมิอื่นใดก็ได้
4. ตัวอย่างการแก้ปัญหา
ค้นหาค่าคงที่สมดุลสำหรับการสังเคราะห์แอมโมเนีย y N2 + H2 ⇄ NH3 ถ้าเศษส่วนโมลสมดุลของแอมโมเนียคือ 0.4 ที่ 1 atm และ 600K ของผสมเริ่มต้นคือปริมาณสัมพันธ์ ไม่มีผลิตภัณฑ์ในส่วนผสมตั้งต้น
ที่ให้ไว้:ปฏิกิริยา y N2 + H2 ⇄ NH3, 1 atm, 600 K. = 1.5 โมล; = 0.5 โมล; = 0 โมล = 0.4 ค้นหา: - ?
สารละลาย
จากเงื่อนไขของปัญหา เรารู้สมการปริมาณสัมพันธ์และ ณ ช่วงเวลาเริ่มต้น จำนวนโมลของไนโตรเจนเท่ากับปริมาณสัมพันธ์ นั่นคือ 0.5 โมล (https://pandia.ru/text /78/005/images/image069_3.gif" width="247" height="57 src=">
มาเขียนปฏิกิริยาภายใต้สัญลักษณ์ขององค์ประกอบที่เราระบุปริมาณโมลของสารเริ่มต้นและสมดุล
ใช่ N2 + H2 ⇄ NH3
0.5 - 0.5ξ 1.5 – 1.5 ξξ
จำนวนโมลทั้งหมดของผู้เข้าร่วมปฏิกิริยาทั้งหมดในระบบ ณ ขณะสมดุล
https://pandia.ru/text/78/005/images/image073_4.gif" width="197" height="56 src=">.gif" width="76" height="48 src=">
https://pandia.ru/text/78/005/images/image077_0.gif" width="120" height="47">
= 3,42
การแก้ปัญหาโดยตรงของสมดุลเคมีคือการคำนวณองค์ประกอบสมดุลของระบบที่เกิดปฏิกิริยาที่กำหนด (ปฏิกิริยาหลายปฏิกิริยา) แน่นอนว่าพื้นฐานของการแก้ปัญหาคือกฎสมดุลเคมี จำเป็นเท่านั้นที่จะแสดงตัวแปรทั้งหมดที่รวมอยู่ในกฎนี้ผ่านหนึ่งในนั้น: ตัวอย่างเช่นผ่านความลึกของปฏิกิริยาเคมี ผ่านระดับการแยกตัวออก หรือผ่านเศษส่วนโมลที่สมดุล เป็นการดีกว่าที่จะเลือกตัวแปรที่สะดวกในการใช้งานตามเงื่อนไขเฉพาะของปัญหา
ปัญหาที่ 2
ค่าคงที่สมดุลของปฏิกิริยาก๊าซของการสังเคราะห์ไฮโดรเจนไอโอไดด์
H2 + I2 ⇄ 2HI ที่อุณหภูมิ 600 K และความดันที่แสดงในบรรยากาศเท่ากับ ค= 45.7 ค้นหาความลึกสมดุลของปฏิกิริยานี้และผลผลิตสมดุลของผลิตภัณฑ์ที่อุณหภูมิและความดันที่กำหนดที่ 1 atm หากในช่วงเวลาเริ่มต้นปริมาณของสารเริ่มต้นสอดคล้องกับปริมาณสารสัมพันธ์และไม่มีผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยาที่เริ่มต้น ช่วงเวลา.
ที่ให้ไว้ ค= 45.7. =1 โมล; https://pandia.ru/text/78/005/images/image081_1.gif" width="68" height="27 src="> ตุ่น ค้นหา: - ? - ?
สารละลาย
ให้เราเขียนปฏิกิริยาของตัวเองและภายใต้สัญลักษณ์ขององค์ประกอบจำนวนโมลของผู้เข้าร่วมแต่ละคนในช่วงเวลาเริ่มต้นและในช่วงเวลาของความสมดุลที่กำหนดตามสูตร (4)
1 - ξ 1 - ξ 2ξ
1 - ξ + 1 - ξ +2ξ = 2
ให้เราแสดงเศษส่วนโมลสมดุลและความกดดันบางส่วนของผู้เข้าร่วมทั้งหมดในปฏิกิริยาผ่านตัวแปรเดียว - ความลึกของปฏิกิริยาเคมี
https://pandia.ru/text/78/005/images/image085_1.gif" width="144" height="47 src=">.
กฎแห่งการกระทำมวลหรือกฎสมดุลเคมี
https://pandia.ru/text/78/005/images/image082_1.gif" width="13" height="23 src=">= 0.772.
ปัญหา 3
สภาพของมันแตกต่างจากปัญหา 2 เพียงตรงที่ปริมาณเริ่มต้นของไฮโดรเจนและไอโอดีนเท่ากับ 3 และ 2 โมลตามลำดับ คำนวณองค์ประกอบฟันกรามของส่วนผสมสมดุล
ที่ให้ไว้: ปฏิกิริยาที่เป็นไปได้: H2+I2= 2HI 600 K, 1 เอทีเอ็ม ค = 45,7 .
3 โมล; ตุ่น; ตุ่น. ค้นหา: - ?.gif" width="32" height="27"> 1 1 0
3 - ξ 2 - ξ 2ξ
จำนวนโมลทั้งหมดของผู้เข้าร่วมทั้งหมดในปฏิกิริยา ณ ขณะสมดุลมีค่าเท่ากับ
3 - ξ + 2 - ξ +2ξ = 5
เศษส่วนโมลสมดุลและแรงกดดันบางส่วนของผู้เข้าร่วมปฏิกิริยาทั้งหมด ซึ่งแสดงผ่านตัวแปรเดียว - ความลึกของปฏิกิริยาเคมี
การแทนที่แรงกดดันบางส่วนในกฎสมดุลเคมีจะให้:
https://pandia.ru/text/78/005/images/image090_1.gif" width="13" height="21"> และคำนวณค่าคงที่สมดุลจากนั้นสร้างกราฟและกำหนดความลึกของปฏิกิริยา ที่สอดคล้องกับค่าที่พบของค่าคงที่สมดุล
= 1,5 =
12
https://pandia.ru/text/78/005/images/image067_4.gif" width="29" height="29 src="> =29,7
https://pandia.ru/text/78/005/images/image067_4.gif" width="29" height="29 src="> = 54
https://pandia.ru/text/78/005/images/image083_1.gif" width="35 height=25" height="25">= 0.712
ในการดำเนินงานคุณต้องทำงานต่อไปนี้ให้เสร็จสิ้น
แบบฝึกหัดที่ 1
1. อธิบายวิธีการหาค่าความยืดหยุ่นของคาร์บอนไดออกไซด์ในเชิงทดลอง เมื่อศึกษาปฏิกิริยาการแยกตัวของ CaCO3⇄CaO+CO2
(ตัวเลือก 1 – 15 ตารางที่ 3)
2. เขียนกฎสมดุลเคมีของปฏิกิริยาที่กำลังศึกษา กำหนดค่าของค่าคงที่สมดุลของปฏิกิริยาการแยกตัวของแคลเซียมคาร์บอเนตตามข้อมูลการทดลอง (ตารางที่ 3) ที่อุณหภูมิต่างกัน งานที่สมบูรณ์จากส่วน B (ตามตัวเลือกที่ระบุ) ทำงานให้เสร็จสิ้น 1-3, p;
3. เขียนนิพจน์ที่กำหนดสำหรับค่าคงที่สมดุลและคำนวณค่าคงที่สมดุลของปฏิกิริยาที่กำลังศึกษาที่อุณหภูมิสุดท้ายที่ระบุในตารางในทางทฤษฎี
ภารกิจที่ 2
1. เตรียมคำตอบข้อ 1 (ตัวเลือก 1-15 ตารางที่ 4)
2. แก้ไขปัญหา 2 และ 3
ข้อมูลอ้างอิงที่จำเป็นสำหรับการทำงานให้เสร็จสมบูรณ์
ค่าสำหรับการคำนวณการเปลี่ยนแปลงโมลาร์มาตรฐานในพลังงานกิ๊บส์โดยใช้วิธี Temkin และ Shvartsman
ตารางที่ 1
ข้อมูลทางอุณหพลศาสตร์สำหรับการคำนวณพลังงานกิ๊บส์ฟันกรามมาตรฐาน
ตารางที่ 2
ข้อมูลการทดลองสำหรับงานที่ 1
ตารางที่ 3
ตัวเลือก | ข้อมูลการทดลอง |
|||
ที, โอค | ||||
พี, มิลลิเมตรปรอท | ||||
พีมิลลิเมตรปรอท | ||||
พีมิลลิเมตรปรอท | ||||
พีมิลลิเมตรปรอท | ||||
พีมิลลิเมตรปรอท | ||||
พีมิลลิเมตรปรอท | ||||
พีมิลลิเมตรปรอท | ||||
พีมิลลิเมตรปรอท | ||||
พีมิลลิเมตรปรอท | ||||
พีมิลลิเมตรปรอท | ||||
พีมิลลิเมตรปรอท | ||||
พีมิลลิเมตรปรอท | ||||
พีมิลลิเมตรปรอท | ||||
พีมิลลิเมตรปรอท | ||||
พีมิลลิเมตรปรอท |
เงื่อนไขของภารกิจสำหรับการทำงานให้สำเร็จ 2
ตารางที่ 4
1 ตัวเลือก | 1. บอกเราเกี่ยวกับวิธีการทางเคมีในการกำหนดค่าคงที่สมดุลเคมี 2.มีส่วนผสม สารที่เป็นก๊าซ A และ B ซึ่งสามารถเข้าสู่ปฏิกิริยาเคมีเพื่อสร้างผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยา C ตามสมการปริมาณสัมพันธ์ 0.5 A + 2B = C ในช่วงเวลาเริ่มต้น ไม่มีผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยาในระบบและสารตั้งต้นคือ ถ่ายในปริมาณสัมพันธ์ หลังจากสร้างสมดุลแล้ว ส่วนผสมสมดุลจะมีจำนวนโมลของผลิตภัณฑ์ C เท่ากับ 0.4 และความดันรวมคือ 2 atm ค้นหาค่าคงที่สมดุลในระดับ p 3 . ที่ 1273 K และความดันรวม 30 atm ส่วนผสมสมดุลกับปฏิกิริยาสมมติ CO2 (g) + C (s) = 2CO (g) มี CO2 17% (โดยปริมาตร) CO2 จะบรรจุอยู่ในก๊าซที่ความดันรวม 20 atm กี่เปอร์เซ็นต์? ก๊าซจะมี CO2 25% ที่ความดันเท่าใด |
ตัวเลือกที่ 2 | 1 . บอกเราเกี่ยวกับ วิธีการทางกายภาพกำหนดค่าคงที่สมดุลเคมีโดยการวัดความดัน 2. มีส่วนผสมของก๊าซ A และ B ซึ่งสามารถเข้าสู่ปฏิกิริยาเคมีเพื่อสร้างผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยา C ตามสมการปริมาณสัมพันธ์ 2A + B = C ในช่วงเวลาเริ่มต้นไม่มีผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยาใน ระบบและสารตั้งต้นจะถูกใช้ในปริมาณสัมพันธ์ หลังจากสร้างสมดุลแล้ว ส่วนผสมสมดุลจะมีจำนวนโมลของผลิตภัณฑ์ C เท่ากับ 0.5 และความดันรวมคือ 2 atm ค้นหาค่าคงที่สมดุลในระดับ p 3 . ที่อุณหภูมิ 2000 °C และความดันรวม 1 atm น้ำ 2% จะแยกตัวออกเป็นไฮโดรเจนและออกซิเจนตามปฏิกิริยา H2O(g) = H2(g) + 0.5 O2(g) คำนวณค่าคงที่สมดุลของปฏิกิริยาภายใต้เงื่อนไขเหล่านี้ |
ตัวเลือกที่ 3 | 1 . อธิบายวิธีการหาค่าคงที่สมดุลจากการวัดความหนาแน่น วิธีนี้มีอยู่ในวิธีใดบ้าง? 2. มีส่วนผสมของก๊าซ A และ B ซึ่งสามารถเข้าสู่ปฏิกิริยาเคมีเพื่อสร้างผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยา C ตามสมการปริมาณสัมพันธ์ A + 2B = C ในช่วงเวลาเริ่มต้นไม่มีผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยาใน ระบบและสารตั้งต้นจะถูกใช้ในปริมาณสัมพันธ์ หลังจากสร้างสมดุลแล้ว ส่วนผสมสมดุลจะมีจำนวนโมลของผลิตภัณฑ์ C เท่ากับ 0.6 และความดันรวมคือ 2 atm ค้นหาค่าคงที่สมดุลในระดับ p 3 . ค่าคงที่สมดุลของปฏิกิริยา CO(g) + H2O(g) = H2(g) + CO2(g) ที่ 500 oC คือ 5.5 ([p]=1 atm) ส่วนผสมที่ประกอบด้วย 1 โมล CO และ 5 โมล H2O ถูกให้ความร้อนจนถึงอุณหภูมินี้ คำนวณเศษส่วนโมลของน้ำในส่วนผสมสมดุล |
ตัวเลือกที่ 4 | 1 . อธิบายวิธีการหาค่าคงที่สมดุลโดยใช้ การวัดโดยตรงความดันบางส่วน. 2. มีส่วนผสมของก๊าซ A และ B ซึ่งสามารถเข้าสู่ปฏิกิริยาเคมีเพื่อสร้างผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยา C ตามสมการปริมาณสัมพันธ์ 0.5 A + B = C ในช่วงเวลาเริ่มต้นจะไม่มีผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยา ในระบบและสารตั้งต้นจะถูกใช้ในปริมาณสัมพันธ์ หลังจากสร้างสมดุลแล้ว ส่วนผสมสมดุลจะมีจำนวนโมลของผลิตภัณฑ์ C เท่ากับ 0.3 และความดันรวมเท่ากับ 1.5 atm ค้นหาค่าคงที่สมดุลในระดับ p 3 ค่าคงที่สมดุลของปฏิกิริยา N2O4(g) = 2NO2(g) ที่ 25 o C เท่ากับ 0.143 ([p]=1 atm) คำนวณความดันที่จะพัฒนาในภาชนะขนาด 1 ลิตรที่มี N2O4 1 กรัมที่อุณหภูมินี้ |
ตัวเลือกที่ 5 | 1 . คุณจะกำหนดค่าของค่าคงที่สมดุลของปฏิกิริยาโดยไม่ต้องอาศัยการทดลองได้อย่างไร 2. มีส่วนผสมของก๊าซ A และ B ซึ่งสามารถเข้าสู่ปฏิกิริยาเคมีเพื่อสร้างผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยา C ตามสมการปริมาณสัมพันธ์ 0.5 A + 3B = C ในช่วงเวลาเริ่มต้นไม่มีผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยาใน ระบบและสารตั้งต้นจะถูกใช้ในปริมาณสัมพันธ์ หลังจากสร้างสมดุลแล้ว ส่วนผสมสมดุลจะมีจำนวนโมลของผลิตภัณฑ์ C เท่ากับ 0.3 และความดันรวมคือ 2 atm ค้นหาค่าคงที่สมดุลในระดับ p 3 . ถังขนาด 3 ลิตรที่บรรจุ 1.79·10 -2 โมล I2 ได้รับความร้อนถึง 973 K ความดันในถังที่สมดุลกลายเป็น 0.49 atm สมมติว่าก๊าซมีอุดมคติ ให้คำนวณค่าคงที่สมดุลที่ 973 K สำหรับปฏิกิริยา I2(ก.) = 2I(ก.) |
ตัวเลือกที่ 6 | 1. การใช้สมการไอโซบาร์ของปฏิกิริยาเพื่อกำหนดค่าของค่าคงที่สมดุลเคมีที่อุณหภูมิที่ยังไม่ได้ศึกษาก่อนหน้านี้ 2. มีส่วนผสมของก๊าซ A และ B ซึ่งสามารถเข้าสู่ปฏิกิริยาเคมีเพื่อสร้างผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยา C ตามสมการปริมาณสัมพันธ์ 3A + B = C ในช่วงเวลาเริ่มต้นไม่มีผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยาใน ระบบและสารตั้งต้นจะถูกใช้ในปริมาณสัมพันธ์ หลังจากสร้างสมดุลแล้ว ส่วนผสมสมดุลจะมีจำนวนโมลของผลิตภัณฑ์ C เท่ากับ 0.4 และความดันรวมคือ 2 atm ค้นหาค่าคงที่สมดุลในระดับ p 3 . สำหรับปฏิกิริยา PCl5(g) = PCl3(g) + Cl2(g) ที่ 250 °C การเปลี่ยนแปลงโมลาร์มาตรฐานในพลังงานกิ๊บส์ = - 2508 J/mol ระดับการแปลง PCl5 เป็น PCl3 และ Cl2 จะเป็น 30% ที่ 250 °C ที่ความดันรวมเท่าใด |
