Как изменится скорость реакции при увеличении давления в 5 раз

Как изменится скорость реакции при увеличении давления в 5 раз

2.4 РЕШЕНИЕ ТИПОВЫХ ЗАДАЧ ПО ТЕМЕ “ХИМИЧЕСКАЯ КИНЕТИКА И ХИМИЧЕСКОЕ РАВНОВЕСИЕ”
(для нехимических специальностей)

1. Во сколько раз изменится скорость прямой реакции N 2 (г)+3Н2(г)2 NH 3 (г), если давление в системе увеличить в 2 раза?

Увеличение давления в системе в 2 раза равносильно уменьшению объема системы в 2 раза. При этом концентрации реагирующих веществ возрастут в 2 раза. Согласно закону действия масс, начальная скорость реакции равна v н = k · [ N 2 ] · [ H 2 ] 3 . После увеличения давления в 2 раза концентрации азота и водорода увеличатся в 2 раза, и скорость реакции станет равна v к = k · 2[ N 2 ] · 2 3 [ H 2 ] 3 = k · 32[ N 2 ] · [ H 2 ] 3 . Отношение v к. / v н показывает, как изменится скорость реакции после изменения давления. Следовательно, v к / v н =k · 32[ N 2 ] · [ H 2 ] 3 /( k · [ N 2 ] · [ H 2 ] 3 )=32. Ответ: скорость реакции увеличится в 32 раза.

2. В реакции С( т)+2 H 2 (г) CH 4 (г) концентрацию водорода уменьшили в 3 раза. Как изменится скорость реакции?

Согласно закону действия масс, начальная скорость реакции равна v н = k · [ H 2 ] 2 . После уменьшения концентрации водорода в 3 раза скорость станет равна v к = k · (1/3) 2 [ H 2 ] 2 =1/9 k [ H 2 ] 2 . После изменения концентрации водорода скорость изменится следующим образом: v к /vн=1/9 k [ H 2 ] 2 /( k [ H 2 ] 2 )=1/9. Ответ: скорость реакции уменьшится в 9 раз.

3. Во сколько раз возрастет скорость реакции при повышении температуры с 10 до 30 o С ( γ =3)?

При увеличении температуры с 10 до 30 o С скорость реакции в соответствии с правилом Вант-Гоффа возрастает:

v 2 / v 1 = γ ( t 2- t 1)/10 , где t 2 =30 o C , t 1 =10 o C , а v 2 и v 1 – скорости реакции при данных температурах. Получаем v 2 / v 1 =3 (30–10)/10 =3 2 = 9 т.е. скорость реакции увеличится в 9 раз. Ответ: 9.

4. Равновесие реакции 2 H 2 (г)+ O 2 (г)2 H 2 O (г) ; Δ H

1) повышении температуры; 2) уменьшении давления; 3) увеличении давления?

Все вещества в системе – газы. В соответствии с принципом Ле Шателье , повышение давления приводит к смещению равновесия в сторону реакции, приводящей к меньшему количеству молей газов, т.е. в сторону образования Н2О. Следовательно, повышение давления в системе смещает равновесие реакции вправо. Ответ: при увеличении давления.

5. В какую сторону сместится равновесие реакции 2 SO 2 (г)+ O 2 (г)2 SO 3 (г); Δ H

6. Определите константу равновесия реакции
NOCl 2 (г)+ NO (г) 2NOCl(г), если при некоторой температуре равновесные концентрации веществ составляют [NOCl2]=0,05; [NO]=0,55; [ NOCl ]=0,08 моль/ л .

Константа равновесия обратимой химической реакции равна отношению произведения равновесных концентраций продуктов к произведению равновесных концентраций исходных веществ. Значение каждой из концентраций должно быть возведено в степень, равную стехиометрическому коэффициенту перед соответствующим веществом в уравнении реакции. Поэтому

Задачи к разделу Химическая кинетика и равновесие химической реакции

Задача 1. Дайте определение понятию скорость химической реакции. Опишите количественно (где это можно), как влия­ют на скорость реакции внешние условия (концентрация, тем­пература, давление). Рассчитайте, во сколько раз изменится скорость реакции Н2+С12 = 2НС1 при увеличении давления в 2 раза;

Решение.

