Question

Протекает реакция: 4HCl+O2↔2H2O+2Cl2; 4A+B↔2R+2S. Найти константу равновесия (Кр) при температуре Т1=750 К и Т2=2000 К, если ∆Н =-92,378 Дж/моль; ∆S =186,811 Дж/моль; ∆Н =-242,0 Дж/моль; ∆S =188,859 Дж/моль.

Answer 1

Ответ:

2Н₂(г) + СО₂(г) ⇄ НСОН(ж) + Н₂О(ж)

Равновесие устанавливается при ΔG° = 0

ΔG = ΔH - TΔS ⇒ ΔН = ТΔS ⇒ Т = ΔН/ΔS

ΔН = ∑ΔН⁰кон - ∑ΔН⁰исх

ΔS = ∑S⁰кон - ∑S⁰исх

Стандартные энтальпии ΔН° и энтропии ΔS° найдем в таблице:

вещество | ΔН°₂₉₈, кДж/моль | S°₂₉₈, Дж/(моль*К°)

Н₂ (г) | 0 | 130,52

СО₂(г) | - 393,51 | 213,67

Н₂О(ж) | - 285,83 | 70,08

HCOH (г) | - 115,90 | 218,66

Поскольку в правой части уравнения даны жидкие вещества, требуется пересчитать данные для формальдегида (tисп. = -19°C = 254°К, ΔНисп.=23,3 кДж/моль)

ΔН⁰(НСОН(ж)) = ΔН⁰(г) + ΔНисп. = -115,9 -23,3 = - 139,2 (кДж/моль)

S⁰(HCOH(ж)) = S⁰(HCOH(г)) - ΔSисп. = 218,66-23,3*1000/254 = 218,66 - 91,73 = 126,95 (Дж/(моль*К°))

ΔН = - (139,2 + 285,83) - ( 2*0 -393,51) = -31,52 (кДж/моль)

ΔS = 126,95 + 70,08 - 2*130,52 - 213,67 = -277,68 (Дж/(моль*К))

Т = -31,52 * 1000/(-277,68) ≈ 114°К (-159°С)

\displaystyle Kp= \frac{[HCOH][ H_{2}O] }{ [ H_{2}] ^{2}[C O_{2} ] }Kp=

[H

2

]

2

[CO

2

]

[HCOH][H

2

O]

Уравнение изобары:

(dlnKp/dT)p = ΔH/(RT²)

Или в интегральной форме: ln(Kт₂/Кт₁) = ΔН(Т₂-Т₁)/(RТ₁Т₂)

ΔН < 0 , реакция экзотермическая.

При повышении температуры реакция lnКр уменьшится ⇒ Kp ⇒ числитель в выражении константы уменьшится ⇒ реакция будет сдвинута влево, в сторону исходных веществ.

При понижении температуры константа увеличивается, т.е реакция сдвинута вправо, в сторону продуктов реакции.

Answer 2

Для расчета константы равновесия (Kp) при заданных температурах, мы можем использовать уравнение Вант-Гоффа:

$\ln(K_p) = -\frac{\Delta H}{R} \left(\frac{1}{T}\right) + \frac{\Delta S}{R}$

Где:

• $\Delta H$ - изменение энтальпии реакции,
• $\Delta S$ - изменение энтропии реакции,
• $R$ - универсальная газовая постоянная ($8.314 \, \text{Дж/(моль}\cdot\text{К})$),
• $T$ - абсолютная температура в Кельвинах.

Для первой реакции (4HCl + O2 ↔ 2H2O + 2Cl2): $\ln(Kp_1) = -\frac{\Delta H_1}{R} \left(\frac{1}{T}\right) + \frac{\Delta S_1}{R}$

Для второй реакции (4A + B ↔ 2R + 2S): $\ln(Kp_2) = -\frac{\Delta H_2}{R} \left(\frac{1}{T}\right) + \frac{\Delta S_2}{R}$

Используя данную формулу для обоих случаев и подставив данные:

Для первой реакции (4HCl + O2 ↔ 2H2O + 2Cl2): $\ln(Kp_1) = -\frac{-92.378 \, \text{Дж/моль}}{8.314 \, \text{Дж/(моль}\cdot\text{К})} \left(\frac{1}{750 \, \text{К}}\right) + \frac{186.811 \, \text{Дж/моль}}{8.314 \, \text{Дж/(моль}\cdot\text{К})}$

Для второй реакции (4A + B ↔ 2R + 2S): $\ln(Kp_2) = -\frac{-242.0 \, \text{Дж/моль}}{8.314 \, \text{Дж/(моль}\cdot\text{К})} \left(\frac{1}{750 \, \text{К}}\right) + \frac{188.859 \, \text{Дж/моль}}{8.314 \, \text{Дж/(моль}\cdot\text{К})}$

Вычисляя значения выражений внутри скобок и производя вычисления, получим значения логарифмов констант равновесия ($\ln(Kp_1)$ и $\ln(Kp_2)$) для каждой реакции при температуре $T_1 = 750 \, \text{К}$.

Аналогично, вычислим значения логарифмов констант равновесия ($\ln(Kp_1)$ и $\ln(Kp_2)$) для каждой реакции при температуре $T_2 = 2000 \, \text{К}$.

После вычисления значений логарифмов констант равновесия для обеих температур, мы можем воспользоваться определением $K_p$:

$K_p = e^{\ln(Kp)}$

Вычислив $K_p$ для обеих реакций и обоих температур, мы найдем их константы равновесия при данных условиях.