Bir reaksiyonun yönünü ve maddelerin konsantrasyonundaki değişimi gösteren niceliksel bir özelliğe kimyasal reaksiyonun denge sabiti denir. Denge sabiti sıcaklığa ve reaktiflerin doğasına bağlıdır.
Tersinir ve geri döndürülemez reaksiyonlar
Tüm reaksiyonlar iki türe ayrılabilir:
- geri dönüşümlü aynı anda iki zıt yönde akan;
- geri döndürülemez en az bir başlangıç maddesinin tamamen tüketilmesiyle tek yönde akan.
Geri dönüşü olmayan reaksiyonlar genellikle çökelti veya gaz formunda çözünmeyen maddeler üretir. Bu tür reaksiyonlar şunları içerir:
- yanma:
C2H5OH + 3O2 → 2C02 + H20;
- ayrışma:
2KMnO4 → K2MnO4 + MnO2 + H20;
- tortu veya gaz oluşumu ile bağlantı:
BaCl2 + Na2S04 → BaS04 ↓ + 2NaCl.
Pirinç. 1. BaSO 4 çökeltisinin oluşumu.
Tersinir reaksiyonlar yalnızca belirli sabit koşullar altında mümkündür. Orijinal maddeler, hemen kendisini oluşturan parçalara ayrılan ve yeniden bir araya getirilen yeni bir maddeyi meydana getirir. Örneğin, 2NO + O 2 ↔ 2NO 2 reaksiyonunun bir sonucu olarak nitrik oksit (IV), nitrik oksit (II) ve oksijene kolaylıkla ayrışır.
Denge
Belli bir süre sonra hız geri dönüşümlü reaksiyon yavaşlamak. Kimyasal dengeye ulaşılır - ileri ve geri reaksiyonların hızları eşitlendiğinden, başlangıç maddelerinin ve reaksiyon ürünlerinin konsantrasyonunda zaman içinde herhangi bir değişiklik olmadığı bir durum. Denge ancak homojen sistemlerde mümkündür, yani reaksiyona giren tüm maddeler ya sıvı ya da gazdır.
Hidrojenin iyot ile reaksiyonu örneğini kullanarak kimyasal dengeyi ele alalım:
- doğrudan reaksiyon -
H2 + I2 ↔ 2HI;
- ters tepki -
2HI ↔ H2 + I2 .
İki reaktif karıştırıldığında - hidrojen ve iyot - sadece basit maddeler reaksiyona girdiğinden hidrojen iyodür henüz mevcut değildir. Çok sayıda Başlangıç maddeleri birbirleriyle aktif olarak reaksiyona girer, böylece doğrudan reaksiyonun hızı maksimum olacaktır. Bu durumda ters reaksiyon meydana gelmez ve hızı sıfırdır.
İleri reaksiyonun hızı grafiksel olarak ifade edilebilir:
ν pr = k pr ∙ ∙ ,
burada k pr doğrudan reaksiyonun hız sabitidir.
Zamanla reaktifler tükenir ve konsantrasyonları azalır. Buna bağlı olarak ileri reaksiyonun hızı azalır. Aynı zamanda yeni bir maddenin, hidrojen iyodürün konsantrasyonu da artar. Biriktiğinde ayrışmaya başlar ve ters reaksiyonun hızı artar. Şu şekilde ifade edilebilir
ν dizi = k dizi ∙ 2 .
Hidrojen iyodürün karesi, çünkü molekülün katsayısı ikidir.
Belirli bir noktada ileri ve geri reaksiyonların hızları eşitlenir. Devlet geliyor kimyasal Denge.
Pirinç. 2. Reaksiyon hızının zamana karşı grafiği.
Denge ya başlangıç malzemelerine doğru ya da reaksiyon ürünlerine doğru kaydırılabilir. Etki altında yer değiştirme dış faktörler Le Chatelier ilkesi denir. Denge sıcaklık, basınç ve maddelerden birinin konsantrasyonundan etkilenir.
Sabit hesaplama
Denge durumunda, her iki reaksiyon da meydana gelir, ancak aynı zamanda oranlar dengelendiğinden (ν pr = ν arr) maddelerin konsantrasyonları dengededir (denge konsantrasyonları oluşur).
Kimyasal denge, özet formülle ifade edilen bir kimyasal denge sabiti ile karakterize edilir:
K p = k pr / k arr = sabit.
Reaksiyon hızı sabitleri, reaksiyon hızı oranı cinsinden ifade edilebilir. Ters reaksiyonun koşullu denklemini ele alalım:
aA + bB ↔ cC + dD.
O zaman ileri ve geri reaksiyonların oranları eşit olacaktır:
- ν pr = k pr ∙ [A] p a ∙ [B] p b
- ν dizi = k dizi ∙ [C] p c ∙ [D] p d .
Buna göre eğer
ν pr = ν arr,
k pr ∙ [A] p a ∙ [B] p b = k dizi ∙ [C] p c ∙ [D] p d .
Buradan sabitlerin ilişkisini ifade edebiliriz:
k dizi / k pr = [C] p c ∙ [D] p d / [A] p a ∙ [B] p b .
Bu oran denge sabitine eşittir:
K p = [C] p c ∙ [D] p d / [A] p a ∙ [B] p b .
Pirinç. 3. Denge sabitinin formülü.
Değer, ileri reaksiyonun hızının, geri reaksiyonun hızından kaç kat daha büyük olduğunu gösterir.
Ne öğrendik?
Nihai ürünlere bağlı olarak reaksiyonlar tersinir ve tersinmez olarak sınıflandırılır. Tersinir reaksiyonlar her iki yönde de ilerler: Başlangıç maddeleri, başlangıç maddelerine ayrışan nihai ürünleri oluşturur. Reaksiyon sırasında ileri ve geri reaksiyonların hızları dengelenir. Bu duruma kimyasal denge denir. Reaksiyon ürünlerinin denge konsantrasyonlarının ürününün, başlangıç maddelerinin denge konsantrasyonlarının ürününe oranı olarak ifade edilebilir.
Konuyla ilgili deneme
Raporun değerlendirilmesi
Ortalama puanı: 4.8. Alınan toplam puan: 64.
Kimyasal denge kavramı
Denge durumu, bir sistemin değişmeden kalan durumu olarak kabul edilir ve bu duruma herhangi bir dış kuvvetin etkisi neden olmaz. İleri reaksiyon hızının ters reaksiyon hızına eşit olduğu reaksiyona giren maddeler sisteminin durumuna denir. kimyasal Denge. Bu dengeye aynı zamanda denir. mobil m veya dinamik denge.
Kimyasal denge belirtileri
1. Kaydedildiğinde sistemin durumu zaman içinde değişmeden kalır dış koşullar.
2. Denge dinamiktir, yani ileri ve geri reaksiyonların aynı oranlarda ortaya çıkmasından kaynaklanır.
3. Herhangi bir dış etki, sistemin dengesinde bir değişikliğe neden olur; dış etki ortadan kaldırıldığında sistem orijinal durumuna geri döner.
4. Denge durumuna, hem başlangıç maddelerinin hem de reaksiyon ürünlerinin yanından olmak üzere iki taraftan yaklaşılabilir.
5. Denge durumunda Gibbs enerjisi minimum değerine ulaşır.
Le Chatelier'in ilkesi
Dış koşullardaki değişikliklerin denge konumu üzerindeki etkisi belirlenir Le Chatelier'in ilkesi (Hareketli denge ilkesi): Denge halindeki bir sisteme herhangi bir dış etki uygulandığında sistemde bu etkinin etkisini zayıflatan sürecin yönü güçlenecek ve denge konumu aynı yöne kayacaktır.
Le Chatelier'in ilkesi yalnızca kimyasal süreçler için değil aynı zamanda kaynama, kristalleşme, çözünme vb. gibi fiziksel süreçler için de geçerlidir.
NO oksidasyon reaksiyonu örneğini kullanarak çeşitli faktörlerin kimyasal denge üzerindeki etkisini ele alalım:
2 HAYIR (g) + O 2(g) 2 HAYIR 2(g); Ho 298 = - 113,4 kJ/mol.
Sıcaklığın kimyasal denge üzerindeki etkisi
Sıcaklık arttıkça denge endotermik reaksiyona doğru, sıcaklık azaldıkça denge ekzotermik reaksiyona doğru kayar.
Denge kaymasının derecesi mutlak değere göre belirlenir termal etki: reaksiyonun entalpisinin mutlak değeri ne kadar büyükse H, sıcaklığın denge durumu üzerindeki etkisi ne kadar büyük olursa.
Nitrik oksit sentezi için değerlendirilen reaksiyonda (IV ) sıcaklıktaki bir artış dengeyi başlangıç maddelerine doğru kaydıracaktır.
Basıncın kimyasal denge üzerindeki etkisi
Sıkıştırma, dengeyi, gaz halindeki maddelerin hacminde bir azalmanın eşlik ettiği bir süreç yönünde kaydırır ve basınçtaki bir azalma, dengeyi ters yönde kaydırır. Söz konusu örnekte denklemin sol tarafında üç, sağ tarafında ise iki cilt bulunmaktadır. Basınçtaki bir artış hacimdeki bir azalmayla meydana gelen süreci desteklediğinden, basınçtaki bir artışla denge sağa kayacaktır, yani. reaksiyon ürününe doğru – NO 2 . Basınçtaki azalma dengeyi değiştirir ters taraf. Tersinir bir reaksiyon denkleminde, sağ ve sol taraftaki gaz halindeki maddelerin moleküllerinin sayısının eşit olması durumunda, basınçtaki değişikliğin denge konumunu etkilemediğine dikkat edilmelidir.
