Вычисление скорости реакции при изменениях в системе
Определение скорости реакции при изменении концентрации вешеств
Задача 243.
Определите скорость химической реакции, если начальная концентрация вещества составляла 2,4 моль/л. После проведения реакции концентрация стала 1,8 моль/л, реакция прошла за 24 с.
Решение:
Сн = 2,4 моль/л;
Ск = 1,8 моль/л;
t = 24 c
v = ?
Cкорость химической реакции рассчитывается п формуле:
v = ∆C/∆t, где
v - скорость химической реакции, моль/(л . с);
∆C - изменение концентрации вещества, моль/л;
∆t - время протекания реакции, с.
Тогда
v = ∆C/∆t = (Сн - Ск)/t = (2,4 моль/л - 1,8 моль/л)/24 с = 0,025 моль/(л . с).
Ответ: 0,025 моль/(л . с).
Задача 244.
1. Как и во сколько раз изменится скорость ионной реакции Ag+ + Cl- = AgCl, если концентрацию этих ионов увеличить от 0,0002 до 0,004 моль/л?
2. В каком электролите - NaCl или AlCl3 - радиус ионной атмосферы катионов будет больше при одинаковой концентрации электролита.
Решение:
1) Выражение для скорости реакции до изменения концентрации (v1) и после ее изменения (v2) можно записать в общем виде:
v1 = k[Ag+][Cl-] = k0,0002 . 0,0002; = 4.10-8;
v2 = k[Ag+][Cl-] = k0,004 . 0,004. = 1,6.10-5.
Изменение скорости:
v2/v1 = (k . 0,004. 0,004)/(k . 0,0002 . 0,0002) = 400 раз.
Отает: скорость реакции увеличится в 400 раз.
Вычисление изменения скорости реакции при повышении температуры в системе
Задача 245.
Вычислите, во сколько раз увеличится скорость реакции, протекающей в газовой фазе, если повысить температуру от 21 до 39 °С. Температурный коэффициент скорости реакции равен 4.
Решение:
Т1 = 21 °С;
Т2 = 39 °С;
λ = 4;
v2/v1 = ?
Вычисление изменения скорости реакции произведем формуле:
v2/v1 = λ[(T2 - T1)/10], где
λ - температурный коэффициент; Т1 - начальная температура; Т2 - конечная температура; v1 и v2 - соответственно начальная и конечная скорости реакци.
Тогда
v2/v1 = λ[(T2 - T1)/10] = 4[(39 - 21)/10] = 4(1,8) = 12.
Ответ: скорость реакции увеличится (а не уменьшится) приблизительно в 12 раз.
Вычисление изменения скорости реакции при увеличении объема в газовой смеси
Задача 246.
Во сколько раз измениться скорость прямой и обратной реакции в системе: СО2(г) + С(г) = 2СО(г), если объем газовой смеси увеличить в 2 раза.
Решение:
Уравнение реакции имеет вид:
СО2(г) + С(г) = 2СО(г)
V1прям. – скорость прямой реакции до увеличения объема;
V1обр. - скорость обратной реакции до увеличения обема.
Обозначим [СО2] = а, [С] = b, [СО] = с.
Тогда
V1прям. = k . аb;
V1обр. = k . с2.
При увеличении объёма в 2 раза в системе концентрация каждого из реагирующих веществ уменьшится в 2 раза. Следовательно, теперь скорости прямой и обратной реакций будут равны:
V2прям. = k(1/2а . 1/2b) = 1/4k . ав;
V2обр. = k(1/2с)2 = 1/4k . с2.
Сравнивая выражения V1прям., V1обр. и V2прям., V2обр. находим, что скорости реакций уменьшились в 4 раза:
V2прям./V1прям. = 1/4k . с2/k . аb = 1/4 уменьшится в 4 раза;
V2обр./V1обр. = 1/4k . с2/k . с2 = 1/4 уменьшится в 4 раза.
Вычисление изменения скорости реакции при уменьшении давления в газовой смеси
Задача 247.
Во сколько раз уменьшится скорость реакции: 2А + В2 = 2АВ, протекающей непосредственно между молекулами в закрытом сосуде, если уменьшить давление в 3 раза.
Решение:
Уравнение реакции:
2А + В2 = 2АВ
V1прям. – скорость прямой реакции до уменьшения давления.
Обозначим [A] = a, [B2] = b.
Тогда
V1прям. = k . аb.
При уменьшении давления в 3 раза в системе концентрация каждого из реагирующих веществ уменьшится в 3 раза. Следовательно, теперь скорость прямой реакций будет равна:
V2прям. – скорость прямой реакции до уменьшения давления.
V2прям. = k(1/3а . 1/3b) = 1/9k . аb.
Сравнивая выражения V1прям. и V2прям., находим, что скорости реакций уменьшились в 9 раз:
V2прям./V1прям. = 1/9k . аb/k . аb = 1/9 уменьшится в 9 раз.
Ответ: скорость уменьшится в 9 раз.
Вычисление изменения скорости реакции при увеличении давления
Задача 248.
1. Как изменится скорость реакции при увеличении давления в 3 раза?
Уравнение реакции имеет вид:
С(тв) + О2(г) = 2СО(г).
2. Напишите математическое выражение константы равновесия для системы:
2NO2(г) = N2O2(г); ∆H < 0.
Какие факторы вызовут смещение равновесия в сторону образования оксида азота (4)?
Решение:
1) До изменения объёма скорость реакции можно выразить уравнением:
v1 = k[O2], где
v - скорость реакции, k - константа скорости реакции, [O2] – концентрация исходного вещества.
Вследствие увеличения давления в системе в 3 раза, соответственно концентрация каждого из реагирующих газообразных веществ увеличится в 3 раза. Следовательно, теперь скорость реакции будет равна:
v2 = 3k[O2]
Тогда изменение скорости будет равно:
v2/v1 = 3k[O2]/k[O2] = 3/1 = 3 раза.
С увеличением давления в системе, где происходит увеличение объема газообразных продуктов, согласно принципу Ле-Шателье, равновесие реакции смещается в сторону обратной реакции, значит в данной системе происходит уменьшение скорости k[O2] в три раза.
2) математическое выражение константы равновесия для системы:
2NO2(г) = N2O2(г); ∆H < 0 будет иметь вид:
Кр = [N2O2]/[NO2]2
Факторы, которые вызовут смещение равновесия в сторону образования оксида азота (4):
1-й фактор. Так как реакция протекает с выделением тепла (∆H < 0), то смещение равновесия в сторону образования NO2 наступит при повышении температуры.
2-й фактор. Так как реакция протекает с уменьшением объема газообразных продуктов (из 2 моль NO2 образуется 1 моль N2O2), то при понижении давления в системе равновесие реакции сместится в обратную сторону.
3-й фактор. Если увеличивать концентрацию N2O2, то реакция сместится в сторону образования NO2, что противоречит здравому смыслу.
