Оксиды азота и равновесия
- Оксид азота NO2 находится в равновесии со своим димером:
(г.)
Выразите степень диссоциации () оксида N2O4 через общее давление (P) в реакторе и константу равновесия этой реакции, выраженную через давления (KP). Как изменятся константа равновесия и степень диссоциации при увеличении давления? Как изменятся константа равновесия и степень диссоциации при увеличении температуры? Объясните свой ответ в каждом случае.
Пусть общее давление смеси равно . Тогда равновесные парциальные давления:
Из определения константы равновесия по давлению получаем
Отсюда
Константа равновесия не зависит от давления, поэтому не изменится. Степень диссоциации при увеличении давления уменьшится в соответствии с принципом Ле Шателье (т. к. количество газов слева меньше, чем справа).
Разрыв связи в молекуле N2O4 – эндотермическая реакция, поэтому константа равновесия и степень диссоциации при увеличении температуры увеличатся в соответствии с принципом Ле Шателье.
- Константа равновесия реакции
при 25 оC равна Kp = 0,142.
Примечание: При расчёте констант равновесия KP давления газов следует выражать в барах (1 бар = 105 Па).
В вакуумированный сосуд объёмом 5 л поместили 4,6 г N2O4 и выдержали при 25 оC до установления равновесия.
Рассчитайте степень диссоциации N2O4, состав смеси газов в сосуде (в мольных долях), парциальные давления газов и общее давление (в бар), среднюю молярную массу и плотность смеси. Газы считайте идеальными.
Общее количество вещества:
Константа равновесия:
Общее давление (идеальный газ):
Подставляя в , получаем
В системе СИ (, ):
откуда
Можно не переводить литры в кубические метры, если давление подставить в кПа (1 бар = 100 кПа). Тогда уравнение для расчёта степени диссоциации принимает вид
откуда .
Общее давление:
Мольные доли газов:
Парциальные давления газов:
Средняя молярная масса смеси:
Плотность смеси:
- Оксид азота N2O3 в газовой фазе подвергается термической диссоциации по реакции
N2O3 (г) NO (г) + NO2 (г).
В свою очередь, образующийся в этой реакции оксид азота NO2 димеризуется с образованием N2O4:
2NO2 (г) N2O4 (г).
При температуре 33 оС константа равновесия первой реакции равна KP1 = 3,0. В вакуумированный реактор объёмом 1,25 л поместили 15,7 г чистого оксида N2O3, нагрели до 33 оC и дождались установления равновесия. Равновесное давление NO оказалось равно 3,5 бар. Рассчитайте равновесные парциальные давления всех газов (в бар) и общее равновесное давление газов в реакторе, а также константу равновесия второй реакции KP2. Считайте все газы идеальными.
Давление N2O3 (г) в отсутствие диссоциации было бы равно:
Парциальные давления газов после установления равновесия:
По условию P(NO) = 3,5 бар.
Константа равновесия первой реакции
откуда y = 2,9 бар.
Равновесные давления газов:
Общее давление газов:
Константа равновесия второй реакции: