Ответ:

Хімічна кінетика і рівновага

Кінетика – вчення про швидкість різних процесів, у тому числі хімічних реакцій. Критерієм принципової можливості реакції є нерівність ΔGр,Т < 0. Але ця нерівність не є ще повною гарантією фактичного перебігу процесу за даних умов, не є достатньою для оцінки кінетичних можливостей реакції. Наприклад, ΔGо298 , Н2О(г) = -228,59 кДж/моль, а ΔGо298 , АlІ3(к) = -313,8 кДж/моль і, відповідно, за Т = 298 К і р = 1,013 105 Па можливі реакції, які перебігають за рівняннями:

Н2(г) + 1,5О2 (г) = Н2О(г)

Аl(к) + 1,5І2 (к) = АlІ3 (к)

Але ці реакції за стандартних умов перебігають лише за наявності каталізатора (платини для першої і води для другої). Каталізатор неначе знімає кінетичне “гальмо”, і тоді проявляється термодинамічна природа речовини. Швидкість хімічної реакції залежить від багатьох факторів, основні із яких – природа реагуючих речовин, концентрація (тиск) реагентів, температура і дія каталізаторів. Ці ж фактори визначають і досягнення рівноваги у реагуючий системі.

При розв’язанні задач необхідно пам’ятати, що константа рівноваги КТ за температури Т хімічної реакції пов’язана зі стандартною зміною енергії Гіббса цієї реакції рівнянням:

ΔGоТ = -2,3RT lgKT (6.1)

За 298 К (25о С) це рівняння має вигляд:

ΔGо298 = -5,71 lgK298, (6.2)

де ΔGо298 виражено у кДж/моль

Приклади розв’язування типових задач

Приклад 1 Як зміниться швидкість реакції 2NO(г) + О2(г) 2NO2(г), якщо зменшити об’єм посудини, у якій перебігає реакція, в 3 рази?

Розв’язування: Початкова швидкість прямої реакції виражається рівнянням v = k [NO]2 [O2]. При зменшенні об’єму концентрація кожної з реагуючих речовин збільшується у 3 рази. Отже v1 = k1(3[NO]2) (3[O2]) =

= 27k1[NO]2 [O2]. Порівнюючи вирази для v і v1 видно, що швидкість реакції збільшиться у 27 разів.

Приклад 2 Обчислити, у скільки разів збільшиться швидкість реакції, яка відбувається у газовій фазі, при підвищенні температури від 30 до 70 оС, якщо температурний коефіцієнт реакції дорівнює 2.

Розв’язування: За правилом Вант-Гоффа:

, звідки .

Отже, швидкість реакції за 70 оС більша від швидкості реакції за 30 оС у 16 разів.

Приклад 3 Використавши довідкові дані (див. Додаток Д), знайти приблизне значення температури, за якої константа рівноваги реакції утворення водяного газу С(графіт) + Н2О(г) СО(г) + Н2(г) дорівнює одиниці. Залежностями ΔНо та ΔSо від температури знехтувати.

Розв’язування: Знаходимо значення ΔНо і ΔSо, використавши дані таблиці (Додаток Д).

= -110,5 – (-241,8) = 131,3 кДж

= 130,5 + 197,5 -

– (188,7 + 5,7) = 133,6 Дж/К = 0,1336 кДж/К

Із рівняння ΔGоТ = -2,3RT lgKT виходить, що при КТ = 1 стандартна енергія Гіббса хімічної реакції дорівнює нулю. Отже, з рівняння

ΔGо= ΔНо- ТΔSо за відповідної температури ΔНо = ТΔSо, маємо: Т=ΔНо/ΔSо = 131,3/0,1336 = 983 К

Приклад 4 У системі СО(г) + Сl2(г)СОСl2(г) рівноважні концентрації речовин [Cl2]р= 0,3 моль/л, [CO]p = 0,2 моль/л і [COCl2]р = 1,2 моль/л. Обчислити константу рівноваги і початкові концентрації Сl2 і СО.

Розв’язування: Константа рівноваги

Оскільки за рівнянням реакції з 1 моль СО або Cl2 утворюється 1 моль СОСl2, то [CO]o=1,2+0,2=1,4 моль/л; [Cl2]o = 1,2+0,3=1,5 моль/л.