Скоростью химической реакции u называют число элементарных актов взаимодействия, в единицу времени, в единице объема для гомогенных реакций или на единице поверхности раздела фаз для гетерогенных реакций. Среднюю скорость химической реакции выражают изменением количества вещества n израсходованного или полученного вещества в единице объема V за единицу времени t. Концентрацию выражают в моль/л, а время в минутах, секундах или часах.

где C – концентрация, моль/л

Единица измерения скорости реакции моль/л·с

Если в некоторые моменты времени t1 и t2 концентрации одного из исходных веществ равна с1 и с2, то за промежуток времени Δt = t2 – t1 , Δc = c2 – c1

Если вещество расходуется, то ставим знак «-», если накапливается – «+»

Скорость химической реакции зависит от природы реагирующих веществ, концентрации, температуры, присутствия катализаторов, давления (с участием газов), среды (в растворах), интенсивности света (фотохимические реакции).

Зависимость скорости реакции от природы реагирующих веществ. Каждому химическому процессу присуще определенное значение энергии активации Еа. Причем, скорость реакции. тем больше, чем меньше энергия активации.

Скорость зависит от прочности химических связей в исходных веществах. Если эти связи прочные, то Еа велика, например N2 + 3H2 = 2NH3, то скорость взаимодействия мала. Если Еа равна нулю, то реакция протекает практически мгновенно, например:

HCl (раствор) + NaOH (раствор) = NaCl (раствор) + H2O.

Закон действующих масс. Скорость элементарной гомогенной химической реакции прямо пропорциональна произведению концентраций реагентов, взятых в степенях, равных их стехиометрическим коэффициентам.

Для реакции аА + bB = cC + dD

где [A] и [B] – концентрации веществ А и В в моль/л,

k – константа скорости реакции.

Концентрации твердых веществ, в случае гетерогенной реакции в кинетическое уравнение не включают.

Зависимость скорости реакции от концентрации реагирующих веществ определяется законом действующих масс:

Очевидно, что с увеличением концентраций реагирующих веществ, скорость реакции увеличивается, т.к. увеличивается число соударений между участвующими в реакции веществами. Причем, важно учитывать порядок реакции: если реакция имеет первый порядок по некоторому реагенту, то ее скорость прямо пропорциональна концентрации этого вещества. Если реакция имеет второй порядок по какому-либо реагенту, то удвоение его концентрации приведет к росту скорости реакции в 2 2 = 4 раза, а увеличение концентрации в 3 раза ускорит реакцию в 3 2 = 9 раз.

Зависимость скорости от температуры. Правило Вант-Гоффа: Скорость большинства химических реакций при повышении температуры на 10° увеличивается от 2 до 4 раз.

υТ2 – скорость реакции при температуре t2, υТ1 – скорость реакции при температуре t1, γ — температурный коэффициент (γ = 2¸4).

Влияние катализаторов. Катализаторы увеличивают скорость реакции (положительный катализ). Скорость реакции растет, так как уменьшается энергия активации реакции в присутствии катализатора. Уменьшение энергии активации обусловлено тем, что в присутствии катализатора реакция протекает в несколько стадий с образованием промежуточных продуктов, и эти стадии характеризуются малыми значениями энергии активации.

Ингибиторы замедляют скорость реакции (отрицательный катализ).

При увеличении давления в 2 раза концентрация веществ увеличится тоже в 2 раза и скорость реакции станет равна:

υпрям возрастает в 4 раза.

Задача 2. При установлении равновесия Fe2O3 (т) + 3CO (г) = 2Fe (т) + 3CO2 (г) концентрация [CO] = 1 моль/л и [CO2] = 2 моль/л. Вычислите исходную концентрацию [CO]исх, если начальная концентрация CO2 равна нулю.

Решение.