Konsantrasyonun kimyasal denge üzerindeki etkisi
Söz konusu reaksiyon için, denge sistemine ilave miktarda NO veya O2 eklenmesi bu maddelerin konsantrasyonunun azaldığı yönde dengede bir kaymaya neden olur, dolayısıyla dengede oluşuma doğru bir kayma olur NO 2 . Artan konsantrasyon NO 2 Dengeyi başlangıç maddelerine doğru kaydırır.
Katalizör hem ileri hem de geri reaksiyonları eşit derecede hızlandırır ve bu nedenle kimyasal dengedeki değişimi etkilemez.
Bir denge sistemine dahil edildiğinde (P = const'ta) ) inert gazın, reaktiflerin konsantrasyonları (kısmi basınçlar) azalır. Oksidasyon prosesi dikkate alındığından beri HAYIR ses seviyesinde bir azalma ile gider, sonra eklerken
Kimyasal denge sabiti
Kimyasal bir reaksiyon için:
2 HAYIR (g) + O 2 (g) 2 HAYIR 2(g)
kimyasal reaksiyon sabiti Kc orandır:
(12.1)
Bu denklemde köşeli parantez içinde kimyasal dengede oluşturulan reaksiyona giren maddelerin konsantrasyonları vardır; Maddelerin denge konsantrasyonları.
Kimyasal denge sabiti Gibbs enerjisindeki değişimle aşağıdaki denklemle ilişkilidir:
G T o = – RTlnK . (12.2).
Problem çözme örnekleri
Belirli bir sıcaklıkta sistemdeki denge konsantrasyonları 2CO (g) + O 2(g)2CO 2 (g) şöyleydi: = 0,2 mol/l, = 0,32 mol/l, = 0,16 mol/l. Bu sıcaklıkta denge sabitini ve CO ve O'nun başlangıç konsantrasyonlarını belirleyin 2 , eğer orijinal karışım CO içermiyorsa 2 .
.
2CO (g) + O 2(g) 2CO 2(d).
İkinci satırdaki "ön reaksiyon", reaksiyona giren başlangıç maddelerinin konsantrasyonunu ve sonuçta ortaya çıkan CO2'nin konsantrasyonunu ifade eder. , ve, başlangıç = ile reaksiyon + ile eşit .
Referans verilerini kullanarak sürecin denge sabitini hesaplayın3 saat 2 (G) + K 298 K'de 2 (G) 2 NH3 (G).
G 298 o = 2·( - 16,71) kJ = -33,42 10 3 J.
G To = -RTlnK.
lnK = 33,42 10 3 /(8,314 × 298) = 13,489. K = 7,21×10 5 .
Sistemdeki HI'nın denge konsantrasyonunu belirleyinH 2(g) + I 2(g) 2HI (G) ,
belirli bir sıcaklıkta denge sabiti 4 ise ve H2, I2'nin başlangıç konsantrasyonları ve HI sırasıyla 1, 2 ve 0 mol/l'ye eşittir.
Çözüm. Belirli bir noktada x mol/l H2'nin reaksiyona girdiğini varsayalım.
.
Bu denklemi çözerek x = 0,67 elde ederiz.
Bu, HI'nın denge konsantrasyonunun 2 × 0,67 = 1,34 mol/L olduğu anlamına gelir.
Referans verilerini kullanarak, prosesin denge sabitinin H 2 (g) + HCOH olduğu sıcaklığı belirleyin. (d)CH3OH (d) 1'e eşit olur. H o T » H o 298 ve S o T olduğunu varsayalım. "S veya 298.Eğer K = 1 ise G o T = -RTlnK = 0;
Var » N yaklaşık 298 - T D Yani 298 . Daha sonra ;
N yaklaşık 298 = -202 – (- 115,9) = -86,1 kJ = - 86,1×103J;
S veya 298 = 239,7 – 218,7 – 130,52 = -109,52 J/K;
İLE.
Çözüm. X mol/l SO2'nin zamanın bir noktasında reaksiyona girdiğini varsayalım.
BU YÜZDEN 2(G) + Cl 2(G) S02 Cl 2(G)
Sonra şunu elde ederiz:
.
Bu denklemi çözerek şunları buluruz: x 1 = 3 ve x 2 = 1,25. Ama x1 = 3 problemin koşullarını sağlamıyor.
Bu nedenle = 1,25 + 1 = 2,25 mol/l.
Bağımsız olarak çözülmesi gereken sorunlar
12.1. Aşağıdaki reaksiyonlardan hangisinde basınç arttığında denge sağa kayar? Cevabı gerekçelendirin.
1) 2 NH 3 (g) 3 H 2 (g) + N 2 (d)
2) ZnCO 3 (k) ZnO (k) + CO 2 (d)
3) 2HBr (g) H2(g) + Br 2 (w)
4) C02 (g) + C (grafit) 2CO (g)
12.2.Belirli bir sıcaklıkta sistemdeki denge konsantrasyonları
2HBr (g) H2(g) + Br 2 (d)
şuydu: = 0,3 mol/l, = 0,6 mol/l, = 0,6 mol/l. Denge sabitini ve HBr'nin başlangıç konsantrasyonunu belirleyin.
12.3.H 2(g) reaksiyonu için+S (d) H2S (d) belirli bir sıcaklıkta denge sabiti 2'dir. H 2'nin denge konsantrasyonlarını belirleyin ve S, eğer H'nin başlangıç konsantrasyonları 2, S ve H2 S sırasıyla 2, 3 ve 0 mol/l'ye eşittir.
Yüksek Mesleki Eğitim Devlet Eğitim Kurumu "Ural Devlet Teknik Üniversitesi - UPI"
Kimyasal denge sabitlerinin belirlenmesi
reaksiyonlar ve kimyasal dengenin hesaplanması
fiziksel kimya dersi
tam zamanlı öğrenciler için
Ekaterinburg 2007
UDC 544(076)S79
Tarafından düzenlendi
Bilimsel editör, kimya bilimleri adayı, doçent
Kimyasal reaksiyonların denge sabitlerinin belirlenmesi ve kimyasal dengenin hesaplanması: fizikokimya / comp dersinde 4 numaralı laboratuvar çalışması için metodolojik talimatlar. - Ekaterinburg: Yüksek Mesleki Eğitim Devlet Eğitim Kurumu USTU-UPI, 20 s.
Kılavuzlar, hesaplama ve analitik laboratuvar çalışmaları çerçevesinde kimyasal denge üzerine malzemenin daha derinlemesine incelenmesi için tasarlanmıştır. Hedefe ulaşılmasına katkıda bulunan bireysel görevler için 15 seçenek içerir.
Kaynakça: 5 başlık. Pirinç. Masa
© Yüksek Mesleki Eğitim Devlet Eğitim Kurumu "Ural Devleti
Teknik Üniversite-UPI", 2007
giriiş
Bu çalışma, bir laboratuvar çalıştayı çerçevesinde gerçekleştirilmesine rağmen, hesaplama ve analitik çalışma ile ilgilidir ve teorik materyalde uzmanlaşmayı ve fiziksel kimya dersi "Kimyasal Denge" konusundaki bir dizi problemin çözülmesini içerir.
Buna olan ihtiyaç, bir yandan bu konunun karmaşıklığından, diğer yandan da bu çalışmaya ayrılan eğitim süresinin yetersiz olmasından kaynaklanmaktadır.
“Kimyasal denge” konusunun ana kısmı: kimyasal denge yasasının türetilmesi, izobar denkleminin ve kimyasal reaksiyonun izoterminin dikkate alınması vb. derslerde sunulur ve üzerinde çalışılır. pratik egzersizler(bu nedenle bu materyal bu çalışmada sunulmamıştır). Bu kılavuz, konunun denge sabitlerinin deneysel olarak belirlenmesi ve içinde kimyasal reaksiyon meydana gelen bir sistemin denge bileşiminin belirlenmesi ile ilgili bölümünü ayrıntılı olarak incelemektedir.
Dolayısıyla öğrencilerin bu çalışmayı tamamlamaları aşağıdaki problemleri çözmelerine olanak sağlayacaktır:
1) kimyasal reaksiyonların denge sabitlerini belirleme ve hesaplama yöntemleri hakkında bilgi sahibi olmak;
2) çok çeşitli deneysel verilere dayanarak bir karışımın denge bileşimini hesaplamayı öğrenir.
1. YÖNTEMLERLE İLGİLİ TEORİK BİLGİLER
KİMYASAL REAKSİYONLARIN DENGE SABİTLERİNİN BELİRLENMESİ
Aşağıda kullanılan temel kavramlar üzerinde kısaca duralım. Bir kimyasal reaksiyonun denge sabiti miktardır
https://pandia.ru/text/78/005/images/image002_169.gif" width="51" height="29"> - standart molar Gibbs reaksiyon enerjisi R.
