7. Обчислити тепловий ефект реакціїпри стандартних умовах: Fe 2 O 3 (т) + 3 CO (г) = 2 Fe (т ) + 3 CO 2 (г) , якщо теплота утворення: Fe 2 O 3 (т) = - 821,3 кДж/моль; СО (г) = - 110,5 кДж/моль;
СО 2 (г) = - 393,5 кДж/моль.
Fe 2 O 3 ( т ) + 3 CO ( г ) = 2 Fe ( т ) + 3 CO 2 ( г ) ,
Рішення.
Знаючи стандартні теплові ефектизгоряння вихідних речовин і продуктів реакції, розраховуємо тепловий ефектреакції при стандартних умовах:
16. Залежність швидкості хімічноїреакції від температури. Правило Вант-Гоффа. Температурний коефіцієнт реакції.
До реакцій призводять тількизіткнення між активними молекулами, середня енергія яких перевищуєсередню енергію учасників реакції.
При повідомленні молекулам деякоїенергії активації Е (надлишкова енергія над середньою) зменшується потенційнаенергія взаємодії атомів в молекулах, зв'язки всередині молекул слабшають,молекули стають реакційноздатними.
Енергія активації не обов'язковопідводиться ззовні, вона може бути повідомлена деякої частини молекул шляхомперерозподілу енергії при їх зіткненнях. За Больцману, серед N молекул знаходиться наступне числоактивних молекул N пЂЄ пЂ¬ що володіють підвищеноюенергією пЂ пЂ :
N пЂЄ пЂ пЂЅ пЂ N В· e - E /(1)
де Е - енергія активації,показує той необхідний надлишок енергії, в порівнянні з середнім рівнем,яким повинні володіти молекули, щоб реакція стала можливою; іншіпозначення загальновідомі.
При термічної активації для двохтемператур T 1 і T 2 відношення констант швидкостей буде:
, (2)
звідки, (3)
що дозволяє визначати енергіюактивації по вимірюванню швидкості реакції при двох різних температурах Т 1 і Т 2 .
Підвищення температури на 10 0 збільшує швидкість реакції в 2 - 4 рази (наближене правило Вант-Гоффа).Число, що показує, у скільки разів збільшується швидкість реакції(Отже, і константа швидкості) при збільшенні температури на 10 0 називається температурним коефіцієнтом реакції:
пЂ¬ (4)
Або. (5)
Це означає, наприклад, що призбільшенні температури на 100 0 для умовно прийнятого збільшеннясередньої швидкості в 2 рази (пЃ§ = 2) швидкість реакції зростає в 2 10 ,тобто приблизно в 1000 разів, а при пЂ пЃ§ = 4-в 4 10 ,тобто в 1000000 разів. Правило Вант-Гоффа застосовне для реакцій, що протікають припорівняно невисоких температурах у вузькому їх інтервалі. Різке зростанняшвидкості реакції при підвищенні температури пояснюється тим, що число активнихмолекул при цьому зростає в геометричній прогресії.
25.Рівняння ізотерми хімічної реакції Вант-Гоффа.
Відповідно до закону діючихмас для довільної реакції
а A + b B = c C + d D
рівняння швидкості прямої реакціїможна записати:
,
а для швидкості зворотної реакції:.
У міру протікання реакції зліванаправо концентрації речовин А і В будуть зменшуватися і швидкість прямої реакціїбуде падати. З іншого боку, у міру накопичення продуктів реакції C і D швидкість реакції справа наліво буде рости. Настаємомент, коли швидкості П… 1 і П… 2 стаютьоднаковими, концентрації всіх речовин залишаються незмінними, отже,
,
Звідки K c = k 1 /k 2 =.
Постійна величина До з ,рівна відношенню констант швидкостей прямої і зворотної реакцій, кількісноописує стан рівноваги через рівноважні концентрації вихідних речовині продуктів їх взаємодії (в ступені їх стехіометричних коефіцієнтів) іназивається константою рівноваги. Константа рівноваги є постійноютільки для даної температури, тобто
До з = f (Т). Константу рівноваги хімічноїреакції прийнято виражати відношенням, у чисельнику якого стоїть твіррівноважних молярних концентрацій продуктів реакції, а в знаменнику -добуток концентрацій вихідних речовин.