3 моля СО2 образуется, если в реакцию вступают 3 моля СО,

х = 2 моль, ⇒ исходная концентрация [CO]исх = [CO]pавн + 2 моль = 1 + 2 = 3 моль.

Задача 3.Температурный коэффициент реакции равен 2,5. Как изменится ее скорость при охлаждении реакционной смеси от изменения температуры от 50 °С до 30 °С?

Решение.

Воспользуемся правилом Вант-Гоффа

Скорость реакции уменьшится в 6,25 раз

Задача 4. Рассчитайте скорость реакции между растворами хлорида калия и нитрата серебра, концентрации которых составляют соответственно 0,2 и 0,3 моль/л, а k=1,5∙10 -3 л∙моль -1 ∙с -1

Читать еще:  Горячая голова и холодные конечности у ребенка

Решение.

Скорость прямой реакции равна:

v = 1,5∙10 -3 · 0,2 · 0,3 = 9·10 -5 моль/л·с

Таким образом скорость реакции равна v = 9·10 -5 моль/л·с

Задача 5. Как следует изменить концентрацию кислорода, чтобы скорость гомогенной элементарной реакции: 2 NО(г) +O2(г) → 2 NО2(г) не изменилась при уменьшении концентрации оксида азота (II) в 2 раза?

Решение .

Скорость прямой реакции равна:

При уменьшении концентрации NО в 2 раза скорость прямой реакции станет равной:

т.е. скорость реакции уменьшится в 4 раза:

Чтобы скорость реакции не изменилась концентрацию кислорода надо увеличить в 4 раза.

Задача 6. При увеличении температуры с 30 до 45 о С скорость гомогенной реакции повысилась в 20 раз. Чему равна энергия активации реакции?
Решение.
Применяя уравнение Аррениуса, получим:
ln 20 = Ea/8,31 · (1/303 – 1/318),
отсюда

Ea = 160250 Дж = 160,25 кДж

Задача 7. Константа скорости реакции омыления уксусноэтилового эфира: СН3СООС2Н5(р-р) + КОН(р-р)→СН3СООК (р-р)2Н5ОН(р-р) равна 0,1 л/моль∙мин. Начальная концентрация уксусноэтилового эфира была равна 0,01 моль/л, а щелочи – 0,05 моль/л. Вычислите начальную скорость реакции и в тот момент, когда концентрация эфира станет равной 0,008 моль/л.

Решение.

Скорость прямой реакции равна:

В тот момент, когда концентрация эфира станет равной 0,008 моль/л, его расход составит

Значит, в этот момент щелочи также израсходовалось [КОН]расход = 0,002 моль/л и ее концентрация станет равной

[КОН]кон = 0,05 – 0,002 = 0,048 моль/л

Вычислим скорость реакции в тот момент, когда концентрация эфира станет равной 0,008 моль/л, а щелочи 0,048 моль/л

υкон = 0,1·0,008·0,048 = 3,84·10 -5 моль/л·мин

Задача 8. Как следует изменить объем реакционной смеси системы:
8NH3(г) + 3Br2(ж)→6NH4Br(к) + N2(г), чтобы скорость реакции уменьшилась в 60 раз?

Решение.

Чтобы уменьшить скорость реакции необходимо увеличить объем системы, т.е. уменьшить давление и, тем самым, уменьшить концентрацию газообразного компонента — NH3. Концентрация Br2 при этом останется постоянной.

Начальная скорость прямой реакции была равна:

при увеличении концентрации аммиака скорость прямой реакции стала равной:

После сокращения всех постоянных, получаем

Таким образом, чтобы уменьшить скорость реакции в 60 раз, надо увеличить объем в 1,66 раз.

Задача 9. Как повлияет на выход хлора в системе:
4HCl(г) +O2(г) ↔2Cl2(г) + 2H2О(ж); ΔН о 298 =−202,4кДж
а) повышение температуры; b) уменьшение общего объема смеси; c) уменьшение концентрации кислорода; d) введение катализатора?

Решение.