ตัวเลือก 7 | 1. ระบบที่เกิดปฏิกิริยาเฟสก๊าซดูดความร้อน ปฏิกิริยา A+3B=2C อยู่ในสภาวะสมดุลที่ 400 K และ 5 atm หากก๊าซมีอุดมคติ การเติมก๊าซเฉื่อยที่ปริมาตรคงที่จะส่งผลต่อผลผลิตของผลิตภัณฑ์อย่างไร 2. มีส่วนผสมของก๊าซ A และ B ซึ่งสามารถทำปฏิกิริยาทางเคมีเพื่อสร้างผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยา C ตามสมการปริมาณสัมพันธ์ 2A + B = 2C ในช่วงเวลาเริ่มต้น ไม่มีผลิตภัณฑ์จากปฏิกิริยาในระบบ และสารตั้งต้นจะถูกใช้ในปริมาณปริมาณสัมพันธ์ หลังจากสร้างสมดุลแล้ว ส่วนผสมสมดุลจะมีจำนวนโมลของผลิตภัณฑ์ C เท่ากับ 0.3 และความดันรวมคือ 2 atm ค้นหาค่าคงที่สมดุลในระดับ p 3 . สำหรับปฏิกิริยา 2HI(g) = H2 +I2(g) ค่าคงที่สมดุล เคพี= 0.0183 ([p]=1 atm) ที่ 698.6 K HI จะเกิดขึ้นได้กี่กรัมเมื่อให้ I2 10 กรัม และ H2 0.2 กรัม ถึงอุณหภูมินี้ในภาชนะขนาด 3 ลิตร ความกดดันย่อยของ H2, I2 และ HI คืออะไร? |
ตัวเลือกที่ 8 | 1. ระบบที่เกิดปฏิกิริยาเฟสก๊าซดูดความร้อน ปฏิกิริยา A+3B=2C อยู่ในสภาวะสมดุลที่ 400 K และ 5 atm หากก๊าซมีอุดมคติ อุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นจะส่งผลต่อผลผลิตของผลิตภัณฑ์อย่างไร 2. มีส่วนผสมของก๊าซ A และ B ซึ่งสามารถทำปฏิกิริยาทางเคมีเพื่อสร้างผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยา C ตามสมการปริมาณสัมพันธ์ 0.5A + 2B = 2C ในช่วงเวลาเริ่มต้น ไม่มีผลิตภัณฑ์จากปฏิกิริยาในระบบ และสารตั้งต้นจะถูกใช้ในปริมาณปริมาณสัมพันธ์ หลังจากสร้างสมดุลแล้ว ส่วนผสมสมดุลจะมีจำนวนโมลของผลิตภัณฑ์ C เท่ากับ 0.3 และความดันรวมคือ 2 atm ค้นหาค่าคงที่สมดุลในระดับ p 3 . ภาชนะขนาด 1 ลิตรที่ประกอบด้วย PCl5 0.341 โมล และ 0.233 โมล N2 ถูกให้ความร้อนที่ 250 °C ความดันรวมในภาชนะที่สมดุลกลายเป็น 29.33 atm สมมติว่าก๊าซทั้งหมดอยู่ในอุดมคติ ให้คำนวณค่าคงที่สมดุลที่ 250 °C สำหรับปฏิกิริยา PCl5(g) = PCl3(g) + Cl2(g) ที่เกิดขึ้นในถัง |
ตัวเลือก 9 | 1 . ระบบที่เกิดปฏิกิริยาเฟสก๊าซดูดความร้อน ปฏิกิริยา A+3B=2C อยู่ในสภาวะสมดุลที่ 400 K และ 5 atm หากก๊าซมีความเหมาะสม ความดันที่เพิ่มขึ้นจะส่งผลต่อผลผลิตของผลิตภัณฑ์อย่างไร 2. มีส่วนผสมของก๊าซ A และ B ซึ่งสามารถทำปฏิกิริยาทางเคมีเพื่อสร้างผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยา C ตามสมการปริมาณสัมพันธ์ 0.5A + B = 2C ในช่วงเวลาเริ่มต้น ไม่มีผลิตภัณฑ์จากปฏิกิริยาในระบบ และสารตั้งต้นจะถูกใช้ในปริมาณปริมาณสัมพันธ์ หลังจากสร้างสมดุลแล้ว ส่วนผสมสมดุลจะมีจำนวนโมลของผลิตภัณฑ์ C เท่ากับ 0.5 และความดันรวมคือ 2 atm ค้นหาค่าคงที่สมดุลในระดับ p 3 . ค่าคงที่สมดุลของปฏิกิริยา CO(g) + 2H2 = CH3OH(g) ที่ 500 K เท่ากับ ค= 0.00609 ([p]=1 เอทีเอ็ม) คำนวณความดันทั้งหมดที่จำเป็นในการผลิตเมทานอลในอัตราผลตอบแทน 90% หากใช้ CO และ H2 ในอัตราส่วน 1:2 |
ตัวเลือกที่ 10 | 1. อธิบายวิธีการหาค่าคงที่สมดุลโดยการวัดความดันย่อย 2. มีส่วนผสมของก๊าซ A และ B ซึ่งสามารถทำปฏิกิริยาทางเคมีเพื่อสร้างผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยา C ตามสมการปริมาณสัมพันธ์ 0.5A + 1.5B = 2C ในช่วงเวลาเริ่มต้น ไม่มีผลิตภัณฑ์จากปฏิกิริยาในระบบ และสารตั้งต้นจะถูกใช้ในปริมาณปริมาณสัมพันธ์ หลังจากสร้างสมดุลแล้ว ส่วนผสมสมดุลจะมีจำนวนโมลของผลิตภัณฑ์ C เท่ากับ 0.4 และความดันรวมคือ 2 atm ค้นหาค่าคงที่สมดุลในระดับ p 3 . ความสมดุลในปฏิกิริยา 2NOCl (g) = 2NO(g) + Cl2 (g) ถูกกำหนดไว้ที่ 227 °C และความดันรวม 1.0 บาร์ เมื่อความดันบางส่วนของ NOCl เท่ากับ 0.64 บาร์ (ในตอนแรกมีเพียง NOCl เท่านั้นที่ปรากฏ) คำนวณปฏิกิริยานี้ที่อุณหภูมิที่กำหนด |
ตัวเลือกที่ 11 | 1 . อธิบายวิธีการทางเคมีในการหาค่าคงที่สมดุล 2. มีส่วนผสมของก๊าซ A และ B ซึ่งสามารถทำปฏิกิริยาทางเคมีเพื่อสร้างผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยา C ตามสมการปริมาณสัมพันธ์ 2A + 0.5B = 2C ในช่วงเวลาเริ่มต้น ไม่มีผลิตภัณฑ์จากปฏิกิริยาในระบบ และสารตั้งต้นจะถูกใช้ในปริมาณปริมาณสัมพันธ์ หลังจากสร้างสมดุลแล้ว ส่วนผสมสมดุลจะมีจำนวนโมลของผลิตภัณฑ์ C เท่ากับ 0.2 และความดันรวมคือ 2 atm ค้นหาค่าคงที่สมดุลในระดับ p 3 . คำนวณความดันรวมที่ต้องใช้กับส่วนผสมของ H2 3 ส่วนและ N2 1 ส่วน เพื่อให้ได้ส่วนผสมสมดุลที่มี 10% NH3 โดยปริมาตรที่ 400°C ค่าคงที่สมดุลสำหรับปฏิกิริยา N2(g) + 3 H2(g)= 2NH3(g) ที่ 400 oC และแสดงความดันเป็น atm เท่ากับ 1.6·10-4 |
ตัวเลือก 12 | 1 . ระบบที่เกิดปฏิกิริยาเฟสก๊าซดูดความร้อน ปฏิกิริยา A+3B=2C อยู่ในสภาวะสมดุลที่ 400 K และ 5 atm หากก๊าซมีความเหมาะสม ความดันที่ลดลงจะส่งผลต่อผลผลิตของผลิตภัณฑ์อย่างไร 2. มีส่วนผสมของก๊าซ A และ B ซึ่งสามารถทำปฏิกิริยาทางเคมีเพื่อสร้างผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยา C ตามสมการปริมาณสัมพันธ์ 2A + B = 0.5C ในช่วงเวลาเริ่มต้น ไม่มีผลิตภัณฑ์จากปฏิกิริยาในระบบ และสารตั้งต้นจะถูกใช้ในปริมาณปริมาณสัมพันธ์ หลังจากสร้างสมดุลแล้ว ส่วนผสมสมดุลจะมีจำนวนโมลของผลิตภัณฑ์ C เท่ากับ 0.4 และความดันรวมคือ 2 atm ค้นหาค่าคงที่สมดุลในระดับ p 3 . ที่ 250 °C และความดันรวม 1 atm PCl5 จะถูกแยกตัวออก 80% ตามปฏิกิริยา PCl5(g) = PCl3(g) + Cl2(g) ระดับการแยกตัวของ PCl5 จะเป็นเท่าใดหากเติมไนโตรเจนเข้าสู่ระบบเพื่อให้ความดันย่อยของไนโตรเจนเท่ากับ 0.9 atm ความดันรวมจะคงอยู่ที่ 1 atm |
