Компьютерные сети

Ответы

Ответ

Химическое равновесие

1. Константы равновесий A ↔ B и A ↔ C равны, соответственно K1 и K2. Найдите константу равновесия B ↔ C.

Ответ

K = K2 / K1.

2. При нагревании транс-бутена-2 до некоторой температуры 25% углеводорода превратилось в цис-изомер. Чему равна константа изомеризации? Если до этой же температуры нагреть чистый цис-бутен-2, сколько процентов углеводорода подвергнется изомеризации?

Ответ

K = 1/3. 75%.

3. Выход продукта в обратимой реакции A2 + B2 ↔ 2AB при стехиометрическом соотношении реагентов составил 50%. Рассчитайте константу равновесия. Во сколько раз в исходной смеси должно быть больше вещества A2, чем B2, чтобы выход продукта увеличился в 1.5 раза по сравнению со стехиометрическим?

Ответ

K = 4. В 3 раза.

4. При 2000°С константа равновесия реакции N2 + O2 ↔ 2NO равна 0.540. Рассчитайте степень превращения (в процентах) кислорода в оксид азота при этой температуре: а) из стехиометрической смеси с азотом; б) из воздуха (O2:N2 = 1:4).

Ответ

a) 26.9%; б) 49.1%.

5. Константа равновесия реакции H2(г) + I2(г) ↔ 2HI(г) при некоторой температуре равна 15. Смешали 1 моль водорода, 1 моль иода и 5 молей иодоводорода. В каком направлении – прямом или обратном – пойдет реакция?

Ответ

В обратном

6. Система, в которой протекает эндотермическая реакция C(тв) + 2H2О(г) ↔ CО2(г) + 2H2(г), находится в равновесии. Если газы идеальные, то как повлияют на выход углекислого газа следующие факторы: а) повышение температуры б) повышение общего давления в) добавление инертного газа при постоянном объеме г) добавление инертного газа при постоянном общем давлении д) добавление воды при постоянном общем давлении е) добавление углерода при постоянном общем давлении?

Увеличится – а, г, д; уменьшится - б, не изменится – в, е.

7. Если к смеси азота и водорода в мольном соотношении 1:3 приложить внешнее давление в 10 атм, выход аммиака составит 34% от максимального. Каков будет выход аммиака, если к такой же смеси при той же температуре приложить внешнее давление в 100 атм?

73%

8. Стандартные энтальпии образования 1-, 2- и 3-хлорпропена при 298 К равны соответственно –15.0, –24.7 и –5.6 кДж/моль. Стандартные энтропии этих веществ почти равны. Рассчитайте термодинамически равновесное соотношение количеств этих веществ, получающихся при хлорировании пропена при 298 К.

1 : 2 : 3 = 44.5 : 2230 : 1

9. (ВХО, 2013, обл. этап). Равновесие между ксилолами

Ксилолы (диметилбензолы) – полезные углеводороды, которые получают химической переработкой нефти. При нагревании в присутствии катализаторов – кислот Льюиса – различные ксилолы могут переходить друг в друга. В равновесной смеси, полученной при 500 К, из каждых 30 молекул 5 имеют орто-расположение метильных групп, 6 – пара, остальные – мета.

1) Рассчитайте константы равновесий орто-ксилол ↔ пара-ксилол (K1) и мета-ксилол ↔ пара-ксилол (K2).

2) Какой из ксилолов обладает наибольшей, а какой – наименьшей энергией Гиббса? Объясните.

3) В таблице приведены теплоты образования газообразных ксилолов (считаем, что они практически не зависят от температуры).

Ксилол	орто	мета	пара
ΔHобр, кДж/моль	11.8	10.3	11.3

а) Выразите мольную долю пара-изомеров в смеси в общем виде через K1 и K2.

б) Рассчитайте процентное соотношение изомеров в равновесной смеси при 700 К. (Если не сможете получить точный ответ, приведите качественные соображения.)

1) K1 = 1.20, K2 = 0.32. 3) б) 18% орто-, 61% мета-, 21% пара-ксилола

10.(ВХО, 2013) Получение ароматических углеводородов

Для получения ароматического углеводорода жидкое вещество X, содержащее 84.0 мас.% углерода, нагрели до 500 оС и ввели в проточный реактор, содержащий катализатор. Степень превращения X в ароматический углеводород Y в этом реакторе составляет 15%. Смесь, вышедшую из реактора, охладили до 20 оС, газообразный продукт отделили, а полученную жидкость снова нагрели до 500оС и опять ввели в реактор.

1) Установите формулу X и напишите уравнение реакции его превращения в Y.

2) Сколько раз надо повторить описанную выше процедуру, чтобы степень превращения X составила: а) более 29%; б) более 50%?

Описанный выше процесс проводили при давлении, близком к атмосферному, и в неравновесных условиях. Реальный промышленный процесс происходит при давлении в несколько десятков атмосфер. В реактор объемом 1.0 м3, содержащий катализатор конверсии, ввели 10 кг вещества X. Через некоторое время при температуре 500 оС установилось давление 27 бар (1 бар = 100 кПа).

3) Считая, что в реакторе происходит только превращение X в Y, определите: а) парциальные давления газов (в барах), находящихся в реакторе после установления равновесия; б) степень конверсии X; в) константу равновесия X Y + …, выраженную через давления.

4) Предположите, почему при высоком давлении степень конверсии оказалась выше, чем при атмосферном, хотя, казалось бы, это противоречит принципу Ле Шателье.

5) Смесь, полученную в реакторе (п. 3), нагрели до 600оС и добавили катализатор – смесь оксидов кремния и алюминия. Вещество Y превратилось в свой ближайший гомолог Z, имеющий значительно большее практическое применение, чем Y. Напишите уравнение реакции и рассчитайте степень превращения, если константа равновесия Y + … = Z + … равна 1.7. (Оставшееся вещество X и продукты его разложения не участвуют в этом процессе).

6) В каком соотношении надо смешать Y и водород, чтобы при указанных в п. 5 условиях 95% Y превратилось в Z?

1) X – гептан, C7H16, Y –толуол, C6H5CH3.

2) 5 раз.3)

а) p(H2) = 20.6 бар, p(C7H8) = 5.1 бар, p(C7H16) = 1.3 бар.

б) 80%.

в) Kp 105.×= 7.1

4) При атмосферном давлении нет равновесия.

5) Z – C6H6. Степень превращения 86%.

n6) ν(C7H8(Hn) : 2) = 1 : 11.6.

11. В системе, содержащей газообразные CO, H2 и CH3OH, установилось равновесие при общем давлении 100 бар. Равновесные количества веществ: 1.2 моль CO, 0.4 моль H2, 0.4 моль CH3OH.

1) Рассчитайте константу равновесия Kp. При какой температуре установилось равновесие?

2) В сосуд добавили 0.5 моль CO, общее давление и температуру оставили на прежнем уровне. В какую сторону пойдет реакция?

3) Рассчитайте количества веществ в новой равновесной смеси.

4) При какой температуре кипит метанол? Чему равно давление его паров при 20оС (в мм рт.ст.)?

Термодинамические функции веществ (считаем, что они не зависят от температуры)

	ΔHoобр,кДж/моль	So ,Дж/(моль⋅К)
CO	–110.5	197.5
H2		130.5
CH3OH(ж)	–238.4	127.2
CH3OH(г)	–205.0	226.2

1) Kp 10–4. 545 К. ×= 8.33

2) Справа налево.

3) 0.391 моль CH3OH, 1.709 моль CO, 0.417 моль H2

4) Tкип = 337.4 К. 123 мм рт. ст.