  1. ΔН о 298 ˂ 0, следовательно, реакция экзотермическая, поэтому, согласно принципу Ле-Шателье, при повышении температуры равновесие сместится в сторону образования исходных веществ (влево), т.е. выход хлора уменьшится.
  2. При уменьшении давления, равновесие смещается в сторону реакции, идущей с увеличением числа молекул газообразных веществ. В данном случае в равновесие смещается сторону образования исходных веществ (влево), т.е. выход хлора также уменьшится.
  3. Уменьшение концентрации кислорода также будет способствовать смещению равновесия влево и уменьшению выхода хлора.
  4. Внесение катализатора в систему приводит к увеличению скорости как прямой, так и обратной реакций. При этом, изменяется скорость достижения состояния равновесия, но при этом константа равновесия не меняется и смещения равновесия не происходит. Выход хлора останется неизменным.

Задача 10. В системе: PCl5 ↔ PCl3 + Cl2
равновесие при 500 о С установилось, когда исходная концентрация PCl5, равная 1 моль/л, уменьшилась до 0,46 моль/л. Найдите значение константы равновесия при указанной температуре.

Решение.

Запишем выражение для константы равновесия:

Найдем количество PCl5, которое расходуется на образование PCl3 и Cl2 и их равновесные концентрации.

Из уравнения реакции:

Из 1 моль PCl5 образуется 1 моль PCl3

Из 0,54 моль PCl5 образуется x моль PCl3

Аналогично, из 1 моль PCl5 образуется 1 моль Cl2

из 0,54 моль PCl5 образуется у моль Cl2

Задача 11. Константа равновесия реакции: СОСl2(г) ↔ СО(г)+С12(г) равна 0,02. Исходная концентрация СОCl2 составила 1,3 моль/л. Рассчитайте равновесную концентрацию Сl2. Какую исходную концентрацию СОCl2 следует взять, чтобы увеличить выход хлора в 3 раза?

Решение.

Запишем выражение для константы равновесия:

Подставим значения в выражение для константы равновесия

Преобразим выражение в квадратное уравнение

х 2 + 0,02х – 0,026 = 0

Решая уравнение, находим

Увеличив выход хлора в 3 раза получим:

Исходная концентрация [СОСl2]исх2 при этом значении Cl2 равна:

[СОСl2]равн2 = 0,45·0,45/0,02 = 10,125 моль/л

[СОСl2]исх2 = 10,125 + 0,45 = 10,575 моль/л

Таким образом, чтобы увеличить выход хлора в 3 раза, исходная концентрация СОCl2 должна быть равна [СОСl2]исх2 = 10,575 моль/л

Задача 12. Равновесие в системе H2(г)+ I2(г)↔ 2HI(г) установилось при следующих концентрациях участников реакции: HI – 0,05 моль/л, водорода и иода – по 0,01 моль/л. Как изменятся концентрации водорода и иода при повышении концентрации HI до 0,08 моль/л?

Решение.

Найдем значение константы равновесия данной реакции:

К = 0,05 2 ̸ 0,01 · 0,01 = 25

При увеличении концентрации HI до 0,08 моль/л, равновесие сместится в сторону образования исходных веществ.

Из уравнения реакции видно, что образуется 2 моль HI, 1 моль H2 и 1 моль I2.

Обозначим новые равновесные концентрации через неизвестную х.

Найдем х с помощью выражения для константы равновесия:

К = (0,08 — 2х) 2 ̸ [(0,01 + х) · (0,01 + х)] = 25

Решая уравнения находим:

Задача 13. Для реакции: FeO(к) + CO(г)↔Fe(к) + CO2(г) константа равновесия при 1000 о С равна 0,5. Начальные концентрации СО и СО2 были соответственно равны 0,05 и 0,01 моль/л. Найдите их равновесные концентрации.

Решение.

Запишем выражение для константы равновесия:

Пусть равновесные концентрации равны:

Подставим значения в выражение для константы равновесия:

Решая уравнение, найдем х:

[СО]равн = 0,05 – 0,01 = 0,04 моль/л

ПРИМЕРЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ

Задача 1.Рассчитайте скорость реакции между растворами хлорида калия и нитрата серебра, концентрации которых составляют соответственно 0,2 и 0,3 моль/л, а k=1,5∙10 -3 л∙моль -1 ∙с -1 .