Denklem (1), bir kimyasal reaksiyonun denge sabiti için tanımlayıcı denklemdir. Bir kimyasal reaksiyonun denge sabitinin boyutsuz bir miktar olduğuna dikkat edilmelidir.
Kimyasal denge kanunu şu şekilde yazılmıştır:
, (2)
burada https://pandia.ru/text/78/005/images/image005_99.gif" width="23" height="25">- etkinlik k- reaksiyona katılan; - aktivite boyutu; stokiyometrik katsayı k- reaksiyon katılımcısı R.
Denge sabitlerinin deneysel olarak belirlenmesi oldukça zor bir iştir. Her şeyden önce, belirli bir sıcaklıkta dengeye ulaşıldığından, yani reaksiyon karışımının bileşiminin denge durumuna - minimum Gibbs enerjisine, sıfır reaksiyon afinitesine ve oranların eşitliğine sahip bir duruma - karşılık geldiğinden emin olmanız gerekir. ileri ve geri reaksiyonlar. Dengede reaksiyon karışımının basıncı, sıcaklığı ve bileşimi sabit olacaktır.
İlk bakışta bir denge karışımının bileşiminin yöntemler kullanılarak belirlenebileceği görülmektedir. niceliksel analiz karakteristik kimyasal reaksiyonlarla. Bununla birlikte, kimyasal prosesin bileşenlerinden birine bağlanan yabancı bir reaktifin eklenmesi sistemin denge durumunu değiştirir (yani değiştirir). Bu yöntem yalnızca reaksiyon hızı yeterince yavaşsa kullanılabilir. Bu nedenle denge incelenirken sıklıkla sistemin bileşimini belirlemek için çeşitli fiziksel yöntemler de kullanılır.
1.1 Kimyasal yöntemler
Statik var kimyasal yöntemler ve dinamik kimyasal yöntemler. Hadi düşünelim spesifik örnekler, verildi.
1.1.1 Statik yöntemler.
Statik yöntemler, reaksiyon karışımının sabit sıcaklıkta bir reaktöre yerleştirilmesini ve daha sonra dengeye ulaşıldığında sistemin bileşiminin belirlenmesini içerir. İncelenmekte olan reaksiyon, yabancı bir reaktifin eklenmesinin pratikte denge durumunu bozmaması için yeterince yavaş olmalıdır. Süreci yavaşlatmak için reaksiyon şişesini oldukça hızlı bir şekilde soğutabilirsiniz. Bu tür araştırmaların klasik bir örneği, iyot ve hidrojen arasındaki reaksiyondur.
H2(g) + I2(g) = 2HI (g) (3)
Lemoyne, cam silindirlere ya iyot ve hidrojen ya da hidrojen iyodür karışımı yerleştirdi. 200 oC'de reaksiyon pratikte gerçekleşmez; 265 °C'de denge süresi birkaç aydır; 350 °C'de denge birkaç gün içinde kurulur; 440 °C'de - birkaç saat. Bu bağlamda bu süreci incelemek için 300 – 400 oC sıcaklık aralığı seçilmiştir. Sistem şu şekilde analiz edildi. Reaksiyon balonu suya indirilerek hızla soğutuldu, ardından musluk açıldı ve hidrojen iyodür suda çözüldü. Hidroiyodik asit miktarı titrasyonla belirlendi. Her sıcaklıkta deney, konsantrasyon sistemdeki kimyasal dengenin kurulduğunu gösteren sabit bir değere ulaşana kadar gerçekleştirildi.
1.1.2 Dinamik yöntemler.
Dinamik yöntemler, bir gaz karışımının sürekli olarak dolaşmasını ve daha sonra sonraki analiz için hızla soğutulmasını içerir. Bu yöntemler en çok oldukça hızlı reaksiyonlara uygulanabilir. Kural olarak veya gerektiğinde gerçekleştirerek reaksiyonları hızlandırırlar. yüksek sıcaklıklar veya sisteme bir katalizörün dahil edilmesi. Dinamik yöntem özellikle aşağıdaki gaz reaksiyonlarının analizinde kullanıldı:
2H2 + O2 ⇄ 2H2O. (4)
2CO + O2 ⇄ 2CO2. (5)
2SO2 + O2 ⇄ 2SO
3H2 + N2 ⇄ 2NH
1.2 Fiziksel yöntemler
Bu yöntemler öncelikle reaksiyon karışımının basıncının veya kütle yoğunluğunun ölçülmesine dayanmaktadır, ancak sistemin diğer özellikleri de kullanılabilir.
1.2.1 Basınç ölçümü
Gaz halindeki reaktanların mol sayısında bir değişikliğin eşlik ettiği her reaksiyona, sabit bir hacimde basınçta bir değişiklik eşlik eder. Gazlar ideale yakınsa basınç doğru orantılıdır toplam sayısı gaz halindeki reaktanların molleri.
Örnek olarak, başlangıç maddesinin molekülü başına yazılan aşağıdaki gaz reaksiyonunu düşünün.
Mol sayısı
ilk anda 0 0
dengede
burada https://pandia.ru/text/78/005/images/image016_35.gif" width="245" height="25 src=">, (9)
burada https://pandia.ru/text/78/005/images/image018_30.gif" width = "20" height = "21 src = ">.gif" width = "91" height = "31">.
Bu baskılar arasında ilişkiler vardır:
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)
P ölçeğinde ifade edilen denge sabiti,
. (14)
Sonuç olarak, denge basıncı ölçülerek ayrışma derecesi formül (13) kullanılarak belirlenebilir ve ardından denge sabiti formül (14) kullanılarak hesaplanabilir.
1.2.2 Kütle yoğunluğu ölçümü
Prosesteki gaz halindeki katılımcıların mol sayısındaki bir değişikliğin eşlik ettiği her reaksiyon, sabit basınçta kütle yoğunluğundaki bir değişiklik ile karakterize edilir.
Örneğin reaksiyon (8) için bu doğrudur
, (15)
burada https://pandia.ru/text/78/005/images/image028_20.gif" width="16" height="19"> sistemin denge durumundaki hacmidir. Kural olarak, gerçekte deneylerde ölçülen hacim değil, hacimle ters orantılı olan sistemin yoğunluk kütlesidir..gif" width=37 height=21" height=21"> - sistemin kütle yoğunluğu sırasıyla başlangıç anında ve denge anında. Sistemin kütle yoğunluğunu ölçerek, ayrışma derecesini ve ardından denge sabitini hesaplamak için formül (16)'yı kullanabiliriz.
1.2.3 Doğrudan kısmi basınç ölçümü
Bir kimyasal reaksiyonun denge sabitini belirlemenin en doğrudan yolu, süreçteki her bir katılımcının kısmi basınçlarını ölçmektir. Genel olarak bu yöntemin pratikte uygulanması çok zordur, çoğunlukla yalnızca hidrojen içeren gaz karışımlarının analizinde kullanılır. Bu durumda platin grubu metallerin yüksek sıcaklıklarda hidrojeni geçirgen olma özelliğinden yararlanılır. Önceden ısıtılmış gaz karışımı, basınç göstergesine (3) bağlı boş bir iridyum tankı (2) içeren silindir 1'den sabit bir sıcaklıkta geçirilir (Şekil 1). Hidrojen, iridyum tankının duvarlarından geçebilen tek gazdır.
Böylece reaksiyonun denge sabitini hesaplamak için gaz karışımının toplam basıncını ve hidrojenin kısmi basıncını ölçmek kalır. Bu yöntem Lowenstein ve Wartenberg'in (1906) su, HCl, HBr, HI ve H2S'nin ayrışmasının yanı sıra aşağıdaki gibi reaksiyonları incelemesine olanak sağladı:
https://pandia.ru/text/78/005/images/image033_14.gif" width="89 height=23" height="23">. (17)
1.2.4 Optik yöntemler
Renkli gazlar durumunda özellikle etkili olan adsorpsiyon ölçümlerine dayanan denge test yöntemleri vardır. Kırılma indeksini ölçerek (refraktometrik olarak) ikili bir gaz karışımının bileşimini belirlemek de mümkündür. Örneğin Chadron (1921), karbon oksit ve karbon dioksitten oluşan gaz karışımının bileşimini refraktometrik olarak ölçerek metal oksitlerin karbon monoksit ile indirgenmesini inceledi.
1.2.5 Isıl iletkenlik ölçümü
Bu yöntem, gaz fazındaki ayrışma reaksiyonlarını incelemek için kullanılmıştır;
Sağ duvarı T2, sol duvarı T1 ve T2>T1 sıcaklığına sahip bir kaba N2O4 ve NO2 karışımı yerleştirildiğini varsayalım (Şekil 2). N2O4'ün ayrışması kabın daha yüksek sıcaklığa sahip kısmında daha fazla olacaktır. Sonuç olarak, damarın sağ tarafındaki NO2 konsantrasyonu sola göre daha fazla olacak ve NO2 moleküllerinin sağdan sola, N2O4'ün ise soldan sağa difüzyonu gözlenecektir. Bununla birlikte, reaksiyon kabının sağ tarafına ulaştıklarında, N2O4 molekülleri tekrar ayrışır ve ısı formundaki enerjiyi emer ve kabın sol tarafına ulaşan NO2 molekülleri dimerleşerek enerjiyi ısı formunda serbest bırakır. Yani, ayrışma reaksiyonunun ortaya çıkmasıyla ilişkili sıradan termal iletkenlik ve termal iletkenliğin bir üst üste binmesi meydana gelir. Bu problem niceliksel olarak çözülür ve denge karışımının bileşiminin belirlenmesini mümkün kılar.
