Вычисление концентрации веществ и скорости реакции
Скорость реакции
Задание 127.
Как изменится скорость реакции, протекающей в газовой фазе, при повышении температуры на 60 °С, если температурный коэффициент скорости данной реакции 2?
Решение:
Зависимость скорости химической реакции от температуры определяется эмпирическим правилом Вант-Гоффа по формуле:
Следовательно, скорость реакции 
при повышении температуры на 600 С0 больше начальной скорости реакции в 64 раза.
Задание 121.
Окисление серы и ее диоксида протекает по уравнениям:
а) S (к) + O2 = SO2 (г); б) 2SO2 (г) + O2 = 2SO3 (г).
Как изменится скорость этих реакций, если объемы каждой из систем уменьшить в четыре раза?
Решение:
а) S (к) + O2 = SO2 (г)
Обозначим концентрации газообразных реагирующих веществ: [O2] = a, [SO2] = b. Согласно закону действующих масс, скорости прямой и обратной реакций до изменения объёма соответственно равны:
Vпр = k . a; Vобр = k . b.
После уменьшения объёма гетерогенной системы в четыре раза концентрация газообразных веществ увеличится в четыре раза: [O2] = 4a, [SO2] = 4b. При новых концентрациях скорости прямой и обратной реакций будут равны
Следовательно, после уменьшения объёма в системе скорости прямой и обратной реакций увеличились в четыре раза. Равновесие системы не сместилось.
б) 2SO2 (г) + O2 = 2SO3 (г)
Обозначим концентрации реагирующих веществ: [O2] = a, [SO2] = b, [SO3] = с. Согласно закону действующих масс, скорости прямой и обратной реакций до изменения объёма соответственно равны:
Vпр = ka2b; Vобр = kc2.
После уменьшения объёма гомогенной системы в четыре раза концентрация реагирующих веществ увеличится в четыре раза: [O2] = 4a, [SO2] = 4b, [SO3] = 4с При новых концентрациях скорости прямой и обратной реакций будут равны:
Следовательно, после уменьшения объёма в системе скорость прямой реакции возросла в 64 раза, а обратной – в 16. Равновесие системы при этом сместилось вправо, в строну уменьшения образования газообразных веществ.
Константы равновесия гомогенной системы
Задание 122.
Напишите выражение для константы равновесия гомогенной системы:
N2 + ЗН2 = 2NH3. Как изменится скорость прямой реакции образования аммиака, если увеличить концентрацию водорода в три раза?
Решение:
Уравнение реакции:
N2 + ЗН2 = 2NH3
Выражение константы равновесия данной реакции имеет вид:
Обозначим концентрации газообразных реагирующих веществ: [N2] = a, [H2] = b. Согласно закону действующих масс, скорость прямой реакций до увеличения концентрации водорода равна: Vпр = kab3. После увеличения концентрации водорода в три раза концентрации исходных веществ будут равны: [N2] = a, [H2] = 3b. При новых концентрациях скорости прямой реакций будет равна:
Следовательно, после увеличения концентрации водорода в три раза скорость реакции возросла в 27 раз. Равновесие, согласно принципу Ле Шателье, сместилось в сторону уменьшения концентрации водорода, т. е. вправо.
Задание 123.
Реакция идет по уравнению N2 + O2 = 2NO. Концентрации исходных веществ до начала реакции были [N2] = 0,049 моль/л, [O2] = 0,01 моль/л. Вычислите концентрацию этих веществ, когда [NO] = 0,005 моль/л. Ответ: [N2] 0,0465 моль/л; [O2] = 0,0075 моль/л.
Решение:
Уравнение реакции имеет вид:
N2 + O2 = 2NO
Из уравнения реакции следует, что на образование 2 моль NO расходуется по 1 моль N2 и О2, т. е. на образование NO требуется в два раза меньше N2 и О2. Исходя из сказанного, можно предположить, что на образование 0,005 моль NO затрачивается по 0,0025 моль N2 и О2. Тогда конечные концентрации исходных веществ будут равны:
[N2]конечн. = [N2]исх. – 0,0025 =
= 0,049 – 0,0025 = 0,0465 моль/л;
[O2]конечн. = [O2]исх. - 0,0025 =
= 0,01 – 0,0025 = 0,0075 моль/л.
Ответ: [N2]конечн. = 0,0465 моль/л; [O2]конечн. = 0,0075 моль/л.
Задание 124.
Реакция идет по уравнению N2 + ЗН2 = 2NH3. Концентрации участвующих в ней веществ (моль/л): [N2] = 0,80; [H2] = 1,5; [NH3] = 0,10. Вычислите концентрацию водорода и аммиака [N2] = 0,5 моль/л. Ответ: [NH3] = 0,70 моль/л; [Н2) = =0,60 моль/л.
Решение:
Уравнение реакции имеет вид:
N2 + ЗН2 = 2NH3
Из уравнения следует, что из 1 моль N2 Образуется 2 моль NH3 и расходуется 3 моль Н2. Таким образом, при участии в реакции определённого количества азота образуется в два раза большее количество аммиака и прореагирует в три раза больше водорода. Рассчитаем количество азота, которое прореагировало: 0,80 – 0,50 = 0,30 моль. Рассчитаем количество аммиака, которое образовалось: 0,3 . 2 = 0,6 моль. Рассчитаем количество прореагировавшего водорода: 0,3 . 3 = 0,9 моль. Теперь рассчитаем конечные концентрации реагирующих веществ:
[NH3]конечн. = 0,10 + 0,60 = 0,70 моль;
[Н2]конечн. = 1,5 - 0,90 = 0,60 моль;
[N2]конечн. = 0,80 - 0,50 = 0,30 моль.
Ответ: [NH3] = 0,70 моль/л; [Н2) = =0,60 моль/л.
Скорость, температурный коэффициент скорости реакции
Задание 125.
Реакция идет по уравнению Н2 + I2 = 2НI. Константа скорости этой реакции при некоторой температуре равна 0,16. Исходные концентрации реагирующих веществ (моль/л): [Н2] = 0,04:
[I2] = 0,05. Вsчислите начальную скорость реакции и ее скорость при [H2] = 0,03 моль/л. Ответ: 3,2 . 10-4, 1,92 . 10-4
Решение:
Уравнение реакции имеет вид:
Н2 + I2 = 2НI
При исходных концентрациях реагирующих веществ, согласно закону действующих масс, скорость реакции будет равна при обозначении концентраций исходных веществ: [Н2] = a, [I2] = b.
Тогда
Vпр = kab = 0,16 . 0,04 . 0,05 = 3,2 . 10-4.
Рассчитаем количество водорода, которое вступило в реакцию, если концентрация его изменилась и стала 0,03 моль/л, получим: 0,04 - 0,03 = 0,01 моль. Из уравнения реакции следует, что водород и йод реагируют друг с другом в отношении 1 : 1, значит в реакцию вступило тоже 0,01 моль йода. Отсюда, конечная концентрация йода равна: 0,05 -0,01 = 0,04 моль. При новых концентрациях скорость прямой реакции будет равна:
Ответ: 3,2 . 10-4, 1,92 . 10-4.
Задание 126.
Вычислите, во сколько раз уменьшится скорость реакции, протекающей в газовой фазе, если понизить температуру от 120 до 80 °С. Температурный коэффициент скорости реакции З.
Решение:
Зависимость скорости химической реакции от температуры определяется эмпирическим правилом Вант-Гоффа по формуле:
Следовательно, скорость реакции ; при 800 °С меньше скорости реакции при 1200 °С в 81 раз.