ตัวเลือกที่ 13 | 1 . ระบบที่เกิดปฏิกิริยาคายความร้อน CO(g) + 2H2 = CH3OH(g) อยู่ในสภาวะสมดุลที่ 500 K และ 10 บาร์ หากก๊าซมีความเหมาะสม ความดันที่ลดลงจะส่งผลต่อผลผลิตเมทานอลอย่างไร 2. มีส่วนผสมของก๊าซ A และ B ซึ่งสามารถทำปฏิกิริยาทางเคมีเพื่อสร้างผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยา C ตามสมการปริมาณสัมพันธ์ 1.5A + 3B = 2C ในช่วงเวลาเริ่มต้น ไม่มีผลิตภัณฑ์จากปฏิกิริยาในระบบ และสารตั้งต้นจะถูกใช้ในปริมาณปริมาณสัมพันธ์ หลังจากสร้างสมดุลแล้ว ส่วนผสมสมดุลจะมีจำนวนโมลของผลิตภัณฑ์ C เท่ากับ 0.5 และความดันรวมคือ 2 atm ค้นหาค่าคงที่สมดุลในระดับ p 3 . ค่าคงที่สมดุลของปฏิกิริยา CO(g) + 2H2 = CH3OH(g) ที่ 500 K คือ 6.09 × 10 5 ([p] = 1 atm) ส่วนผสมของปฏิกิริยาประกอบด้วย 1 โมล CO H2 2 โมล และก๊าซเฉื่อย (ไนโตรเจน) 1 โมล ได้รับความร้อนถึง 500 K และความดันรวม 100 atm คำนวณองค์ประกอบของส่วนผสมของปฏิกิริยา |
ตัวเลือก 14 | 1 . อธิบายวิธีการหาค่าคงที่สมดุลจากข้อมูลเคมีไฟฟ้า 2. มีส่วนผสมของก๊าซ A และ B ซึ่งสามารถเข้าสู่ปฏิกิริยาเคมีเพื่อสร้างผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยา C ตามสมการปริมาณสัมพันธ์ 2A + 0.5B = C ในช่วงเวลาเริ่มต้นจะไม่มีผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยา ในระบบและสารตั้งต้นจะถูกนำไปใช้ในปริมาณสัมพันธ์ หลังจากสร้างสมดุลแล้ว ส่วนผสมสมดุลจะมีจำนวนโมลของผลิตภัณฑ์ C เท่ากับ 0.4 และความดันรวมคือ 2 atm ค้นหาค่าคงที่สมดุลในระดับ p 3. สำหรับปฏิกิริยา N2(g) + 3 H2(g) = 2NH3(g) ที่ 298 K ค่าคงที่สมดุลเมื่อแสดงความดันใน atm คือ 6.0 × 10 5 และเอนทัลปีโมลาร์มาตรฐานของการก่อตัวของแอมโมเนียคือ = - 46.1 kJ /โมล ค้นหาค่าคงที่สมดุลที่ 500 K |
ตัวเลือกที่ 15 | 1 . ระบบที่มีปฏิกิริยาคายความร้อน CO(g) + 2H2 = CH3OH(g) อยู่ในสภาวะสมดุลที่ 500 K และ 10 บาร์ หากก๊าซมีอุดมคติ อุณหภูมิที่ลดลงจะส่งผลต่อผลผลิตเมทานอลอย่างไร 2. มีส่วนผสมของก๊าซ A และ B ซึ่งสามารถทำปฏิกิริยาทางเคมีเพื่อสร้างผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยา C ตามสมการปริมาณสัมพันธ์ 2A + B = 1.5C ในช่วงเวลาเริ่มต้น ไม่มีผลิตภัณฑ์จากปฏิกิริยาในระบบ และสารตั้งต้นจะถูกใช้ในปริมาณปริมาณสัมพันธ์ หลังจากสร้างสมดุลแล้ว ส่วนผสมสมดุลจะมีจำนวนโมลของผลิตภัณฑ์ C เท่ากับ 0.5 และความดันรวมคือ 2 atm ค้นหาค่าคงที่สมดุลในระดับ p 3. ค่าคงที่สมดุลของปฏิกิริยา N2(g) + 3 H2(g) = 2NH3(g) ที่ 400 °C และแสดงเป็นความดันในหน่วย atm คือ 1.6·10-4 ต้องใช้แรงดันรวมเท่าใดกับส่วนผสมที่เท่ากันของไนโตรเจนและไฮโดรเจน เพื่อแปลงไนโตรเจน 10% เป็นแอมโมเนีย ก๊าซถือเป็นอุดมคติ |
ในรายงานเมื่อวันที่ งานห้องปฏิบัติการดูเหมือนว่าเหมาะสมที่จะรวมส่วนต่างๆ ต่อไปนี้: บทนำ ส่วนที่ 1 ส่วนที่ 2 บทสรุป
1. ในบทนำ คุณสามารถนำเสนอข้อมูลทางทฤษฎีโดยย่อเกี่ยวกับประเด็นใดประเด็นหนึ่งต่อไปนี้: เกี่ยวกับกฎแห่งการกระทำมวลชน, ประวัติความเป็นมาของการค้นพบและผู้แต่ง; หรือเกี่ยวกับแนวคิดพื้นฐานและการกำหนดความสัมพันธ์ของหัวข้อ “สมดุลเคมี” หรือได้มาจากกฎสมดุลเคมีในสูตรสมัยใหม่ หรือพูดถึงปัจจัยที่มีอิทธิพลต่อค่าคงที่สมดุล เป็นต้น
ส่วน "บทนำ" ควรลงท้ายด้วยคำแถลงวัตถุประสงค์ของงาน
ในส่วนที่ 1 จำเป็น
2.1. จัดให้มีแผนภาพการติดตั้งเพื่อพิจารณาความยืดหยุ่นของการแยกตัวของโลหะคาร์บอเนต และอธิบายขั้นตอนการทดลอง
2.2 . ให้ผลลัพธ์การคำนวณค่าคงที่สมดุลตามข้อมูลการทดลองที่กำหนด
2.3. คำนวณค่าคงที่สมดุลโดยใช้ข้อมูลทางอุณหพลศาสตร์
ในส่วนที่ 2 จำเป็น
3.1 . ให้คำตอบที่ครบถ้วนและสมเหตุสมผลสำหรับคำถามที่ 1 ของงานที่ 2
3.2 . ให้คำตอบสำหรับปัญหาที่ 2 และ 3 ของภารกิจที่ 2 เงื่อนไขของปัญหาจะต้องเขียนในรูปแบบสัญลักษณ์
โดยสรุป ขอแนะนำให้สะท้อนถึงความบรรลุเป้าหมายที่ตั้งไว้ในงานและเปรียบเทียบค่าคงที่สมดุลที่คำนวณใน 2.2 และ 2.3
บรรณานุกรม
1. คาร์จาคินอุณหพลศาสตร์เคมี: ตำราเรียน คู่มือสำหรับมหาวิทยาลัย อ.: Academy., 20 น.
2. Prigozhin I., Kondepudi D. อุณหพลศาสตร์สมัยใหม่. จากเครื่องยนต์ความร้อนไปจนถึงโครงสร้างการกระจายตัว อ.: มีร์ 20 น.
3. , Cherepanov ในเคมีเชิงฟิสิกส์. ชุดเครื่องมือ Ekaterinburg: สำนักพิมพ์มหาวิทยาลัยแห่งรัฐอูราล, 2546
4. หนังสืออ้างอิงโดยย่อเกี่ยวกับปริมาณทางกายภาพและเคมี / เอ็ด. และ. ล.: เคมี 20 หน้า
5. ปัญหาเคมีฟิสิกส์: หนังสือเรียน. คู่มือมหาวิทยาลัย / ฯลฯ ม.: สอบ 20 น.
เค้าโครงคอมพิวเตอร์
แนวคิดเรื่องสมดุลเคมี
สภาวะสมดุลถือเป็นสถานะของระบบที่ยังคงไม่เปลี่ยนแปลง และสถานะนี้ไม่ได้เกิดจากการกระทำของแรงภายนอกใดๆ สถานะของระบบสารที่ทำปฏิกิริยาซึ่งอัตราการเกิดปฏิกิริยาไปข้างหน้าเท่ากับอัตราการเกิดปฏิกิริยาย้อนกลับเรียกว่า สมดุลเคมี. ความสมดุลนี้เรียกอีกอย่างว่า มือถือม. หรือ พลวัตสมดุล.
สัญญาณของความสมดุลทางเคมี
1. สถานะของระบบยังคงไม่เปลี่ยนแปลงเมื่อเวลาผ่านไปเมื่อบันทึก สภาพภายนอก.
2. สมดุลเป็นแบบไดนามิก กล่าวคือ เกิดจากการเกิดปฏิกิริยาเดินหน้าและถอยหลังในอัตราเดียวกัน
3. อิทธิพลภายนอกใด ๆ ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในสมดุลของระบบ หากอิทธิพลภายนอกถูกลบออกไป ระบบจะกลับสู่สถานะเดิม
4. สามารถเข้าถึงสภาวะสมดุลได้จากสองด้าน - ทั้งจากด้านข้างของสารตั้งต้นและจากด้านข้างของผลิตภัณฑ์ที่ทำปฏิกิริยา
5. ในสภาวะสมดุล พลังงานกิ๊บส์จะถึงค่าต่ำสุด
หลักการของเลอ ชาเตอลิเยร์
พิจารณาอิทธิพลของการเปลี่ยนแปลงสภาวะภายนอกที่มีต่อตำแหน่งสมดุล หลักการของเลอ ชาเตอลิเยร์ (หลักการเคลื่อนที่ของสมดุล): หากอิทธิพลภายนอกใด ๆ ถูกนำไปใช้กับระบบในสภาวะสมดุล ในระบบนั้นทิศทางของกระบวนการที่ทำให้ผลกระทบของอิทธิพลนี้อ่อนลงจะถูกเสริมให้เข้มแข็งขึ้น และตำแหน่งสมดุลจะเปลี่ยนไปในทิศทางเดียวกัน
หลักการของ Le Chatelier ไม่เพียงแต่ใช้กับกระบวนการทางเคมีเท่านั้น แต่ยังใช้กับกระบวนการทางกายภาพด้วย เช่น การต้ม การตกผลึก การละลาย เป็นต้น
ให้เราพิจารณาอิทธิพลของปัจจัยต่าง ๆ ต่อสมดุลเคมีโดยใช้ตัวอย่างของปฏิกิริยาออกซิเดชัน NO:
2 เลขที่ (ช) + โอ 2(ก) 2 เลขที่ 2(ก) ; H หรือ 298 = - 113.4 กิโลจูล/โมล
ผลของอุณหภูมิต่อสมดุลเคมี
เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น สมดุลจะเปลี่ยนไปสู่ปฏิกิริยาคายความร้อน และเมื่ออุณหภูมิลดลง สมดุลจะเปลี่ยนไปสู่ปฏิกิริยาคายความร้อน
ระดับของการเปลี่ยนแปลงสมดุลถูกกำหนดโดยค่าสัมบูรณ์ของผลกระทบทางความร้อน: ยิ่งค่าสัมบูรณ์ของเอนทาลปีของปฏิกิริยายิ่งมากขึ้น H ยิ่งอิทธิพลของอุณหภูมิมีต่อสถานะสมดุลมากขึ้น
ในปฏิกิริยาที่กำลังพิจารณาเพื่อสังเคราะห์ไนตริกออกไซด์ (IV ) การเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิจะเปลี่ยนสมดุลไปสู่สารตั้งต้น
ผลของความดันต่อสมดุลเคมี
การบีบอัดจะเปลี่ยนสมดุลไปในทิศทางของกระบวนการที่มาพร้อมกับปริมาตรของสารก๊าซที่ลดลง และความดันที่ลดลงจะเปลี่ยนสมดุลไปในทิศทางตรงกันข้าม ในตัวอย่างที่กำลังพิจารณา มี 3 เล่มทางด้านซ้ายของสมการ และ 2 เล่มทางด้านขวา เนื่องจากความดันที่เพิ่มขึ้นเอื้อต่อกระบวนการที่เกิดขึ้นกับปริมาตรที่ลดลง จากนั้นเมื่อความดันเพิ่มขึ้น สมดุลจะเปลี่ยนไปทางขวา เช่น ต่อผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยา – NO 2 . การลดความดันจะทำให้สมดุลไปในทิศทางตรงกันข้าม ควรสังเกตว่าหากในสมการของปฏิกิริยาย้อนกลับจำนวนโมเลกุลของสารก๊าซทางด้านขวาและด้านซ้ายเท่ากันการเปลี่ยนแปลงของความดันจะไม่ส่งผลต่อตำแหน่งสมดุล
ผลของความเข้มข้นต่อสมดุลเคมี
สำหรับปฏิกิริยาที่กำลังพิจารณา ให้เติม NO หรือ O 2 ในปริมาณเพิ่มเติมเข้าสู่ระบบสมดุล ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของสมดุลไปในทิศทางที่ความเข้มข้นของสารเหล่านี้ลดลง จึงมีการเปลี่ยนสมดุลไปสู่การก่อตัวหมายเลข 2 . ความเข้มข้นเพิ่มขึ้นหมายเลข 2 เปลี่ยนสมดุลไปสู่สารตั้งต้น
ตัวเร่งปฏิกิริยาจะเร่งปฏิกิริยาทั้งไปข้างหน้าและย้อนกลับอย่างเท่าเทียมกัน จึงไม่ส่งผลกระทบต่อการเปลี่ยนแปลงของสมดุลเคมี
เมื่อเข้าสู่ระบบสมดุล (ที่ P = const ) ของก๊าซเฉื่อย ความเข้มข้นของรีเอเจนต์ (ความดันบางส่วน) จะลดลง เนื่องจากกระบวนการออกซิเดชั่นอยู่ระหว่างการพิจารณาเลขที่ ไปกับปริมาณที่ลดลงจากนั้นเมื่อเพิ่มเข้าไป
ค่าคงที่สมดุลเคมี
สำหรับปฏิกิริยาเคมี:
2 เลขที่ (ช) + โอ 2 (ก) 2 NO 2(ก.)
ค่าคงที่ปฏิกิริยาเคมี K c คืออัตราส่วน:
(12.1)
ในสมการนี้ใน วงเล็บเหลี่ยม– ความเข้มข้นของสารที่ทำปฏิกิริยาซึ่งเกิดขึ้นที่สมดุลเคมี เช่น ความเข้มข้นของสารที่สมดุล
ค่าคงที่สมดุลเคมีสัมพันธ์กับการเปลี่ยนแปลงของพลังงานกิ๊บส์ตามสมการ:
G T o = – RTlnK . (12.2)
ตัวอย่างการแก้ปัญหา
ที่อุณหภูมิหนึ่งความเข้มข้นของสมดุลในระบบ 2CO (g) + O 2(ก)2CO 2 (g) คือ: = 0.2 โมล/ลิตร, = 0.32 โมล/ลิตร, = 0.16 นางสาว. กำหนดค่าคงที่สมดุลที่อุณหภูมินี้และความเข้มข้นเริ่มต้นของ CO และ O 2 ถ้าส่วนผสมเดิมไม่มี CO 2 .
.
2CO (ก) + O 2(ก) 2CO 2(ง)
ในบรรทัดที่สอง “proreact” หมายถึงความเข้มข้นของสารตั้งต้นที่ทำปฏิกิริยาและความเข้มข้นของ CO 2 ที่เกิดขึ้น และด้วยการเริ่มต้น = ด้วยปฏิกิริยา + เท่ากับ .
ใช้ข้อมูลอ้างอิงในการคำนวณค่าคงที่สมดุลของกระบวนการ3 ชม 2 (ช) + น 2 (G) 2 NH 3 (G) ที่ 298 เค
ก 298 โอ = 2·( - 16.71) กิโลจูล = -33.42 10 3 เจ
จี ที โอ = - RTlnK.
lnK = 33.42 10 3 /(8.314 × 298) = 13.489. K = 7.21× 10 5 .
กำหนดความเข้มข้นสมดุลของ HI ในระบบชม 2(ก) + ฉัน 2(ก) 2HI (ช) ,
ถ้าที่อุณหภูมิหนึ่งค่าคงที่สมดุลคือ 4 และความเข้มข้นเริ่มต้นของ H 2, I 2 และ HI เท่ากับ 1, 2 และ 0 โมล/ลิตร ตามลำดับ
สารละลาย. ให้ x โมล/ลิตร H2 ทำปฏิกิริยา ณ จุดใดเวลาหนึ่ง
.
เมื่อแก้สมการนี้ เราจะได้ x = 0.67
ซึ่งหมายความว่าความเข้มข้นสมดุลของ HI คือ 2 × 0.67 = 1.34 โมล/ลิตร
ใช้ข้อมูลอ้างอิง กำหนดอุณหภูมิที่ค่าคงที่สมดุลของกระบวนการคือ: H 2 (g) + HCOH (d)CH3OH (d) กลายเป็น 1 สมมติว่า H o T » H o 298 และ S o T “ส โอ 298.ถ้า K = 1 แล้ว Go o T = - RTlnK = 0;
ได้รับ » N ประมาณ 298 - ต ดีส โอ 298 . แล้ว ;
N ประมาณ 298 = -202 – (- 115.9) = -86.1 กิโลจูล = - 86.1× 10 3 เจ;
ส โอ 298 = 239.7 – 218.7 – 130.52 = -109.52 J/K;
ถึง.
สารละลาย. ให้ x โมล/ลิตร SO 2 ทำปฏิกิริยา ณ จุดใดเวลาหนึ่ง
ดังนั้น 2(G) + Cl 2(G) ดังนั้น 2 Cl 2(ช)
จากนั้นเราจะได้รับ:
.
เมื่อแก้สมการนี้ เราจะพบว่า x 1 = 3 และ x 2 = 1.25 แต่ x1 = 3 ไม่ตรงตามเงื่อนไขของปัญหา
ดังนั้น = 1.25 + 1 = 2.25 โมล/ลิตร
ปัญหาที่ต้องแก้ไขอย่างอิสระ
12.1. ปฏิกิริยาใดต่อไปนี้ที่เพิ่มขึ้น ความดันจะเปลี่ยนสมดุลไปทางขวา ให้เหตุผลคำตอบ
1) 2 NH 3 (ก) 3 H 2 (ก) + น 2 (ง)
2) สังกะสีซีโอ 3 (k) ZnO (k) + CO 2 (ง)
3) 2HBr (ก) H 2 (ก) + Br 2 (ญ)
4) คาร์บอนไดออกไซด์ 2 (ช) + ค (กราไฟท์) 2CO (ก.)
12.2.ที่อุณหภูมิหนึ่งความเข้มข้นของความสมดุลในระบบ
2HBr (ก) H 2 (ก) + Br 2 (ง)
คือ: = 0.3 โมล/ลิตร, = 0.6 โมล/ลิตร, = 0.6 โมล/ลิตร กำหนดค่าคงที่สมดุลและความเข้มข้นเริ่มต้นของ HBr
12.3.สำหรับปฏิกิริยา H 2(g)+ส (ง) เอช 2 ส (d) ที่อุณหภูมิหนึ่งค่าคงที่สมดุลคือ 2 จงหาความเข้มข้นของสมดุลของ H 2 และ S หากความเข้มข้นเริ่มต้นของ H 2, เอส และ เอช 2 S เท่ากับ 2, 3 และ 0 โมล/ลิตร ตามลำดับ
สมดุลเคมี ค่าคงที่สมดุลเคมี
ตัวอย่างที่ 1. คำนวณการเปลี่ยนแปลงของพลังงานกิ๊บส์ ΔG ในปฏิกิริยาไดเมอไรเซชันของไนโตรเจนไดออกไซด์ 2NO 2 (g) = N 2 O 4 (g) ที่อุณหภูมิมาตรฐาน 298 K, 273 K และ 373 K สรุปเกี่ยวกับทิศทางของกระบวนการ . หาค่าคงที่สมดุลของปฏิกิริยาไดเมอไรเซชันของไนโตรเจนไดออกไซด์ที่อุณหภูมิข้างต้น จงหาอุณหภูมิที่ Δ G = 0 สรุปเกี่ยวกับทิศทางของปฏิกิริยาที่อยู่ด้านบนและด้านล่างของอุณหภูมินี้ ลักษณะทางอุณหพลศาสตร์ของส่วนประกอบ:
ΔΗ° 298 ส หรือ 298
ปริมาณ กิโลจูล/โมล เจ/โมล*K
เบอร์ 2 (ก.) 33.3 240.2
ยังไม่มีข้อความ 2 O 4 (ก.) 9.6 303.8
สารละลาย.สำหรับกระบวนการที่ย้อนกลับได้:
AA (ก.) + bB (ก.) ⇄ ซีซี (ก.) + dD (ก.)