1.2.6 Galvanik hücrenin elektromotor kuvvetinin (EMF) ölçülmesi
Galvanik hücrelerin EMF'sini ölçmek basittir ve kesin yöntem Kimyasal reaksiyonların termodinamik fonksiyonlarının hesaplamaları. Yalnızca 1) içindeki son reaksiyonun, denge sabitinin belirlenmesi gereken, incelenen reaksiyonla çakışacağı şekilde bir galvanik hücre inşa etmek gereklidir; 2) termodinamik denge sürecinde galvanik hücrenin EMF'sini ölçün. Bunu yapmak için, karşılık gelen akım üretme sürecinin sonsuz yavaşlıkta gerçekleşmesi, yani elemanın sonsuz küçük bir akım gücünde çalışması gerekir, bu nedenle galvanik hücrenin EMF'sini ölçmek için bir dengeleme yöntemi kullanılır, Bu, incelenen galvanik hücrenin harici bir potansiyel farkına karşı seri olarak bağlanması ve ikincisinin devrede akım olmayacak şekilde seçilmesi gerçeğine dayanmaktadır. Dengeleme yöntemiyle ölçülen EMF'nin büyüklüğü, elemanda meydana gelen termodinamik denge sürecine karşılık gelir ve faydalı iş süreç maksimumdur ve Gibbs enerjisindeki azalmaya eşittir
https://pandia.ru/text/78/005/images/image035_12.gif" width = "181" height = "29 src = "> (20)
p'de, T=sabit, burada F–Faraday sayısı = 96500 C/mol, N– elektrot reaksiyonlarına katılan elektron sayısının en küçük ortak katı, Eo– standart EMF, V.
Denge sabitinin değeri ilişkiden bulunabilir (21)
(21)
2. DENGE SABİTİNİN DEĞERİNİN BELİRLENMESİNE İLİŞKİN LABORATUVAR ÇALIŞMASI ÖRNEĞİ
Metal karbonatların ayrışma reaksiyonunun incelenmesine yönelik laboratuvar çalışmalarına fiziksel kimya atölyelerinde sıklıkla rastlanır. Hadi verelim özet benzer çalışma.
İşin amacı – denge sabitinin belirlenmesi ve karbonat ayrışma reaksiyonunun ana termodinamik miktarlarının hesaplanması.
Kalsiyum karbonat https://pandia.ru/text/78/005/images/image038_12.gif" width="192" height="29"> , (22)
bu, gaz halinde karbon monoksit (IV), katı kalsiyum oksit ve ayrışmamış kalsiyum karbonatın bir kısmının kalıntılarını üretir.
Reaksiyonun denge sabiti (22) şu şekilde yazılacaktır:
, (23)
burada https://pandia.ru/text/78/005/images/image041_11.gif" width="68" height="51"> içinde Genel görünüm veya ; Saf katı veya sıvı fazların aktiviteleri https://pandia.ru/text/78/005/images/image044_10.gif" width="76" height="28 src=">'ye eşittir.
Basınç atmosferlerde ölçülüyorsa = https://pandia.ru/text/78/005/images/image046_9.gif" width="87" height="53">. (24)
Karbon dioksitin kalsiyum karbonat üzerindeki denge basıncına CaCO3'ün ayrışma basıncı denir.
Yani kalsiyum karbonat ayrışma reaksiyonunun denge sabiti şu şekilde olacaktır: sayısal olarak ikincisi atmosferlerde ifade edilirse, karbonat ayrışmasının esnekliğine eşittir. Böylece kalsiyum karbonatın ayrışma esnekliğinin deneysel olarak belirlenmesiyle bu reaksiyonun denge sabitinin değerini belirlemek mümkündür.
deneysel bölüm
Kalsiyum karbonatın ayrışmasının esnekliğini belirlemek için statik bir yöntem kullanılır. Özü, belirli bir sıcaklıkta basıncın doğrudan ölçülmesinde yatmaktadır. karbon dioksit kurulumda.
Teçhizat. Tesisatın ana bileşenleri şunlardır: ısıya dayanıklı malzemeden yapılmış ve bir elektrikli fırına (2) yerleştirilmiş bir reaksiyon kabı (1); cıva manometresi (3), reaksiyon kabına hermetik olarak ve bir manüel vakum pompası (5) ile bir musluk (4) aracılığıyla bağlanmıştır. Fırın içindeki sıcaklık bir regülatör (6) kullanılarak muhafaza edilmekte olup, sıcaklık bir termokupl (7) ve bir voltmetre (8) kullanılarak kontrol edilmektedir. Çalışma (9) kapsamındaki toz halindeki maddenin belirli bir miktarı (metal karbonatlar) reaksiyon kabına yerleştirilir.
İş emri. Sistemin sıkılığını kontrol ettikten sonra fırını açın ve regülatörü kullanarak reaksiyon kabının gerekli başlangıç sıcaklığını ayarlayın. Termokupl ve basınç göstergesinin ilk okumalarını kaydedin. Daha sonra regülatör (6) yardımıyla fırın içindeki sıcaklığı 10-20 derece arttırıp yeni bir sabit sıcaklık değeri oluşana kadar bekleyin ve bu sıcaklığa karşılık gelen basınç değerini kaydedin. Böylece sıcaklığı kademeli olarak artırarak en az 4-5 ölçüm yapın. Deney bitiminden sonra fırın soğutulur ve sistem bir vana (4) vasıtasıyla atmosfere bağlanır. Daha sonra fırını ve voltmetreyi kapatın. Elde edilen deneysel verilerin işlenmesinden sonra ayrışma reaksiyonunun denge sabitini hesaplamak mümkündür.
Şek. 3. Ayrışmanın esnekliğini belirlemek için kurulum
metal karbonatlar.
3. DENGE SABİTLERİNİN BELİRLENMESİ
DENEY YAPMADAN
3.1 Bir kimyasal reaksiyonun denge sabitinin hesaplanması
reaksiyonun standart molar Gibbs fonksiyonunun değeri
Bu yöntem kesinlikle deney gerektirmez. Belirli bir sıcaklıkta bir reaksiyonun standart molar entalpisi ve entropisi biliniyorsa, ilgili denklemler kullanılarak, istenen sıcaklıkta incelenen reaksiyonun standart molar Gibbs fonksiyonu ve bunun aracılığıyla denge sabitinin değeri hesaplanabilir.
Belirli bir sıcaklıkta standart molar entropi ve entalpi değerleri bilinmiyorsa, Temkin ve Shvartsman yöntemini, yani 298 K sıcaklıkta standart molar entalpi ve entropi değerinden ve değerlerden kullanabilirsiniz. Reaksiyonun molar ısı kapasitesinin sıcaklığa bağımlılık katsayılarından herhangi bir sıcaklıkta reaksiyonun standart molar Gibbs enerjisini hesaplayın.
https://pandia.ru/text/78/005/images/image051_7.gif" width = "137" height = "25 src = "> - reaksiyonun niteliğine bağlı olmayan ve yalnızca belirlenen referans katsayıları sıcaklık değerlerine göre.
3.2 Dengeleri birleştirme yöntemi
Bu yöntem pratik kimyasal termodinamikte kullanılır. Örneğin, aynı sıcaklıkta iki reaksiyonun denge sabitleri deneysel olarak bulundu.
1. СH3OH(g) + CO ⇄ HCOOCH3(g) 
. (26)
2. H2 + 0,5 HCOOCH3(g) ⇄ CH3OH(g) 
. (27)
Metanol sentezi reaksiyonu için denge sabiti
3..gif" genişlik = "31" yükseklik = "32"> ve :
. (29)
3.3 Belirli bir sıcaklıkta bir kimyasal reaksiyonun denge sabitinin aşağıdaki formüle göre hesaplanması bilinen değerler Aynı reaksiyonun diğer iki sıcaklıktaki denge sabitleri
Bu hesaplama yöntemi, kimyasal reaksiyon izobar denkleminin (van't Hoff izobar) çözülmesine dayanmaktadır.
, (30)
burada https://pandia.ru/text/78/005/images/image060_3.gif" width="64" height="32">ve şöyle görünür:
. (31)
Bu denklemi kullanarak, iki farklı sıcaklıktaki denge sabitlerini bilerek reaksiyonun standart molar entalpisini hesaplayabilir ve bunu ve bir sıcaklıktaki denge sabitini bilerek, herhangi bir başka sıcaklıktaki denge sabitini hesaplayabilirsiniz.
4. SORUN ÇÖZME ÖRNEKLERİ
Amonyağın denge mol fraksiyonu 1 atm'de ve 600K'de 0,4 ise, amonyak sentezi için denge sabitini y N2 + H2 ⇄ NH3 bulun. Başlangıç karışımı stokiyometriktir; başlangıç karışımında ürün yoktur.