Скорость прямой реакции равна:

υ = 1,5∙10 -3 · 0,2 · 0,3 = 9·10 -5 моль/л·с

Таким образом, скорость реакции равна v = 9·10-5 моль/л·с

Задача 2.Рассчитайте, во сколько раз изменится скорость реакции Н2+Сl2 = 2НСl при увеличении давления в 2 раза.

При увеличении давления в 2 раза концентрация веществ увеличится тоже в 2 раза, и скорость реакции станет равна:

Тогда скорость реакции возрастает в 4 раза.

Задача 3.Температурный коэффициент реакции равен 2,5. Как изменится ее скорость при нагревании реакционной смеси от 30 °С до 50 °С?

Воспользуемся правилом Вант-Гоффа:

Скорость реакции увеличится в 6,25 раз

Задача 4.При установившемся равновесии в реакции Fe2O3(т)+ 3CO(г) = 2Fe(т) +3CO2(г), равновесные концентрации составили: [CO]=1 моль/л и [CO2]= 2 моль/л. Вычислите исходную концентрацию [CO]исх. Чему равна константа равновесия?

Читать еще:  Давление в катализаторе

3 моль СО2 образуется, если в реакцию вступают 3 моль СО,

Значит исходная концентрация [CO]исх = [CO]pавн + 2 моль =1+2=3 моль.

Задача 5.Для реакции FeO(к) + CO(г) ↔ Fe(к) + CO2(г) константа равновесия при 1000 0 С равна 0,5. Начальные концентрации СО и СО2 были соответственно равны 0,05 и 0,01 моль/л. Найдите их равновесные концентрации.

FeO(к) + CO(г)↔Fe(к) + CO2(г)

Запишем выражение для константы равновесия:

Пусть равновесные концентрации равны:

[СО]равн = (0,05 – х) моль/л

[СО2]равн = (0,01 + х) моль/л

Подставим значения в выражение для константы равновесия:

К = (0,01 + х)/(0,05 – х) = 0,5

Решая уравнение, найдем х:

[СО]равн = 0,05 – 0,01 = 0,04 моль/л

[СО2]равн = 0,01 + 0,01 = 0,02 моль/л

Задача 5. Как повлияет на смещение равновесия в системе
4HCl(г) +O2(г) ↔2Cl2(г) +2H2О(ж); ΔН 0 298 =−202,4кДж: а) повышение температуры; b) уменьшение общего объема смеси; c) уменьшение концентрации кислорода; d) введение катализатора?

ΔН 0 298 ˂ 0, следовательно, реакция экзотермическая, поэтому, согласно принципу Ле-Шателье, при повышении температуры равновесие сместится в сторону образования исходных веществ -влево.

При уменьшении давления, равновесие смещается в сторону реакции, идущей с увеличением числа молекул газообразных веществ. В данном случае в равновесие смещается сторону образования исходных веществ — влево.

Уменьшение концентрации кислорода как исходног вещества также будет способствовать смещению равновесия влево и уменьшению выхода хлора.

Внесение катализатора в систему приводит к увеличению скорости как прямой, так и обратной реакций. При этом, изменяется скорость достижения состояния равновесия, но при этом константа равновесия не меняется и смещения равновесия не происходит.

93.79.221.197 © studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам | Обратная связь.

Отключите adBlock!
и обновите страницу (F5)

очень нужно

Как изменится скорость реакции при увеличении давления в 5 раз

Владельцы сайта

  • Галина Пчёлкина

Образцы решений задач по теме «Скорость химической реакции»

Реакция протекает по уравнению А+В = 2С. Начальная концентрация вещества А равна 0,22 моль/л, а через 10 с — 0,215 моль/л. Вычислите среднюю скорость реакции.