การแสดงออกของค่าคงที่สมดุล K p จะเป็นดังนี้
K р =(P c C *P d D)/(P a A *P b B)
โดยที่ P A, P B, P C, P D คือความดันบางส่วนของก๊าซที่สมดุล ส่วนประกอบ A, B, C, D a, b, c, d - สัมประสิทธิ์ปริมาณสัมพันธ์
สำหรับกระบวนการ aA (g) +bB (และ) ⇄ วิ ค(g) +dD (g) นิพจน์สำหรับค่าคงที่สมดุล
K c = (C c C *C d D)/(C a A *C b B)
โดยที่ C A, C B, C C, C D คือความเข้มข้นที่สมดุล สาร A, B, C, D a, b, c, d - สัมประสิทธิ์ปริมาณสัมพันธ์
ตามสูตร (1.4.1) สำหรับระบบ 2NO 2 ⇄ N 2 O 4 เรามี
K r =P ยังไม่มีข้อความ 2 O 4 /P 2 ไม่ 2
ที่อุณหภูมิมาตรฐาน 298 K การเปลี่ยนแปลงเอนทัลปี (ΔH o ของปฏิกิริยา) จะถูกกำหนดโดยสูตร (1.2.2)
ΔH o ปฏิกิริยา = ΔΗ° 298 N 2 O 4 - 2ΔΗ° 298 NO 2 = 9.6-2*33.5 = -57400 J.
การเปลี่ยนแปลงเอนโทรปี (1.3.5)
ΔS o ปฏิกิริยา = S° 298 N2O4 - 2S° 298 NO2 =303.8-2* (240.2)=-176 J/mol*K
โดยใช้หลักการของเลอ ชาเตอลิเยร์ ซึ่งกล่าวว่าเมื่อมีเงื่อนไขตามนั้น ปฏิกิริยาย้อนกลับอยู่ในสภาวะสมดุล สมดุลจะเปลี่ยนไปสู่กระบวนการเปลี่ยนแปลงที่อ่อนลง เราจะทำนายทิศทางของการเปลี่ยนแปลงสมดุลได้ ค่าของΔΗ o เป็นลบดังนั้นปฏิกิริยาการก่อตัวจึงเป็นคายความร้อน (เกิดขึ้นพร้อมกับการปล่อยความร้อน) และเมื่ออุณหภูมิลดลง สมดุลควรเลื่อนไปทางขวาและเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น - ไปทางซ้าย นอกจากนี้ตามสูตร (1.3.6) เมื่อรู้ว่า ΔH
∆G หรือ 273; ∆G หรือ 298; ΔG หรือ 373 และ K 273; K298; เค 373
เราคำนวณค่าพลังงานกิ๊บส์สำหรับอุณหภูมิที่กำหนดโดยใช้สูตร (1.3.7):
ΔG โอ 298 = ΔH o -TΔS o =-57400-298*(-176)=-4952J.,
ΔG หรือ 273 =-57400-273*(-176)=-9352J:
ΔG หรือ 373 =-57400-373*(-176)= 7129 เจ
ค่าลบของ ΔG o 298 บ่งชี้ถึงการเปลี่ยนแปลงในสมดุลของปฏิกิริยาไปทางขวา และค่าลบที่สูงขึ้นของ ΔG o 273 บ่งชี้ว่าเมื่ออุณหภูมิลดลงจาก (298 เป็น 273 K) สมดุลจะเปลี่ยนไปทางขวา
ค่าบวกของ ΔG o 373 บ่งชี้ถึงการเปลี่ยนแปลงทิศทางของกระบวนการที่เกิดขึ้นเอง ที่อุณหภูมินี้ ปฏิกิริยาย้อนกลับ (การเลื่อนสมดุลไปทางซ้าย) จะดีกว่า
ค่าคงที่สมดุล K p และพลังงานกิ๊บส์ ΔG o มีความสัมพันธ์กันโดยสูตร
โดยที่ K p คือค่าคงที่สมดุลของกระบวนการ R - ค่าคงที่ของแก๊ส T - อุณหภูมิสัมบูรณ์ ตามสูตร (1.4.3) เรามี:
lnK 273 =- ΔG หรือ 273 /RT=9352/8.31*273=4.12
lnK 298 = -ΔG หรือ 298 /RT=4952/8.31*298=2
lnK 373 = -ΔG หรือ 373 /RT=-7129/8.31*298=-2.3
ค่าของ K 298 และ K 273 > 1 บ่งชี้ถึงการเปลี่ยนแปลงของสมดุลไปทางขวา (เปรียบเทียบกับ (1.4.1)) และยิ่งค่าของค่าคงที่สมดุลยิ่งสูงเท่าไรก็ยิ่งมากขึ้นเท่านั้น เค 373< 1, говорит ο смещении равновесия в системе влево (сравни с (1.4.1)).
เงื่อนไขΔG o ปฏิกิริยา =0 สอดคล้องกับค่าคงที่สมดุล
เท่ากับหนึ่ง
ให้เราคำนวณอุณหภูมิ T ที่สอดคล้องกับค่าคงที่นี้โดยใช้สูตร (1.3.7):
∆G°=∆Η°-T∆S o ; O=ΔH หรือ -TΔS o ;
T Δ G =0 = ΔΗ°/ΔS°=57400/176=326.19 K
บทสรุป.ที่อุณหภูมิ 326.19 K ปฏิกิริยาไปข้างหน้าและย้อนกลับเกิดขึ้นโดยมีความน่าจะเป็นเท่ากัน K p = 1 เมื่ออุณหภูมิลดลง สมดุลจะเปลี่ยนไปทางขวาและเพิ่มขึ้นไปทางซ้าย
ตัวอย่างที่ 2. ค่าคงที่สมดุล K p สำหรับปฏิกิริยาการสังเคราะห์ของ NH 3 ตามปฏิกิริยา N 2+3 H2==2NH 3 ที่ 623 K เท่ากับ 2.32*10 -13 คำนวณ Kc ที่อุณหภูมิเดียวกัน
สารละลาย.ความสัมพันธ์ระหว่าง K p และ K c ดำเนินการตามสูตร
K p = K ค (RT) Δ n , (1.4.4)
Δn= n 2 - n 1 =2-4= -2 โดยที่ n 1 และ n 2 คือจำนวนโมลของรีเอเจนต์และผลิตภัณฑ์ เพราะฉะนั้น,
K ค =K พี /(RT) Δ n =0.624*10 -5
คำตอบ. เค = 0.624*10 -5
ตัวอย่างที่ 2ความยืดหยุ่นของการแยกตัวของแคลเซียมคาร์บอเนตที่ 1154 K คือ 80380 Pa และที่ 1164 K คือ 91177 Pa คำนวณที่อุณหภูมิความยืดหยุ่นของการแยกแคลเซียมคาร์บอเนตจะเท่ากับ 1,01325 Pa
สารละลาย.ปฏิกิริยาการแยกตัว CaCO 3 (cr) ⇄ CaO (cr) + CO 2 (g)
จากนี้ไป (1.4.1)
K พี =พี CO 2
ดังนั้น ในแต่ละอุณหภูมิ (T 1 - 1154 K; Τ = 1164 K* Τ = X) ค่าคงที่สมดุลจะสอดคล้องกับความดัน:
เค ที 1 = 80380; เค ที 2 = 91177; เค ที 3 = 101325.
การขึ้นต่อกันของค่าคงที่สมดุลกับอุณหภูมิแสดงโดยสมการอาร์เรเนียส
dlnK p /dT= ΔΗ/RT 2 (1.4.5)
โดยที่ K p คือค่าคงที่สมดุล T - อุณหภูมิ K; ΔΗ - ผลทางความร้อนของปฏิกิริยา R - ค่าคงที่ของแก๊ส
การบูรณาการสมการ (1.4.5) ในช่วงอุณหภูมิ T 1 -T 2 ที่ Δ H = const ที่เราได้รับ
lnK T 1 /K T 2 = ΔΗ/R(1/T 1 -1/T 2),
โดยที่ K T 1 และ K T 2 เป็นค่าคงที่สมดุลที่ T 1 และ T 2
ให้เราพิจารณา ΔΗ ก่อน (ตาม 1.4.6)
ΔΗ=ln(91177*8.31*1154*1164/80380*10)=140500 J/mol
ln(101325/91177)=140500/8.31(1/1164-1/T 3)
ต 3 =1172 ก
คำตอบ.ที่ T=1172K ความยืดหยุ่นของการแยกตัวของแคลเซียมคาร์บอเนตจะเท่ากับ 101325 Pa
งาน
56. ค่าคงที่การแยกตัวของกรดอะซิติกที่ 298 K คือ 1.75*10 -5 การเปลี่ยนแปลงของพลังงานกิ๊บส์ของการแยกตัวของกรดอะซิติกคืออะไร?