Verilen: Reaksiyon y N2 + H2 ⇄ NH3, 1 atm, 600 K. = 1,5 mol; = 0,5 mol; = 0 mol = 0,4 Bulunan: - ?
Çözüm
Sorunun koşullarından stokiyometrik denklemi biliyoruz ve ayrıca zamanın ilk anında nitrojenin mol sayısının stokiyometrik olana eşit olduğunu, yani 0,5 mol olduğunu biliyoruz (https://pandia.ru/text) /78/005/images/image069_3.gif" width = "247" height = "57 src = ">
Reaksiyonu yazalım, elementlerin sembollerinin altına maddelerin başlangıç ve denge mol miktarlarını belirtiyoruz
y N2 + H2 ⇄ NH3
0,5 - 0,5ξ 1,5 – 1,5 ξ ξ
Denge anında sistemdeki tüm reaksiyon katılımcılarının toplam mol sayısı
https://pandia.ru/text/78/005/images/image073_4.gif" genişlik = "197" yükseklik = "56 src = ">.gif" genişlik = "76" yükseklik = "48 src = ">
https://pandia.ru/text/78/005/images/image077_0.gif" width = "120" yükseklik = "47">
= 3,42
Doğrudan kimyasal denge sorununun çözümü, sistemin denge bileşiminin hesaplanmasıdır. bu reaksiyon(birkaç reaksiyon). Açıkçası çözümün temeli kimyasal denge yasasıdır. Bu yasanın içerdiği tüm değişkenleri yalnızca bunlardan biri aracılığıyla ifade etmek gerekir: örneğin, bir kimyasal reaksiyonun derinliği, ayrışma derecesi veya bir miktar denge mol fraksiyonu aracılığıyla. Sorunun özel koşullarına göre hangi değişkenin kullanımının uygun olduğunu seçmek daha iyidir.
Sorun 2
Hidrojen iyodür sentezinin gaz reaksiyonunun denge sabiti
600 K sıcaklıkta H2 + I2 ⇄ 2HI ve atmosfer cinsinden ifade edilen basınç şuna eşittir: Kr.= 45,7. Başlangıçtaki başlangıç maddelerinin miktarları stokiyometrik miktarlara karşılık geliyorsa ve başlangıçta reaksiyon ürünleri yoksa, bu reaksiyonun denge derinliğini ve 1 atm'lik belirli bir sıcaklık ve basınçta ürünün denge verimini bulun. an.
Verilen Kr.= 45.7. =1 mol; https://pandia.ru/text/78/005/images/image081_1.gif" width = "68" height = "27 src = "> köstebek. Bul: - ? - ?
Çözüm
Reaksiyonun kendisini ve elementlerin sembollerinin altına, her katılımcının ilk andaki ve formül (4)'e göre kurulan denge anında mol sayısını yazalım.
1 - ξ 1 - ξ 2ξ
1 - ξ + 1 - ξ +2ξ = 2
Reaksiyondaki tüm katılımcıların denge mol kesirlerini ve kısmi basınçlarını tek bir değişkenle (kimyasal reaksiyonun derinliği) ifade edelim.
https://pandia.ru/text/78/005/images/image085_1.gif" width = "144" height = "47 src = ">.
Kütle etkisi yasası veya kimyasal denge yasası
https://pandia.ru/text/78/005/images/image082_1.gif" width = "13" height = "23 src = ">= 0.772.
Sorun 3
Durumu problem 2'den farklıdır çünkü hidrojen ve iyotun başlangıç mol miktarları sırasıyla 3 ve 2 mol'e eşittir. Denge karışımının molar bileşimini hesaplayın.
Verilen: Olası reaksiyon: H2+I2= 2HI. 600 K, 1 atm. Kr. = 45,7 .
3 mol; köstebek; köstebek. Bul: - ?.gif" width="32" height="27"> 1 1 0
3 - ξ 2 - ξ 2ξ
Denge anında reaksiyondaki tüm katılımcıların toplam mol sayısı eşittir
3 - ξ + 2 - ξ +2ξ = 5
Tüm reaksiyon katılımcılarının denge mol fraksiyonları ve kısmi basınçları, tek bir değişkenle (kimyasal reaksiyonun derinliği) ifade edilir
Kısmi basınçları kimyasal denge yasasına koymak şunu verir:
https://pandia.ru/text/78/005/images/image090_1.gif" width="13" height="21"> ve denge sabitini hesaplayın, ardından bir grafik oluşturun ve reaksiyonun derinliğini belirleyin Bu, denge sabitinin bulunan değerine karşılık gelir.
= 1,5 =
12
https://pandia.ru/text/78/005/images/image067_4.gif" genişlik = "29" yükseklik = "29 src = "> =29,7
https://pandia.ru/text/78/005/images/image067_4.gif" genişlik = "29" yükseklik = "29 src = "> = 54
https://pandia.ru/text/78/005/images/image083_1.gif" width="35 height=25" height="25">= 0.712
Çalışmayı gerçekleştirmek için aşağıdaki görevleri tamamlamanız gerekir
1. Egzersiz
1. CaCO3⇄CaO+CO2 ayrışma reaksiyonunu incelerken karbondioksitin esnekliğini deneysel olarak belirlemek için bir yöntem tanımlayın.
(seçenek 1 – 15, tablo 3);
2. İncelenen reaksiyon için kimyasal denge yasasını yazın; farklı sıcaklıklarda deneysel verilere (Tablo 3) göre kalsiyum karbonat ayrışma reaksiyonunun denge sabitlerinin değerlerini belirleyin; B bölümündeki görevleri tamamlayın (belirtilen seçeneğe göre) görevleri 1-3, s'yi tamamlayın;
3. Denge sabiti için tanımlayıcı bir ifade yazın ve incelenen reaksiyonun denge sabitini tabloda belirtilen son sıcaklıkta teorik olarak hesaplayın.
Görev 2
1. 1. soruya bir cevap hazırlayın (seçenek 1-15, tablo 4)
2. 2. ve 3. problemleri çözün.
Çalışmayı tamamlamak için gereken referans verileri
Temkin ve Shvartsman yöntemini kullanarak Gibbs enerjisindeki standart molar değişimi hesaplama değeri
tablo 1
Standart molar Gibbs enerjisinin hesaplanması için termodinamik veriler
Tablo 2
Görev 1 için deneysel veriler
Tablo 3
Seçenek | Deneysel veri |
|||
T, ÖC | ||||
P, mmHg | ||||
P, mmHg | ||||
P, mmHg | ||||
P, mmHg | ||||
P, mmHg | ||||
P, mmHg | ||||
P, mmHg | ||||
P, mmHg | ||||
P, mmHg | ||||
P, mmHg | ||||
P, mmHg | ||||
P, mmHg | ||||
P, mmHg | ||||
P, mmHg | ||||
P, mmHg |
Görev 2'yi tamamlamak için görev koşulları
Tablo 4
1 seçenek | 1. Bize kimyasal denge sabitlerinin değerlerini belirlemek için kimyasal yöntemlerden bahsedin. 2. Stokiyometrik denklem 0,5 A + 2B = C'ye göre reaksiyon ürünü C'yi oluşturmak için kimyasal reaksiyona girebilen gaz halindeki A ve B maddelerinin bir karışımı vardır. Zamanın ilk anında reaksiyon ürünü yoktur. sistemde ve başlangıç maddeleri stokiyometrik miktarlarda alınır. Denge kurulduktan sonra denge karışımı 0,4'e eşit C ürününün mol sayısını içerir ve toplam basınç 2 atm'dir. P ölçeğinde denge sabitini bulun. 3 . 1273 K'de ve toplam 30 atm basınçta, varsayılan CO2 (g) + C(s) = 2CO (g) reaksiyonuna sahip denge karışımı %17 (hacimce) CO2 içerir. Toplam 20 atm basınçta gazın içinde yüzde kaç CO2 bulunacaktır? Gaz hangi basınçta %25 CO2 içerecektir? |
seçenek 2 | 1 . Bize anlatın fiziksel yöntem basıncı ölçerek kimyasal denge sabitinin değerinin belirlenmesi. 2. Stokiyometrik denklem 2A + B = C'ye göre reaksiyon ürünü C'yi oluşturmak için kimyasal reaksiyona girebilen gaz halindeki A ve B maddelerinin bir karışımı vardır. Zamanın ilk anında reaksiyon ürünü yoktur. sistem ve başlangıç maddeleri stokiyometrik miktarlarda alınır. Denge kurulduktan sonra denge karışımı 0,5'e eşit C ürününün mol sayısını içerir ve toplam basınç 2 atm'dir. P ölçeğinde denge sabitini bulun. 3 . 2000 °C'de ve toplam 1 atm basınçta, H2O(g) = H2(g) + 0,5 O2(g) reaksiyonuna göre suyun %2'si hidrojen ve oksijene ayrışır. Bu koşullar altında reaksiyonun denge sabitini hesaplayın. |
