Номер 591, страница 98 - гдз по химии 11 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

591. Как следует изменить давление, температуру и концентрации веществ, чтобы сместить равновесие в сторону продуктов реакции:

а) $H_{2(г)} + I_{2(тв)} \rightleftharpoons 2HI_{(г)} - Q;$

б) $N_{2(г)} + 3H_{2(г)} \rightleftharpoons 2NH_{3(г)} + Q;$

в) $N_{2(г)} + O_{2(г)} \rightleftharpoons 2NO_{(г)} - Q;$

г) $CO_{2(г)} + C_{(тв)} \rightleftharpoons 2CO_{(г)} - Q;$

д) $2H_{2(г)} + O_{2(г)} \rightleftharpoons 2H_{2}O_{(г)} + Q;$

е) $4HCl_{(г)} + O_{2(г)} \rightleftharpoons 2Cl_{2(г)} + 2H_{2}O_{(г)} + Q?$

Для определения условий, смещающих химическое равновесие в сторону продуктов реакции, используется принцип Ле Шателье. Он гласит, что если на систему, находящуюся в состоянии равновесия, оказывается внешнее воздействие (изменение концентрации, температуры, давления), то равновесие смещается в том направлении, которое ослабляет это воздействие.

а)Решение:

Рассмотрим равновесную систему $H_{2(г)} + I_{2(тв)} \rightleftharpoons 2HI_{(г)} - Q$. Для смещения равновесия вправо (в сторону продуктов) необходимо проанализировать влияние каждого фактора.

Влияние концентрации: Для смещения равновесия вправо нужно увеличить концентрацию реагентов или уменьшить концентрацию продуктов. В данном случае следует увеличить концентрацию газообразного водорода ($H_2$) и/или уменьшать концентрацию продукта — йодоводорода ($HI$). Йод ($I_2$) находится в твердой фазе, его концентрация считается постоянной, поэтому изменение его количества (пока он есть в системе) не смещает равновесие.

Влияние температуры: Прямая реакция является эндотермической (протекает с поглощением теплоты, обозначено как $-Q$). Согласно принципу Ле Шателье, повышение температуры смещает равновесие в сторону эндотермической реакции, то есть вправо.

Влияние давления: Давление влияет на равновесие, если в ходе реакции изменяется количество молей газообразных веществ. Слева в реакции участвует 1 моль газа ($H_2$), а справа образуется 2 моля газа ($HI$). Прямая реакция идёт с увеличением числа молей газов ($1 \to 2$). Понижение давления смещает равновесие в сторону большего числа молей газов, то есть вправо.

Ответ: для смещения равновесия в сторону продуктов необходимо повысить температуру, понизить давление, увеличить концентрацию $H_2$ и уменьшать концентрацию $HI$.

б)Решение:

Рассмотрим равновесную систему $N_{2(г)} + 3H_{2(г)} \rightleftharpoons 2NH_{3(г)} + Q$.

Влияние концентрации: Для смещения равновесия вправо необходимо увеличить концентрации исходных веществ ($N_2$ и $H_2$) или уменьшать концентрацию продукта ($NH_3$).

Влияние температуры: Прямая реакция является экзотермической (протекает с выделением теплоты, $+Q$). Понижение температуры смещает равновесие в сторону экзотермической реакции, то есть вправо.

Влияние давления: В левой части уравнения $1+3=4$ моля газов, в правой — 2 моля газа. Прямая реакция идёт с уменьшением числа молей газов ($4 \to 2$). Повышение давления смещает равновесие в сторону меньшего числа молей газов, то есть вправо.

Ответ: для смещения равновесия в сторону продуктов необходимо понизить температуру, повысить давление, увеличить концентрации $N_2$ и $H_2$ и уменьшать концентрацию $NH_3$.

в)Решение:

Рассмотрим равновесную систему $N_{2(г)} + O_{2(г)} \rightleftharpoons 2NO_{(г)} - Q$.

Влияние концентрации: Для смещения равновесия вправо необходимо увеличить концентрации исходных веществ ($N_2$ и $O_2$) или уменьшать концентрацию продукта ($NO$).

Влияние температуры: Прямая реакция является эндотермической ($-Q$). Повышение температуры смещает равновесие в сторону эндотермической реакции, то есть вправо.

Влияние давления: В левой части уравнения $1+1=2$ моля газов, в правой — также 2 моля газа. Так как реакция протекает без изменения числа молей газов, изменение давления не влияет на положение равновесия.

Ответ: для смещения равновесия в сторону продуктов необходимо повысить температуру, увеличить концентрации $N_2$ и $O_2$ и уменьшать концентрацию $NO$. Изменение давления не влияет на положение равновесия.

г)Решение:

Рассмотрим равновесную систему $CO_{2(г)} + C_{(тв)} \rightleftharpoons 2CO_{(г)} - Q$.

Влияние концентрации: Для смещения равновесия вправо нужно увеличить концентрацию газообразного реагента ($CO_2$) или уменьшать концентрацию продукта ($CO$). Углерод ($C$) — твердое вещество, изменение его количества не смещает равновесие.

Влияние температуры: Прямая реакция является эндотермической ($-Q$). Повышение температуры будет смещать равновесие вправо.

Влияние давления: Слева в реакции участвует 1 моль газа ($CO_2$), а справа образуется 2 моля газа ($CO$). Прямая реакция идёт с увеличением числа молей газов ($1 \to 2$). Понижение давления сместит равновесие в сторону продуктов.

Ответ: для смещения равновесия в сторону продуктов необходимо повысить температуру, понизить давление, увеличить концентрацию $CO_2$ и уменьшать концентрацию $CO$.

д)Решение:

Рассмотрим равновесную систему $2H_{2(г)} + O_{2(г)} \rightleftharpoons 2H_2O_{(г)} + Q$.

Влияние концентрации: Для смещения равновесия вправо необходимо увеличить концентрации исходных веществ ($H_2$ и $O_2$) или уменьшать концентрацию продукта ($H_2O$).

Влияние температуры: Прямая реакция является экзотермической ($+Q$). Понижение температуры смещает равновесие вправо.

Влияние давления: В левой части уравнения $2+1=3$ моля газов, в правой — 2 моля газа. Прямая реакция идёт с уменьшением числа молей газов ($3 \to 2$). Повышение давления смещает равновесие в сторону меньшего числа молей газов, то есть вправо.

Ответ: для смещения равновесия в сторону продуктов необходимо понизить температуру, повысить давление, увеличить концентрации $H_2$ и $O_2$ и уменьшать концентрацию $H_2O$.

е)Решение:

Рассмотрим равновесную систему $4HCl_{(г)} + O_{2(г)} \rightleftharpoons 2Cl_{2(г)} + 2H_2O_{(г)} + Q$.

Влияние концентрации: Для смещения равновесия вправо необходимо увеличить концентрации реагентов ($HCl$ и $O_2$) или уменьшать концентрации продуктов ($Cl_2$ и $H_2O$).

Влияние температуры: Прямая реакция является экзотермической ($+Q$). Понижение температуры сместит равновесие вправо.

Влияние давления: В левой части уравнения $4+1=5$ молей газов, в правой — $2+2=4$ моля газов. Прямая реакция идёт с уменьшением числа молей газов ($5 \to 4$). Повышение давления сместит равновесие вправо.

Ответ: для смещения равновесия в сторону продуктов необходимо понизить температуру, повысить давление, увеличить концентрации $HCl$ и $O_2$ и уменьшать концентрации $Cl_2$ и $H_2O$.