57. ค้นหาค่าของพลังงานกิ๊บส์ (ΔG o 298) และค่าคงที่สมดุล K 298 สำหรับปฏิกิริยา BaSO 4 (cr) → Ba 2+ (p) + SO 2- 4 (p)
สำหรับการคำนวณให้ใช้ข้อมูลต่อไปนี้:
สาร S o 298 J/mol*K ΔH o 298 kJ/mol 2 ^ 2^
BaSO4(cr) 132.4 -1447.39
บา 2+ (น) 9.64 -533.83
ดังนั้น 2- 4 (น) 18.44 -904.2.
58. ค้นหาค่าคงที่สมดุลที่ 473 K สำหรับปฏิกิริยาเอทิลีนไฮเดรชั่น
C 2 H 4 (ก.) + H 2 O (ก.) = C 2 H 5 OH (ก.)
คุณสมบัติของรีเอเจนต์แสดงอยู่ในตาราง 3. ละเลยการพึ่งพาอุณหภูมิของ ΔS และ ΔH
59. เมื่อพิจารณาแล้ว ∆H หรือ 298และ ∆S ประมาณ 298ปฏิกิริยา 4HCl + O 2 ⇄ 2H 2 O + 2Cl 2 ไม่ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิค้นหาอุณหภูมิที่
K p =1 และ ΔG o = เกี่ยวกับ.
60. ใช้ข้อมูลแบบตารางคำนวณค่าคงที่สมดุลของปฏิกิริยาต่อไปนี้ที่ 298 K และที่ 1,000 K:
ก) H 2 O (g) + CO ⇄ CO 2 + H 2
ข) CO 2 + C (gr) ⇄ 2CO;
ค) N 2 + 3H 2 ⇄ 2NH 3 .
ละเลยการเปลี่ยนแปลงใน ΔH o และ S o ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ
61. สำหรับปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นเองบางอย่าง Δ S< О. Как будет изменяться константа равновесия с повышением температуры: а) увеличиваться, б) уменьшаться, в) по данным задачи нельзя определить.
62. โดยไม่ต้องใช้การคำนวณ ให้สร้างเครื่องหมาย ΔS o ของกระบวนการต่อไปนี้:
ก) 2NH 3 (g) ⇄ N 2 (g) + H 2 (g);
b) CO 2 (cr) ⇄ CO 2 (g);
ค) 2NO (ก.) + O 2 (ก.) = 2NO 2 (ก.);
ง) 2H 2 S (ก.) + 3O 2 = 2H 2 O (ล.) + 2SO 2 (ก.);
จ) 2CH 3 OH (ก) + 3O 2 (ก) = 4H 2 O (ก) + 2CO 2 (ก)
63. ในกรณีใดต่อไปนี้ที่สามารถทำปฏิกิริยาได้ที่อุณหภูมิใดก็ตาม: a) ΔН°< 0, ΔS°>0; b) Δ Н°<0, ΔS°<0; в) Δ Н°>0, ∆S°> 0 ?
64. ในกรณีใดต่อไปนี้ที่ปฏิกิริยาเป็นไปไม่ได้ที่อุณหภูมิใดๆ: a) ΔН°> 0, ΔS°> 0; b) ΔН°>0, ΔS°<0; в) Δ Н°<0, ΔS°<0 ?
65. ถ้าΔΗ°<0 и ΔS°<0 ,
ปฏิกิริยาใดสามารถเกิดขึ้นได้เองตามธรรมชาติ?
ก)| ΔН°| > |T∆S°|; ข)| ΔН°| > |TΔS°| ?
66. สิ่งที่มีอิทธิพลต่อระบบสามารถเปลี่ยนสมดุลของระบบได้:
ก) N 2 (g) + 3H 2 (g) ⇄ 2NH 3 (g);
ข) 4Fe (cr) + 3O 2 (g) ⇄ 2Fe 2 O 3 (cr);
ค) SO 2 (g) + O 2 (g) ⇄ 2SO 3 (g)
67. สมดุลจะเปลี่ยนไปในทิศทางใดเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้นในระบบ:
1) COCl 2 ⇄ CO +Cl 2 ; ΔН°=113 กิโลจูล;
2) 2CO ⇄ CO 2 + C; ΔН°=-171 กิโลจูล;
3) 2SO 3 ⇄ 2SO 2 + O 2; ΔН°=192 กิโลจูล
68. สมดุลจะเปลี่ยนไปในทิศทางใดเมื่อความดันในระบบเพิ่มขึ้น:
1) H 2 (g) + S (cr) ⇄ H 2 S (g);
2) 2CO (ก.) ⇄ CO 2 (ก.) + C (ก.);
3) 4HCl (g) + O 2 (g) ⇄ 2H 2 O (g) + 2Cl 2 (g)
69. ความสมดุลของปฏิกิริยาต่อไปนี้จะได้รับผลกระทบอย่างไร:
CaCO 3 (cr) ⇄ CaO (cr) + CO 2 (g); ΔН°=178 กิโลจูล;
2CO (ก.) + O 2 (ก.) ⇄ 2CO 2; ΔН°=-566 กิโลจูล;
N 2 (ก.) + O 2 (ก.) ⇄ 2NO (ก.); ΔН°=180 กิโลจูล
ก) อุณหภูมิเพิ่มขึ้น
b) แรงกดดันเพิ่มขึ้น?
70. ใช้ข้อมูลอ้างอิงค้นหาค่าโดยประมาณของอุณหภูมิซึ่งค่าคงที่สมดุลของปฏิกิริยาสำหรับการก่อตัวของก๊าซน้ำ
C (ก.) + H 2 O (ก.) ⇄ CO (ก.) + H 2 (ก.)
เท่ากับ 1 ละเลยการพึ่งพาΔH o และ S o กับอุณหภูมิ
71. ค่าคงที่สมดุล K p ของปฏิกิริยา CO + Cl 2 ⇄ COCl 2 ที่ 600 o C เท่ากับ 1.67 * 10 -6 คำนวณ Kc สำหรับปฏิกิริยาที่อุณหภูมิที่กำหนด
72. ความยืดหยุ่นของการแยกตัวของแมกนีเซียมคาร์บอเนตที่ 1,000 K คือ 42189 Pa และที่ 1,020 K คือ 80313 Pa กำหนดผลกระทบทางความร้อนของปฏิกิริยา MgCO 3 ⇄ MgO + CO 2 และอุณหภูมิที่ความยืดหยุ่นของการแยกตัวของแมกนีเซียมคาร์บอเนตจะเท่ากับ 1 Pa
ภารกิจที่ 135
คำนวณค่าคงที่สมดุลของระบบที่เป็นเนื้อเดียวกัน
ถ้าความเข้มข้นของสารตั้งต้นสมดุล (โมล/ลิตร):
[SD] P = 0.004; [H 2 O] P = 0.064; [คาร์บอนไดออกไซด์ ] P = 0.016; [ส 2 ] พี = 0.016,
ความเข้มข้นเริ่มต้นของน้ำและ CO คืออะไร? คำตอบ: K = 1; อ้างอิง = 0.08 โมล/ลิตร; [CO]อ้างอิง=0.02 โมล/ลิตร
สารละลาย:
สมการปฏิกิริยาคือ:
CO (ก.) + H 2 O (ก.) CO 2 (ก.) + H2 (ก.)
ค่าคงที่สมการของปฏิกิริยานี้มีนิพจน์ดังนี้
ในการค้นหาความเข้มข้นเริ่มต้นของสาร H 2 O และ CO เราคำนึงว่าตามสมการปฏิกิริยา 1 โมล CO 2 และ 1 โมล H 2 ถูกสร้างขึ้นจาก 1 โมล CO และ 1 โมล H 2 O เนื่องจากตามเงื่อนไขของปัญหา 0.016 mol CO 2 และ 0.016 mol H 2 ถูกสร้างขึ้นในแต่ละลิตรของระบบจึงใช้ 0.016 mol CO และ H 2 O ดังนั้นความเข้มข้นเริ่มต้นที่ต้องการจึงเท่ากับ:
ออก = [H 2 O] P + 0.016 = 0.004 + 0.016 = 0.02 โมล/ลิตร;
[CO] ออก = [CO] P + 0.016 = 0.064 + 0.016 = 0.08 โมล/ลิตร
คำตอบ: Kp = 1; อ้างอิง = 0.08 โมล/ลิตร; [CO] อ้างอิง=0.02 โมล/ลิตร
ภารกิจที่ 136
ค่าคงที่สมดุลของระบบเอกพันธ์
ที่อุณหภูมิหนึ่งเท่ากับ 1 คำนวณความเข้มข้นสมดุลของสารที่ทำปฏิกิริยาทั้งหมด หากความเข้มข้นเริ่มต้นเท่ากัน (โมล/ลิตร): [CO] ออก = 0.10; [H 2 O] ออก = 0.40
คำตอบ: [CO 2 ] P = [H 2 ] P = 0.08; [CO] P = 0.02; [H 2 O] P = 0.32
สารละลาย:
สมการปฏิกิริยาคือ:
CO (ก.) + H 2 O (ก.) CO 2 (ก.) + H 2 (ก.)