Seçenek 3 | 1 . Yoğunluk ölçümlerinden denge sabitinin değerini belirlemek için bir yöntem tanımlayın. Bu yöntem hangi yöntemlere aittir? 2. A + 2B = C stokiyometrik denklemine göre bir reaksiyon ürünü C oluşturmak için kimyasal reaksiyona girebilen gaz halindeki A ve B maddelerinin bir karışımı vardır. Zamanın ilk anında reaksiyon ürünü yoktur. sistem ve başlangıç maddeleri stokiyometrik miktarlarda alınır. Denge kurulduktan sonra denge karışımı 0,6'ya eşit C ürününün mol sayısını içerir ve toplam basınç 2 atm'dir. P ölçeğinde denge sabitini bulun. 3 . CO(g) + H2O(g) = H2(g) + CO2(g) reaksiyonunun 500 oC'deki denge sabiti 5,5'tir ([p]=1 atm). 1 mol CO ve 5 mol H2O'dan oluşan bir karışım bu sıcaklığa kadar ısıtıldı. Denge karışımındaki suyun mol kesrini hesaplayın. |
Seçenek 4 | 1 . Denge sabitinin değerini belirlemek için bir yöntemi açıklayın. doğrudan ölçüm kısmi basıncı. 2. Stokiyometrik denklem 0,5 A + B = C'ye göre reaksiyon ürünü C'yi oluşturmak için kimyasal reaksiyona girebilen gaz halindeki A ve B maddelerinin bir karışımı vardır. Zamanın ilk anında reaksiyon ürünü yoktur. sistemde ve başlangıç maddeleri stokiyometrik miktarlarda alınır. Denge kurulduktan sonra denge karışımı, 0,3'e eşit C ürününün mol sayısını içerir ve toplam basınç 1,5 atm'ye eşittir. P ölçeğinde denge sabitini bulun. 3 N2O4(g) = 2NO2(g) reaksiyonunun 25 o C'deki denge sabiti 0,143'e eşittir ([p]=1 atm). Bu sıcaklıkta 1 g N2O4 içeren 1 litrelik kapta oluşacak basıncı hesaplayınız. |
Seçenek 5 | 1 . Bir reaksiyonun denge sabitinin değerini deneye başvurmadan nasıl belirleyebilirsiniz? 2. Stokiyometrik denklem 0,5 A + 3B = C'ye göre reaksiyon ürünü C oluşturmak için kimyasal reaksiyona girebilen gaz halindeki A ve B maddelerinin bir karışımı vardır. Zamanın ilk anında reaksiyon ürünü yoktur. sistem ve başlangıç maddeleri stokiyometrik miktarlarda alınır. Denge kurulduktan sonra denge karışımı 0,3'e eşit C ürününün mol sayısını içerir ve toplam basınç 2 atm'dir. P ölçeğinde denge sabitini bulun. 3 . 1,79·10-2 mol I2 içeren 3 litrelik bir kap 973 K'ye ısıtıldı. Denge durumunda kaptaki basıncın 0,49 atm olduğu ortaya çıktı. Gazların ideal olduğunu varsayarak reaksiyon için 973 K'deki denge sabitini hesaplayın. I2(g) = 2I(g). |
Seçenek 6 | 1. Daha önce incelenmemiş bir sıcaklıkta kimyasal denge sabitinin değerini belirlemek için reaksiyon izobar denklemini kullanmak. 2. Stokiyometrik denklem 3A + B = C'ye göre reaksiyon ürünü C'yi oluşturmak için kimyasal reaksiyona girebilen gaz halindeki A ve B maddelerinin bir karışımı vardır. Zamanın ilk anında reaksiyon ürünü yoktur. sistemde ve başlangıç maddeleri stokiyometrik miktarlarda alınır. Denge kurulduktan sonra denge karışımı 0,4'e eşit C ürününün mol sayısını içerir ve toplam basınç 2 atm'dir. P ölçeğinde denge sabitini bulun. 3 . 250 °C'de PCl5(g) = PCl3(g) + Cl2(g) reaksiyonu için Gibbs enerjisindeki standart molar değişim = - 2508 J/mol. Hangi toplam basınçta PCl5'in PCl3 ve Cl2'ye dönüşüm derecesi 250 °C'de %30 olacaktır? |
Seçenek 7 | 1. Endotermik gaz fazı reaksiyonunun meydana geldiği A+3B=2C reaksiyonu 400 K ve 5 atm'de dengededir. Gazlar ideal ise sabit hacimde inert gazın eklenmesi ürünün verimini nasıl etkileyecektir? 2. Stokiyometrik denklem 2A + B = 2C'ye göre reaksiyon ürünü C'yi oluşturmak üzere kimyasal olarak reaksiyona girebilen gaz halindeki A ve B maddelerinin bir karışımı vardır. Başlangıçta sistemde reaksiyon ürünü yoktur ve başlangıç maddeleri stokiyometrik miktarlarda alınır. Denge kurulduktan sonra denge karışımı 0,3'e eşit C ürününün mol sayısını içerir ve toplam basınç 2 atm'dir. P ölçeğinde denge sabitini bulun. 3 . 2HI(g) = H2 +I2(g) reaksiyonu için denge sabiti Kp= 0,0183 ([p]=1 atm), 698,6 K'de. Üç litrelik bir kapta 10 g I2 ve 0,2 g H2 bu sıcaklığa ısıtıldığında kaç gram HI oluşur? H2, I2 ve HI'nın kısmi basınçları nelerdir? |
Seçenek 8 | 1. Endotermik gaz fazı reaksiyonunun meydana geldiği A+3B=2C reaksiyonu 400 K ve 5 atm'de dengededir. Gazlar ideal ise sıcaklıktaki artış ürünün verimini nasıl etkileyecektir? 2. Stokiyometrik denklem 0,5A + 2B = 2C'ye göre reaksiyon ürünü C'yi oluşturmak üzere kimyasal olarak reaksiyona girebilen gaz halindeki A ve B maddelerinin bir karışımı vardır. Başlangıçta sistemde reaksiyon ürünü yoktur ve başlangıç maddeleri stokiyometrik miktarlarda alınır. Denge kurulduktan sonra denge karışımı 0,3'e eşit C ürününün mol sayısını içerir ve toplam basınç 2 atm'dir. P ölçeğinde denge sabitini bulun. 3 . 0,341 mol PCl5 ve 0,233 mol N2 içeren 1 litrelik bir kap 250 °C'ye ısıtıldı. Denge durumunda kaptaki toplam basıncın 29,33 atm olduğu ortaya çıktı. Tüm gazların ideal olduğunu varsayarak, kapta meydana gelen PCl5(g) = PCl3(g) + Cl2(g) reaksiyonu için 250 °C'deki denge sabitini hesaplayın. |
Seçenek 9 | 1 . Endotermik gaz fazı reaksiyonunun meydana geldiği sistem olan A+3B=2C reaksiyonu 400 K ve 5 atm'de dengededir. Gazlar ideal ise basıncın arttırılması ürünün verimini nasıl etkileyecektir? 2. Stokiyometrik denklem 0,5A + B = 2C'ye göre, reaksiyon ürünü C'yi oluşturmak üzere kimyasal olarak reaksiyona girebilen, gaz halindeki A ve B maddelerinin bir karışımı vardır. Başlangıçta sistemde reaksiyon ürünü yoktur ve başlangıç maddeleri stokiyometrik miktarlarda alınır. Denge kurulduktan sonra denge karışımı 0,5'e eşit C ürününün mol sayısını içerir ve toplam basınç 2 atm'dir. P ölçeğinde denge sabitini bulun. 3 . CO(g) + 2H2 = CH3OH(g) reaksiyonunun 500 K'deki denge sabiti şuna eşittir: Kr.= 0,00609 ([p]=1 atm). CO ve H2 1:2 oranında alındığında %90 verimle metanol üretmek için gereken toplam basıncı hesaplayın. |
Seçenek 10 | 1. Kısmi basıncı ölçerek denge sabitlerini belirlemek için bir yöntem tanımlayın. 2. Stokiyometrik denklem 0,5A + 1,5B = 2C'ye göre reaksiyon ürünü C'yi oluşturmak üzere kimyasal olarak reaksiyona girebilen gaz halindeki A ve B maddelerinin bir karışımı vardır. Başlangıçta sistemde reaksiyon ürünü yoktur ve başlangıç maddeleri stokiyometrik miktarlarda alınır. Denge kurulduktan sonra denge karışımı 0,4'e eşit C ürününün mol sayısını içerir ve toplam basınç 2 atm'dir. P ölçeğinde denge sabitini bulun. 3 . 2NOCl (g) = 2NO(g) + Cl2 (g) reaksiyonundaki denge, NOCl'nin kısmi basıncı 0,64 bar olduğunda (başlangıçta yalnızca NOCl mevcuttu), 227 °C'de ve toplam 1,0 bar basınçta kurulur. Bu reaksiyonu belirli bir sıcaklıkta hesaplayın. |
Seçenek 11 | 1 . Denge sabitlerinin belirlenmesine yönelik kimyasal yöntemleri açıklar. 2. Stokiyometrik denklem 2A + 0,5B = 2C'ye göre reaksiyon ürünü C'yi oluşturmak üzere kimyasal olarak reaksiyona girebilen gaz halindeki A ve B maddelerinin bir karışımı vardır. Başlangıçta sistemde reaksiyon ürünü yoktur ve başlangıç maddeleri stokiyometrik miktarlarda alınır. Denge kurulduktan sonra denge karışımı 0,2'ye eşit C ürününün mol sayısını içerir ve toplam basınç 2 atm'dir. P ölçeğinde denge sabitini bulun. 3 . 400°C'de hacimce %10 NH3 içeren bir denge karışımı elde etmek için 3 kısım H2 ve 1 kısım N2'den oluşan bir karışıma uygulanması gereken toplam basıncı hesaplayın. 400 oC'de N2(g) + 3 H2(g)= 2NH3(g) reaksiyonu için denge sabiti ve basıncı atm cinsinden ifade etmek 1,6·10-4'e eşittir. |
Seçenek 12 | 1 . Endotermik gaz fazı reaksiyonunun meydana geldiği sistem olan A+3B=2C reaksiyonu 400 K ve 5 atm'de dengededir. Gazlar ideal ise basınçtaki azalma ürünün verimini nasıl etkileyecektir? 2. Stokiyometrik denklem 2A + B = 0,5C'ye göre reaksiyon ürünü C'yi oluşturmak üzere kimyasal olarak reaksiyona girebilen gaz halindeki A ve B maddelerinin bir karışımı vardır. Başlangıçta sistemde reaksiyon ürünü yoktur ve başlangıç maddeleri stokiyometrik miktarlarda alınır. Denge kurulduktan sonra denge karışımı 0,4'e eşit C ürününün mol sayısını içerir ve toplam basınç 2 atm'dir. P ölçeğinde denge sabitini bulun. 3 . 250 °C'de ve toplam 1 atm basınçta PCl5, PCl5(g) = PCl3(g) + Cl2(g) reaksiyonuna göre %80 oranında ayrışır. Azotun kısmi basıncı 0,9 atm'ye eşit olacak şekilde sisteme nitrojen eklenirse PCl5'in ayrışma derecesi ne olacaktır? Toplam basınç 1 atm'de tutulur. |
Seçenek 13 | 1 . Ekzotermik bir reaksiyonun meydana geldiği bir sistem CO(g) + 2H2 = CH3OH(g) 500 K ve 10 bar'da dengededir. Gazlar ideal ise basınçtaki azalma metanol verimini nasıl etkileyecektir? 2. Stokiyometrik denklem 1.5A + 3B = 2C'ye göre reaksiyon ürünü C'yi oluşturmak üzere kimyasal olarak reaksiyona girebilen gaz halindeki A ve B maddelerinin bir karışımı vardır. Başlangıçta sistemde reaksiyon ürünü yoktur ve başlangıç maddeleri stokiyometrik miktarlarda alınır. Denge kurulduktan sonra denge karışımı 0,5'e eşit C ürününün mol sayısını içerir ve toplam basınç 2 atm'dir. P ölçeğinde denge sabitini bulun. 3 . CO(g) + 2H2 = CH3OH(g) reaksiyonunun 500 K'deki denge sabiti 6,09 × 105'tir ([p] = 1 atm). 1 mol CO2'den oluşan bir reaksiyon karışımı, 2 mol H2 ve 1 mol soy gaz (azot) 500 K'ye ve toplam 100 atm basınca ısıtılıyor. Reaksiyon karışımının bileşimini hesaplayın. |
Seçenek 14 | 1 . Elektrokimyasal verilerden denge sabitlerini belirlemek için bir yöntem tanımlayın. 2. Stokiyometrik denklem 2A + 0.5B = C'ye göre reaksiyon ürünü C'yi oluşturmak için kimyasal reaksiyona girebilen gaz halindeki A ve B maddelerinin bir karışımı vardır. Zamanın ilk anında reaksiyon ürünü yoktur. Sistemde ve başlangıç maddeleri stokiyometrik miktarlarda alınır. Denge kurulduktan sonra denge karışımı 0,4'e eşit C ürününün mol sayısını içerir ve toplam basınç 2 atm'dir. P ölçeğinde denge sabitini bulun. 3. 298 K'de N2(g) + 3 H2(g) = 2NH3(g) reaksiyonu için, atmosferdeki basıncı ifade ederken denge sabiti 6,0 × 10 5'tir ve amonyak oluşumunun standart molar entalpisi = - 46,1 kJ'dir. / mol . 500 K'deki denge sabitinin değerini bulun. |
Seçenek 15 | 1 . Ekzotermik reaksiyon CO(g) + 2H2 = CH3OH(g) olan sistem 500 K ve 10 bar'da dengededir. Gazlar ideal ise sıcaklıktaki azalma metanol verimini nasıl etkileyecektir? 2. Stokiyometrik denklem 2A + B = 1,5C'ye göre reaksiyon ürünü C'yi oluşturmak üzere kimyasal olarak reaksiyona girebilen gaz halindeki A ve B maddelerinin bir karışımı vardır. Başlangıçta sistemde reaksiyon ürünü yoktur ve başlangıç maddeleri stokiyometrik miktarlarda alınır. Denge kurulduktan sonra denge karışımı 0,5'e eşit C ürününün mol sayısını içerir ve toplam basınç 2 atm'dir. P ölçeğinde denge sabitini bulun. 3. N2(g) + 3 H2(g) = 2NH3(g) reaksiyonunun 400 °C'deki denge sabiti ve atm cinsinden basınçla ifade edilen 1,6·10-4'tür. Azotun %10'unu amonyağa dönüştürmek için eşit molar nitrojen ve hidrojen karışımına hangi toplam basınç uygulanmalıdır? Gazlar ideal kabul edilir. |
Hakkındaki raporda laboratuvar işişu bölümlerin yer alması uygun görünmektedir: giriş, bölüm 1, bölüm 2, sonuçlar.
1. Giriş bölümünde özetlenebilir teorik bilgişu sorulardan biri üzerine: ya kitlesel eylem yasası, onun keşfinin tarihi ve yazarları hakkında; veya “Kimyasal Denge” bölümünün temel kavramları ve tanımlayıcı ilişkileri hakkında; veya modern formülasyonunda kimyasal denge yasasını türetin; veya denge sabitinin değerini etkileyen faktörler vb. hakkında konuşun.
“Giriş” bölümü çalışmanın hedeflerinin açıklanmasıyla bitmelidir.
1. bölümde gerekli
2.1. Metal karbonatların ayrışma esnekliğini belirlemek için kurulumun bir diyagramını sağlayın ve deneyin gidişatını açıklayın.
2.2 . Verilen deneysel verilere dayanarak denge sabitini hesaplamanın sonuçlarını sağlayın
2.3. Termodinamik verileri kullanarak denge sabitini hesaplayın
2. bölümde gerekli
3.1 . Görev 2'nin 1. sorusuna tam ve gerekçeli bir cevap verin.
3.2 . Görev 2'nin 2. ve 3. problemlerinin çözümünü verin. Problemlerin koşulları sembolik gösterimle yazılmalıdır.
Sonuç olarak Çalışmada belirlenen hedeflerin yerine getirilmesinin yansıtılması ve ayrıca 2.2 ve 2.3'te hesaplanan denge sabitinin değerlerinin karşılaştırılması tavsiye edilir.
Kaynakça
1. Kimyasal Termodinamiğin Karjakin'i: Ders Kitabı. üniversiteler için el kitabı. M.: Akademi., 20 s.
2. Prigozhin I., Kondepudi D. Modern termodinamik. Isı motorlarından enerji tüketen yapılara. M.: Mir, 20 s.
3. , Cherepanov'un fiziksel kimya üzerine. Araç seti. Ekaterinburg: Ural Devlet Üniversitesi Yayınevi, 2003.
4. Fiziksel ve kimyasal miktarların kısa referans kitabı / Ed. Ve. L.: Kimya, 20 s.
5. Fiziksel kimyadaki problemler: ders kitabı. üniversiteler için el kitabı / vb. M.: Sınav, 20 s.
Bilgisayar düzeni
Tüm kimyasal reaksiyonlar tersinir olduğundan, ters reaksiyon için (A moleküllerinin B molekülleriyle reaksiyona girdiği duruma göre)
reaksiyon hızına karşılık gelen ifade şu şekilde olacaktır:
Tersinirlik çift oklarla gösterilir:
Bu ifade şöyle okunmalıdır: A molekülleri ve B molekülleri ile dengededir. Söz konusu reaksiyonun karakteristiği olan k orantı katsayısını eklersek orantı işareti, eşit bir işaretle değiştirilebilir. Genel olarak
ileri reaksiyonun hızı (Hız) ve ters reaksiyonun (Hız) ifadeleri şu şekildedir:
İleri ve geri reaksiyonların hızları eşit olduğunda sistemin dengede olduğu söylenir:
Orana denge sabiti denir.Dengedeki bir sistemin aşağıdaki özelliklerini hatırlayın
1. Denge sabiti ileri ve geri reaksiyonların hız sabitlerinin oranına eşittir,
2. Dengede ileri ve geri reaksiyonların hızları (sabitleri değil) eşittir.
3. Bakiye dinamik durum. Dengede reaktanların ve ürünlerin konsantrasyonunda toplam bir değişiklik olmamasına rağmen. A ve B sürekli olarak birbirine dönüşür ve bunun tersi de geçerlidir.
