Реакция протекает по уравнению 4НСl + O2 = 2H2O(г) + 2Cl2. Тепловой эффект реакции равен 114,5 кДж. В какую сторону сместится равновесие этой реакции, если температуру повысить на 20о, а температурные коэффициенты прямой и обратной реакций соответственно равны 3,7 и 2,9?

Предыдущий
вопрос Следующий
вопрос

Поскольку реакция протекает с поглощением тепла (эндотермическая), то повышение температуры будет способствовать смещению равновесия в сторону увеличения концентрации продуктов.

Для определения изменения константы равновесия нужно воспользоваться уравнением Вант-Гоффа: ΔG = ΔH - TΔS, где ΔG - изменение свободной энергии, ΔH - тепловой эффект реакции, T - абсолютная температура, ΔS - изменение энтропии.

Если реакция протекает по уравнению 4HCl + O2 = 2H2O(г) + 2Cl2, то ΔS > 0. Следовательно, при повышении температуры на 20о, ΔG будет уменьшаться, что приведет к смещению равновесия в сторону увеличения концентрации продуктов.

Теперь рассчитаем изменение константы равновесия. Из уравнения Вант-Гоффа следует, что ΔG = -RT ln K, где R - универсальная газовая постоянная, T - абсолютная температура, K - константа равновесия.

После подстановки данных и преобразований получаем:
ln K1 - ln K2 = (1/R)(1 - 1/T)(ΔH - TΔS)

Зная тепловой эффект реакции ΔH = 114,5 кДж, температурный коэффициент прямой реакции α1 = 3,7 и температурный коэффициент обратной реакции α2 = 2,9, можно рассчитать изменение константы равновесия.

ln K1 - ln K2 = (1/8,314)(1 - 1/(20 + 273,15))(114,5 - (20)(ΔS))

ln K1 - ln K2 = 0,0202(114,5 - 20ΔS)

ln K1 - ln K2 = 2,314 - 0,404ΔS

ln K1 - ln K2 = ln K1/K2

K1/K2 = e^(2,314 - 0,404ΔS)

K1/K2 = e^2,314 * e^(-0,404ΔS)

K1/K2 = 10,115 * e^(-0,404ΔS)

K1/K2 = 10,115 * e^(-0,404(114,5/T - 20ΔS))

K1/K2 = 10,115 * e^(-46,2217/T + 8,08ΔS)

K1/K2 = 10,115 * e^(-46,2217/293,15 + 8,08ΔS)

K1/K2 = 10,115 * e^(-0,1577 + 8,08ΔS)

K1/K2 = 10,115 * e^(-0,1577 + 8,08(1/8,314)(1,10))

K1/K2 = 10,115 * e^(-0,1577 + 0,918)

K1/K2 = 10,115 * e^0,7603

K1/K2 ≈ 10,12

Итак, константа равновесия увеличится в ~ 10,12 раз. Это свидетельствует о смещении равновесия в сторону образования продуктов (H2O(г) и Cl2) при повышении температуры на 20о.