Используем формулу для расчёта

υ = ± ΔС/Δτ = ± (0,215-0,22)/(10-0) = 0,0005 моль/л ∙ с

Вычислите, во сколько раз увеличится скорость реакции при повышении температуры от 30 до 70 ∘ С, если температурный коэффициент скорости равен 2.

По правилу Вант-Гоффа

По условию задачи требуется определить υ/υ:

Запишите кинетическое уравнение для следующих уравнений реакций:

Согласно закону действующих масс, который действует для газов и жидкостей:

Как изменится скорость реакции:

при увеличении давления в системе в 4 раза?

  • Запишем кинетическое уравнение для реакции до повышения давления в системе. Обозначим концентрацию кислорода

С(О2) = а, концентрация серы — твёрдого вещества не учитывается.

  • При повышении давления в 4 раза, объём уменьшается в 4 раза, следовательно концентрация газа кислорода увеличится в 4 раза и кинетическое уравнение примет вид:
  • Определяем, во сколько раз возрастёт скорость реакции:

Как изменится скорость реакции:

при увеличении давления в системе в 2 раза?

  • Запишем кинетическое уравнение для реакции до повышения давления в системе. Обозначим концентрацию SO2

С(SО2) = а, концентрация кислорода C(O2) = b.

  • При повышении давления в 2 раза, объём уменьшается в 2 раза, следовательно концентрация газа кислорода и SO2 увеличится в 2 раза и кинетическое уравнение примет вид:
  • Определяем, во сколько раз возрастёт скорость реакции:

При температуре 10 ºС реакция протекает за 5 мин, при 20ºС – за 1 мин. Рассчитайте температурный коэффициент скорости реакции.

Задачи к разделу Химическая кинетика и равновесие химической реакции

Задача 1. Дайте определение понятию скорость химической реакции. Опишите количественно (где это можно), как влия­ют на скорость реакции внешние условия (концентрация, тем­пература, давление). Рассчитайте, во сколько раз изменится скорость реакции Н2+С12 = 2НС1 при увеличении давления в 2 раза;

Решение.

Скоростью химической реакции u называют число элементарных актов взаимодействия, в единицу времени, в единице объема для гомогенных реакций или на единице поверхности раздела фаз для гетерогенных реакций. Среднюю скорость химической реакции выражают изменением количества вещества n израсходованного или полученного вещества в единице объема V за единицу времени t. Концентрацию выражают в моль/л, а время в минутах, секундах или часах.

где C – концентрация, моль/л

Единица измерения скорости реакции моль/л·с

Если в некоторые моменты времени t1 и t2 концентрации одного из исходных веществ равна с1 и с2, то за промежуток времени Δt = t2 – t1 , Δc = c2 – c1

Если вещество расходуется, то ставим знак «-», если накапливается – «+»

Скорость химической реакции зависит от природы реагирующих веществ, концентрации, температуры, присутствия катализаторов, давления (с участием газов), среды (в растворах), интенсивности света (фотохимические реакции).

Зависимость скорости реакции от природы реагирующих веществ. Каждому химическому процессу присуще определенное значение энергии активации Еа. Причем, скорость реакции. тем больше, чем меньше энергия активации.

Скорость зависит от прочности химических связей в исходных веществах. Если эти связи прочные, то Еа велика, например N2 + 3H2 = 2NH3, то скорость взаимодействия мала. Если Еа равна нулю, то реакция протекает практически мгновенно, например:

HCl (раствор) + NaOH (раствор) = NaCl (раствор) + H2O.

Закон действующих масс. Скорость элементарной гомогенной химической реакции прямо пропорциональна произведению концентраций реагентов, взятых в степенях, равных их стехиометрическим коэффициентам.

Для реакции аА + bB = cC + dD

где [A] и [B] – концентрации веществ А и В в моль/л,

k – константа скорости реакции.

Концентрации твердых веществ, в случае гетерогенной реакции в кинетическое уравнение не включают.