Якщо компоненти реакції являютьсобою суміш ідеальних газів, то константа рівноваги (К р ) виражаєтьсячерез парціальні тиску компонентів:
K p =.
Для переходу від До р до До з скористаємося рівнянням стану P В· V = n В· R В· T. Оскільки
, то P = C В· R В· T.
Тоді.
З рівняння випливає, що К р = До з за умови, якщо реакція йде без зміни числа моль вгазовій фазі, тобто коли (с + d) = (a + b).
Якщо реакція протікаємимовільно при постійних Р і Т або V і Т, то значення пЂ пЃ„ пЂ G і пЃ„ пЂ F цієї реакції можна отримати з рівнянь:
,
де С А , С В , С З , С D - Нерівноважні концентрації вихідних речовин і продуктів реакції.
,
де Р А , Р В , Р З , Р D - Парціальні тиску вихідних речовин і продуктів реакції.
Два останніх рівняння називаютьсярівняннями ізотерми хімічної реакції Вант-Гоффа. Це співвідношення дозволяєрозрахувати значення пЃ„ пЂ G і пЃ„ пЂ Fреакції, визначити її напрямок при різних концентраціях вихіднихречовин.
Необхідно відзначити, що як длягазових систем, так і для розчинів, при участі в реакції твердих тіл (тобтодля гетерогенних систем) концентрація твердої фази не входить у вираз дляконстанти рівноваги, оскільки ця концентрація практично постійна. Так,для реакції
2 СО (г) = СО 2 (г) +З (т)
константа рівноваги записується ввигляді
.
Залежність константи рівноваги відтемператури (для температури Т 2 щодо температури Т 1 )виражається наступним рівнянням Вант-Гоффа:
,
де пЃ„ пЂ Н 0 -тепловий ефект реакції.
Для ендотермічний реакції (реакціяйде з поглинанням тепла) константа рівноваги збільшується з підвищеннямтемператури, система як би чинить опір нагріванню.
34. Осмос,осмотичний тиск. Рівняння Вант-Гоффа і осмотичний коефіцієнт.
Осмос - мимовільне рухмолекул розчинника через напівпроникну мембрану, що розділяє розчинирізної концентрації, з розчину меншої концентрації в розчин з більш високоюконцентрацією, що призводить до розбавлення останнього. В якостінапівпроникної мембрани, через маленькі отвори якої можуть селективнопроходити тільки невеликі за обсягом молекули розчинника і затримуютьсявеликі або сольватовані молекули або іони, часто служить целофановаплівка - для високомолекулярних речовин, а для низькомолекулярних - плівка зферроцианида міді. Процес перенесення розчинника (осмос) можна запобігти,якщо на розчин з більшою концентрацією надати зовнішнє гідростатичнийтиск (в умовах рівноваги це буде так зване осмотичний тиск,позначається буквою пЃ°). Для розрахунку значення пЃ° пЂ врозчинах неелектролітів використовується емпіричне рівняння Вант-Гоффа:
пЃ° пЂ пЂ = C R T,
де С - моляльна концентраціяречовини, моль/кг;
R - універсальна газова стала,Дж/моль В· К.
Величина осмотичного тискупропорційна числу молекул (в загальному випадку числу частинок) одного абодекількох речовин, розчинених у даному об'ємі розчину, і не залежить від їхприроди і природи розчинника. У розчинах сильних чи слабких електролітівзагальне число індивідуальних частинок збільшується внаслідок дисоціації молекул,тому в рівняння для розрахунку осмотичного тиску необхідно вводитивідповідний коефіцієнт пропорційності, званий ізотонічнимкоефіцієнтом.
пЃ° пЂ пЂЅ пЂ i В· ...