4. A ve B'nin denge derişimleri biliniyorsa ve denge sabitinin sayısal değeri bulunabiliyorsa.
Denge sabiti ile reaksiyonun standart serbest enerjisindeki değişim arasındaki ilişki
Denge sabiti ilişkiyle ilgilidir
Burada gaz sabiti, T ise mutlak sıcaklıktır. Değerleri bilindiğinden sayısal değeri bilinerek bulunabilir. Denge sabiti birden büyükse reaksiyon kendiliğinden yani yazıldığı yönde (soldan sağa) ilerler. Denge sabiti birden küçükse, ters reaksiyon kendiliğinden meydana gelir. Ancak denge sabitinin reaksiyonun kendiliğinden ilerleyebileceği yönü gösterdiğini ancak reaksiyonun hızlı ilerleyip ilerlemeyeceğini yargılamamıza izin vermediğini unutmayın. Başka bir deyişle reaksiyonun enerji bariyerinin yüksekliği hakkında hiçbir şey söylemez (; yukarıya bakın). Bu sadece A'nın (7°) belirlediği gerçeğinden kaynaklanmaktadır.Reaksiyon hızları enerji bariyerinin yüksekliğine bağlıdır, büyüklüğüne değil
Enzimatik reaksiyonların hızlarını etkileyen faktörlerin çoğu, etkilerini reaktanların lokal konsantrasyonlarını değiştirerek gösterir.
Kimyasal denge sabiti
Tüm kimyasal reaksiyonlar 2 gruba ayrılabilir: geri dönüşü olmayan reaksiyonlar, yani. reaksiyona giren maddelerden biri tamamen tükenene kadar devam eden reaksiyonlar ve reaksiyona giren maddelerin hiçbirinin tamamen tüketilmediği tersinir reaksiyonlar. Bunun nedeni geri dönüşü olmayan bir reaksiyonun yalnızca bir yönde meydana gelmesidir. Hem ileri hem de geri yönde tersinir bir reaksiyon meydana gelebilir. Örneğin, reaksiyon
Zn + H 2 SO 4 ® ZnSO 4 + H 2
Sülfürik asit veya çinko tamamen yok olana kadar akar ve ters yönde akmaz: metalik çinko ve sülfürik asit hidrojeni geçirerek elde edilmesi imkansız su çözümüçinko sülfat. Bu nedenle bu reaksiyon geri döndürülemez.
Tersine çevrilebilir bir reaksiyonun klasik bir örneği, nitrojen ve hidrojenden amonyak sentezidir: N2 + 3H2 ⇆ 2 NH3 .
Eğer Yüksek sıcaklık 1 mol nitrojen ve 3 mol hidrojeni karıştırırsanız, yeterince uzun bir süre sonra bile reaksiyon meydana gelir, sadece reaksiyon ürünü (NH3) değil, aynı zamanda reaksiyona girmemiş başlangıç maddeleri (N2 ve H2) de mevcut olacaktır. reaktörde. Aynı koşullar altında, reaktöre bir nitrojen ve hidrojen karışımı değil, saf amonyak eklenirse, bir süre sonra amonyağın bir kısmının nitrojen ve hidrojene ayrıştığı ortaya çıkar, yani. reaksiyon ters yönde ilerler.
Kimyasal dengenin doğasını anlamak için ileri ve geri reaksiyonların hızını dikkate almak gerekir. Bir kimyasal reaksiyonun hızı, birim zamanda başlangıç maddesinin veya reaksiyon ürününün konsantrasyonundaki değişikliktir. Kimyasal denge konularını incelerken maddelerin konsantrasyonları mol/l cinsinden ifade edilir; bu konsantrasyonlar, 1 litre kapta belirli bir reaktanın kaç molünün bulunduğunu gösterir. Örneğin “amonyak konsantrasyonu 3 mol/l” ifadesi, söz konusu hacmin her litresinde 3 mol amonyak bulunduğunu ifade etmektedir.
Kimyasal reaksiyonlar moleküller arasındaki çarpışmalar sonucunda gerçekleştirilir, bu nedenle daha fazla molekül Birim hacimde yer alan cisimler arasında çarpışma sayısı arttıkça, reaksiyon hızı da artar. Bu nedenle, reaktanların konsantrasyonu ne kadar büyük olursa reaksiyon hızı da o kadar büyük olur.
sistemde denge gözlenmedi
Görünür bir değişiklik yok.
Örneğin, sistem üzerinde herhangi bir dış etki olmadığı sürece, tüm maddelerin konsantrasyonları süresiz olarak uzun bir süre değişmeden kalabilir. Kimyasal denge durumundaki bir sistemdeki konsantrasyonların bu sabitliği, hiçbir şekilde etkileşimin olmadığı anlamına gelmez ve ileri ve geri reaksiyonların aynı hızda ilerlemesiyle açıklanır. Bu duruma gerçek kimyasal denge de denir. Dolayısıyla gerçek kimyasal denge dinamik bir dengedir.
Yanlış dengeyi gerçek dengeden ayırmak gerekir. Sistem parametrelerinin (maddelerin konsantrasyonları, basınç, sıcaklık) sabitliği, gerçek kimyasal dengenin gerekli ancak yetersiz bir işaretidir. Bu, aşağıdaki örnekle açıklanabilir. Azot ve hidrojenin amonyak oluşumuyla etkileşimi ve amonyağın ayrışması, yüksek sıcaklıklarda (yaklaşık 500 ° C) gözle görülür bir hızda gerçekleşir. Hidrojen, nitrojen ve amonyağı oda sıcaklığında herhangi bir oranda karıştırırsanız, N 2 + 3 H 2 ⇆ 2 NH 3 reaksiyonu ortaya çıkar.
sızıntı yapmaz ve tüm sistem parametreleri sabit bir değerde kalır. Ancak, bu durumda denge yanlıştır, doğru değil çünkü dinamik değildir; sistemde değil Kimyasal reaksiyon: Hem ileri hem de geri reaksiyonların hızı sıfırdır.
Materyalin daha sonraki sunumunda, gerçek kimyasal denge ile ilgili olarak "kimyasal denge" terimi kullanılacaktır.
Nicel özellikler Kimyasal denge durumundaki sistemler denge sabiti K .
Tersinir reaksiyonun genel durumu için a A + b B + ... ⇆ p P + q Q + ...
Denge sabiti aşağıdaki formülle ifade edilir:
Formül 5.1'de C(A), C(B), C(P) C(Q), reaksiyona katılan tüm maddelerin denge konsantrasyonlarıdır (mol/l), yani; kimyasal denge anında sistemde oluşturulan konsantrasyonlar; a, b, p, q – reaksiyon denklemindeki stokiyometrik katsayılar.
Amonyak sentezi reaksiyonu N2 +3H2 ⇆2NH3 için denge sabitinin ifadesi aşağıdaki forma sahiptir: . (5.2)
Bu nedenle, kimyasal denge sabitinin sayısal değeri, reaksiyon ürünlerinin denge konsantrasyonları ürününün başlangıç maddelerinin denge konsantrasyonları ürününe oranına eşittir ve her maddenin konsantrasyonunun bir güce yükseltilmesi gerekir. reaksiyon denklemindeki stokiyometrik katsayıya eşittir.
Bunu anlamak önemlidir denge sabiti denge konsantrasyonları cinsinden ifade edilir, ancak bunlara bağlı değildir ; tam tersine reaksiyona katılan maddelerin denge konsantrasyonlarının oranı denge sabitine karşılık gelecek şekilde olacaktır. Denge sabiti, reaktanların doğasına ve sıcaklığa bağlıdır ve sabit (sabit sıcaklıkta) bir değerdir. .
K >> 1 ise, o zaman denge sabiti ifadesinin kesirinin payı paydadan birçok kez daha büyüktür, bu nedenle denge anında sistemde reaksiyon ürünleri baskındır, yani. reaksiyon büyük ölçüde ileri yönde ilerler.
Eğer K<< 1, то знаменатель во много раз превышает числитель, следовательно, в момент равновесия в системе преобладают исходные вещества, т.е. реакция лишь в незначительной степени протекает в прямом направлении.
K ≈ 1 ise başlangıç maddelerinin ve reaksiyon ürünlerinin denge konsantrasyonları karşılaştırılabilir; Reaksiyon, hem ileri hem de geri yönlerde fark edilir ölçüde ilerler.
Denge sabiti ifadesinin yalnızca gaz fazında veya çözünmüş halde bulunan maddelerin (reaksiyonun çözeltide meydana gelmesi durumunda) konsantrasyonlarını içerdiği akılda tutulmalıdır. Reaksiyona katı bir madde dahil olursa, etkileşim onun yüzeyinde meydana gelir, bu nedenle katı maddenin konsantrasyonunun sabit olduğu varsayılır ve denge sabitinin ifadesine yazılmaz.
CO 2 (gaz) + C (katı) ⇆ 2 CO (gaz)
CaCO3 (katı) ⇆ CaO (katı) + CO2 (gaz) K = C(CO2)
Ca 3 (PO 4) 2 (katı) ⇆ 3Ca 2+ (çözelti) + 2PO 4 3– (çözelti) K = C 3 (Ca 2+) C 2 (PO 4 3–)