ที่สภาวะสมดุล อัตราของปฏิกิริยาไปข้างหน้าและย้อนกลับจะเท่ากัน และอัตราส่วนของค่าคงที่ของอัตราเหล่านี้จะคงที่ และเรียกว่าค่าคงที่สมดุลของระบบที่กำหนด:
เราแสดงด้วย x โมล/ลิตร ความเข้มข้นสมดุลของผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยาตัวใดตัวหนึ่ง จากนั้นความเข้มข้นสมดุลของอีกตัวหนึ่งจะเป็น x โมล/ลิตร เนื่องจากทั้งคู่ก่อตัวขึ้นในปริมาณเท่ากัน ความเข้มข้นของสารตั้งต้นจะเท่ากับ:
[CO] อ้างอิง = 0.10 – x โมล/ลิตร; [H 2 O] อ้างอิง = 0.40 - x โมล/ลิตร (เนื่องจากการก่อตัวของ x โมล/ลิตรของผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยา จะใช้ x โมล/ลิตรของ CO และ H 2 O ตามลำดับ ณ ช่วงเวลาสมดุล ความเข้มข้นของสารทั้งหมดจะเป็น (โมล/ลิตร): [ CO 2 ] P = [H 2 ] P = x ; [CO] P = 0.10 - x; [H 2 O] P = 0.4 - x
เราแทนที่ค่าเหล่านี้เป็นการแสดงออกของค่าคงที่สมดุล:
การแก้สมการเราจะพบว่า x = 0.08 ดังนั้นความเข้มข้นของสมดุล (โมล/ลิตร):
[CO 2 ] P = [H 2 ] P = x = 0.08 โมล/ลิตร;
[H 2 O] P = 0.4 – x = 0.4 – 0.08 = 0.32 โมล/ลิตร;
[CO] P = 0.10 – x = 0.10 – 0.08 = 0.02 โมล/ลิตร
ภารกิจที่ 137
ค่าคงที่สมดุลของระบบเอกพันธ์ N 2 + ZN 2 = 2NH 3 ที่อุณหภูมิที่กำหนดคือ 0.1 ความเข้มข้นสมดุลของไฮโดรเจนและแอมโมเนียคือ 0.2 และ 0.08 โมล/ลิตร ตามลำดับ คำนวณสมดุลและความเข้มข้นของไนโตรเจนเริ่มต้น คำตอบ: P = 8 โมล/ลิตร; อ้างอิง = 8.04 โมล/ลิตร
สารละลาย:
สมการปฏิกิริยาคือ:
ยังไม่มีข้อความ 2 + ZN 2 = 2NH 3
ให้เราแสดงความเข้มข้นสมดุลของ N2 ด้วย x โมล/ลิตร การแสดงออกของค่าคงที่สมดุลของปฏิกิริยานี้มีรูปแบบ:
ให้เราแทนที่ข้อมูลของปัญหาเป็นการแสดงออกของค่าคงที่สมดุลและค้นหาความเข้มข้น N 2
ในการค้นหาความเข้มข้นเริ่มต้นของ N2 เราคำนึงว่าตามสมการปฏิกิริยา การก่อตัวของ NH3 1 โมลต้องใช้ N2 ครึ่งโมล เนื่องจากตามเงื่อนไขของปัญหา NH 3 0.08 โมลจึงถูกสร้างขึ้นในแต่ละลิตรของระบบจากนั้น 0.08 . 1/2 = 0.04 โมล ยังไม่มีข้อความ 2. ดังนั้นความเข้มข้นเริ่มต้นที่ต้องการของ N 2 จึงเท่ากับ:
อ้างอิง = P + 0.04 = 8 + 0.04 = 8.04 โมล/ลิตร
คำตอบ: P = 8 โมล/ลิตร; อ้างอิง = 8.04 โมล/ลิตร
ภารกิจที่ 138
ที่อุณหภูมิหนึ่งจะเกิดความสมดุลของระบบที่เป็นเนื้อเดียวกัน
2NO + O 2 ↔ 2NO 2 ถูกสร้างขึ้นที่ความเข้มข้นของสารตั้งต้นต่อไปนี้ (โมล/ลิตร): p = 0.2; [O 2 ] พี = 0.1; พี = 0.1 คำนวณค่าคงที่สมดุลและความเข้มข้นเริ่มต้นของ NO และ O 2 คำตอบ: K = 2.5; อ้างอิง = 0.3 โมล/ลิตร; [O 2 ] คือ x = 0.15 โมล/ลิตร
สารละลาย:
สมการปฏิกิริยา:
2NO + O 2 ↔ 2NO 2
ในการค้นหาความเข้มข้นเริ่มต้นของ NO และ O 2 เราคำนึงว่าตามสมการปฏิกิริยา 2 โมล NO 2 ถูกสร้างขึ้นจาก 2 โมล NO และ 1 โมล O2 จากนั้น 0.1 โมล NO และ 0.05 โมล O 2 ถูกใช้ไป ดังนั้นความเข้มข้นเริ่มต้นของ NO และ O 2 จึงเท่ากัน:
Ref = NO] p + 0.1 = 0.2 + 0.1 = 0.3 โมล/ลิตร;
[O 2 ] ออก = [O 2 ] p + 0.05 = 0.1 + 0.05 = 0.15 โมล/ลิตร
คำตอบ: Kp = 2.5; อ้างอิง = 0.3 โมล/ลิตร; [O 2 ] อ้างอิง = 0.15 โมล/ลิตร
งาน 139.
เหตุใดความสมดุลของระบบจึงเปลี่ยนไปเมื่อความดันเปลี่ยนแปลง
N 2 + 3H 2 ↔ 2NH 3 และความสมดุลของระบบ N 2 + O 2 2NO เปลี่ยนไปหรือไม่ กระตุ้นคำตอบของคุณโดยคำนวณอัตราปฏิกิริยาไปข้างหน้าและย้อนกลับในระบบเหล่านี้ก่อนและหลังการเปลี่ยนความดัน เขียนนิพจน์สำหรับค่าคงที่สมดุลของแต่ละระบบเหล่านี้
สารละลาย:
ก) สมการปฏิกิริยา:
ยังไม่มีข้อความ 2 + 3H 2 ↔ 2NH 3
จากสมการปฏิกิริยาเป็นไปตามที่ปฏิกิริยาเกิดขึ้นโดยมีปริมาตรในระบบลดลง (จากสารก๊าซ 4 โมลจะเกิดสารก๊าซ 2 โมล) ดังนั้นเมื่อความดันในระบบเปลี่ยนแปลง จะสังเกตการเปลี่ยนแปลงของสมดุล หากคุณเพิ่มแรงกดดันในระบบนี้ ตามหลักการของเลอ ชาเตอลิเยร์ สมดุลจะเปลี่ยนไปทางขวาไปสู่ปริมาตรที่ลดลง เมื่อสมดุลในระบบเลื่อนไปทางขวา อัตราของปฏิกิริยาไปข้างหน้าจะมากกว่าอัตราของปฏิกิริยาย้อนกลับ:
pr > arr หรือ pr = k 3 > o br = k 2
ถ้าความดันในระบบลดลง สมดุลของระบบจะเลื่อนไปทางซ้าย ไปสู่ปริมาตรที่เพิ่มขึ้น จากนั้นเมื่อสมดุลเลื่อนไปทางซ้าย อัตราของปฏิกิริยาไปข้างหน้าจะน้อยกว่าอัตราของ ปฏิกิริยาไปข้างหน้า:
ฯลฯ< обр или (пр = k 3 )< (обр = k 2).
b) สมการปฏิกิริยา:
N2 + O2) ↔ 2NO .
จากสมการปฏิกิริยาจะเป็นไปตามว่าเมื่อปฏิกิริยาเกิดขึ้นจะไม่มาพร้อมกับการเปลี่ยนแปลงของปริมาตร ปฏิกิริยาจะเกิดขึ้นโดยไม่มีการเปลี่ยนแปลงจำนวนโมลของสารก๊าซ ดังนั้นการเปลี่ยนแปลงความดันในระบบจะไม่ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในสมดุล ดังนั้น อัตราของปฏิกิริยาไปข้างหน้าและย้อนกลับจะเท่ากัน:
pr = arr = หรือ (pr k [O 2 ]) = (arr = k 2) .
ภารกิจที่ 140
ความเข้มข้นเริ่มต้นของเอาท์และ [C1 2 ] ออกมาในระบบที่เป็นเนื้อเดียวกัน
2NO + Cl 2 ↔ 2NOС1 คือ 0.5 และ 0.2 โมล/ลิตร ตามลำดับ คำนวณค่าคงที่สมดุลถ้า 20% NO ทำปฏิกิริยาตามเวลาที่สมดุลเกิดขึ้น ตอบ: 0.417
สารละลาย:
สมการปฏิกิริยาคือ: 2NO + Cl 2 ↔ 2NOС1
ตามเงื่อนไขของปัญหา 20% NO เข้าสู่ปฏิกิริยา ซึ่งก็คือ 0.5 .
0.2 = 0.1 โมล และ 0.5 – 0.1 = 0.4 โมล NO ไม่ทำปฏิกิริยา จากสมการปฏิกิริยา จะได้ว่าทุกๆ 2 โมลของ NO จะใช้ Cl2 1 โมล และเกิด NOCl 2 โมล ด้วยเหตุนี้ เมื่อ 0.1 โมล NO ทำให้เกิดปฏิกิริยา 0.05 โมล Cl 2 และเกิด NOCl 0.1 โมล 0.15 โมล Cl 2 ยังคงไม่ได้ใช้ (0.2 – 0.05 = 0.15) ดังนั้น ความเข้มข้นสมดุลของสารที่เข้าร่วมจึงเท่ากัน (โมล/ลิตร):
พ = 0.4; พี = 0.15; พี = 0.1
ค่าคงที่สมดุลของปฏิกิริยานี้แสดงโดยสมการ:
เราได้การทดแทนความเข้มข้นของสารในนิพจน์นี้
