Решаем сложные задачи по химии (с использованием константы равновесия)
материал для подготовки к егэ (гиа) по химии (11 класс) на тему

                           РЕШАЕМ СЛОЖНЫЕ ЗАДАЧИ

                           ( с использованием константы равновесия)

    Равновесие во многих системах, в том числе и в растворах электролитов, можно количественно описать с помощью константы равновесия. Многие школьники испытывают трудности при решении задач с использованием понятий « константа равновесия», « константа диссоциации слабого электролита» и т.п. Попробуем рассмотреть решение задач на равновесие, переходя от решения простых задач к решению более сложных.

• Задача 1.

  В системе А(г) + 3В(г) = 2С(г) , равновесные концентрации равны :

[А] = 0,03 моль/л, [В] = 0,10 моль/л, [С] = 0,40 моль/л. Найдите исходные концентрации веществ А и В и рассчитайте константу равновесия.

  Решение:

Константа равновесия для данной реакции выражается уравнением:

 р       

Подставляем в него данные задачи, получаем:

Кр   = 5333

  Для нахождения исходных концентраций веществ А и В запишем данные задачи в виде таблицы (так будет нагляднее):

Предположим, что исходные концентрации веществ [А]0 и [В]0  соответственно равны Х моль/л и У моль/л. Зная, что исходная концентрация вещества [С]0 = 0 моль/л (С – это продукт реакции, которого изначально быть не могло ), мы можем найти сколько моль вещества  С  прореагировало в результате реакции в каждом литре системы : 0,4 – 0 = 0,4 моль. А так как по уравнению реакции из 1 моль вещества А и 3 моль вещества В образуется 2 моль вещества С, можно вычислить сколько моль  А и В прореагирует в каждом литре системы:

А + 3В = 2С ( все вещества – газообразны):

1        3          2 (по уравнению)

?        ?        0,4 (по условию)

Находим ? для вещества А: 0,2 моль и ? для вещества В :  0,6 моль и вписываем в строку « Прореагировало» таблицы. Осталось посчитать исходные концентрации веществ А и В (складываем «прореагировало» и «осталось», так как ищем сколько «было»):

[А]0 = Х = 0,03 + 0,2 = 0,23 моль/л

[В]0 = У = 0,1 + 0,6 = 0,7 моль/л

• Ответ: [А]0 = 0,23 моль/л; [В] 0= 0,7 моль/л; Кр = 5333

• Задача 2.

  Исходные концентрации СО и паров воды равны и составляют 0,03 моль/л.

В системе  СО + Н2О = СО2  + Н2  вычислите равновесные концентрации СО;

Н2О; Н2  , если равновесная концентрация [СО2 ] равна 0,01 моль/л. Вычислите константу равновесия.

 Решение:

 Запишем данные задачи в виде таблицы:

Т. к. исходная концентрация [СО2 ]0 = 0 моль/л, а равновесная - 0,01 моль/л, то прореагировало : 0,01 – 0 = 0,01 моль/л.

Найдем по уравнению реакции сколько моль веществ СО, Н2О и Н2  прореагировало в каждом литре системы:

Х        У       0,01     ?

СО + Н2О = СО2  + Н2     х = 0,01 моль/л,  у = 0,01 моль/л,  ? = 0,01 моль/л.

1        1         1         1

Полученные данные вписываем в таблицу в строку « Прореагировало».

Теперь можно найти равновесные концентрации:

[СО] = 0,03 – 0,01 = 0,02 моль/л

[Н2О] = 0,03 – 0,01 = 0,02 моль/л

[Н2] = 0 + 0,01 = 0,01 моль/л

(Концентрации вступивших в реакцию веществ в процессе прямой реакции уменьшаются, поэтому численные значения концентраций вступивших в реакцию веществ вычитаем, а концентрации продуктов реакции – увеличиваются, следовательно – их концентрации складываем.)

Константа равновесия для данной системы:  Кр 

Подставляем полученные данные в Кр:

Кр =    = 0,25

• Ответ: Кр =0,25;  [СО] =[Н2О] = 0,02 моль/л; [Н2] = 0,01моль/л.

• Задача 3.

 Определите равновесную концентрацию водорода  в системе  2НI = Н2 + I2 , если исходная концентрация  [НI] = 0,05 моль/л, а Кр = 0,02.

 Решение:

Представим данные задачи в виде таблицы:

Предположим, что в каждом литре системы в реакцию вступило 2х моль вещества НI. Согласно уравнению реакции из 2 моль вещества НI образуется по 1 моль Н2 и  I2, следовательно  из 2х моль НI образуется по х моль Н2  и I2

( запишем в таблицу ). Тогда равновесные концентрации веществ равны:

[HI] = ( 0,05 – 2х ) моль/л

[H2] = ( 0 + х ) = х  моль/л

[I2] = ( 0 + х ) = х моль/л

Подставив полученные данные в выражение константы равновесия, получаем:

           или     = 0,14

Решаем уравнение и находим х:

Х = 0,0055

Таким образом , в реакции участвовало (прореагировало) по 0,0055 моль/л веществ Н2 и I2 , а равновесная концентрация [Н2] = 0 + 0,0055 = 0,0055 моль/л

• Ответ: [Н2] = 0,0055 моль/л.

• Задача 4.

  В равновесной смеси   2CH4 = C2H2 + 3H2   концентрация метана составляет

3 моль/л. Считая, что превращению подверглось только 25% исходного количества метана, определите константу равновесия. Вычислите константу равновесия для этой реакции, записанной в форме  СН4 = 0,5С2Н2 + 1,5Н2

  Решение:

 Равновесная концентрация метана [СН4] =3 моль/л. Предположим, что в 1 л. системы было Х моль СН4. Зная, что превращению подверглось 25% исходного количества метана, т.е. 0,25Х моль, и , зная равновесную концентрацию метана, можно составить математическое уравнение:

Х – 0,25Х = 3

Х = 4  или 4 моль/л - это начальная концентрация метана.

Представим данные задачи в виде таблицы:

По уравнению реакции находим  У и Z:                

  1           У         Z

2CH4 = C2H2 + 3H2

  2         1          3

Следовательно:  У = 0,5 моль и Z = 1,5 моль.

Находим равновесные концентрации и константу равновесия:

[С2Н2] = 0,5 моль/л;  [Н2] = 1,5 моль/л.

Кр =   =0,1875 --- для системы :  2CH4 = C2H2 + 3H2

Кр1=  = 0,433  --- для системы :  СН4 = 0,5С2Н2 + 1,5Н2

• Ответ:  Кр = 0,1875; Кр1 = 0,433.