Зависимость скорости реакции от концентрации реагирующих веществ определяется законом действующих масс:

Очевидно, что с увеличением концентраций реагирующих веществ, скорость реакции увеличивается, т.к. увеличивается число соударений между участвующими в реакции веществами. Причем, важно учитывать порядок реакции: если реакция имеет первый порядок по некоторому реагенту, то ее скорость прямо пропорциональна концентрации этого вещества. Если реакция имеет второй порядок по какому-либо реагенту, то удвоение его концентрации приведет к росту скорости реакции в 2 2 = 4 раза, а увеличение концентрации в 3 раза ускорит реакцию в 3 2 = 9 раз.

Зависимость скорости от температуры. Правило Вант-Гоффа: Скорость большинства химических реакций при повышении температуры на 10° увеличивается от 2 до 4 раз.

υТ2 – скорость реакции при температуре t2, υТ1 – скорость реакции при температуре t1, γ — температурный коэффициент (γ = 2¸4).

Влияние катализаторов. Катализаторы увеличивают скорость реакции (положительный катализ). Скорость реакции растет, так как уменьшается энергия активации реакции в присутствии катализатора. Уменьшение энергии активации обусловлено тем, что в присутствии катализатора реакция протекает в несколько стадий с образованием промежуточных продуктов, и эти стадии характеризуются малыми значениями энергии активации.

Читать еще:  Давление 106 на 61 беременность

Ингибиторы замедляют скорость реакции (отрицательный катализ).

При увеличении давления в 2 раза концентрация веществ увеличится тоже в 2 раза и скорость реакции станет равна:

υпрям возрастает в 4 раза.

Задача 2. При установлении равновесия Fe2O3 (т) + 3CO (г) = 2Fe (т) + 3CO2 (г) концентрация [CO] = 1 моль/л и [CO2] = 2 моль/л. Вычислите исходную концентрацию [CO]исх, если начальная концентрация CO2 равна нулю.

Решение.

3 моля СО2 образуется, если в реакцию вступают 3 моля СО,

х = 2 моль, ⇒ исходная концентрация [CO]исх = [CO]pавн + 2 моль = 1 + 2 = 3 моль.

Задача 3.Температурный коэффициент реакции равен 2,5. Как изменится ее скорость при охлаждении реакционной смеси от изменения температуры от 50 °С до 30 °С?

Решение.

Воспользуемся правилом Вант-Гоффа

Скорость реакции уменьшится в 6,25 раз

Задача 4. Рассчитайте скорость реакции между растворами хлорида калия и нитрата серебра, концентрации которых составляют соответственно 0,2 и 0,3 моль/л, а k=1,5∙10 -3 л∙моль -1 ∙с -1

Решение.

Скорость прямой реакции равна:

v = 1,5∙10 -3 · 0,2 · 0,3 = 9·10 -5 моль/л·с

Таким образом скорость реакции равна v = 9·10 -5 моль/л·с

Задача 5. Как следует изменить концентрацию кислорода, чтобы скорость гомогенной элементарной реакции: 2 NО(г) +O2(г) → 2 NО2(г) не изменилась при уменьшении концентрации оксида азота (II) в 2 раза?

Решение .

Скорость прямой реакции равна:

При уменьшении концентрации NО в 2 раза скорость прямой реакции станет равной:

т.е. скорость реакции уменьшится в 4 раза:

Чтобы скорость реакции не изменилась концентрацию кислорода надо увеличить в 4 раза.

Задача 6. При увеличении температуры с 30 до 45 о С скорость гомогенной реакции повысилась в 20 раз. Чему равна энергия активации реакции?
Решение.
Применяя уравнение Аррениуса, получим:
ln 20 = Ea/8,31 · (1/303 – 1/318),
отсюда

Ea = 160250 Дж = 160,25 кДж

Задача 7. Константа скорости реакции омыления уксусноэтилового эфира: СН3СООС2Н5(р-р) + КОН(р-р)→СН3СООК (р-р)2Н5ОН(р-р) равна 0,1 л/моль∙мин. Начальная концентрация уксусноэтилового эфира была равна 0,01 моль/л, а щелочи – 0,05 моль/л. Вычислите начальную скорость реакции и в тот момент, когда концентрация эфира станет равной 0,008 моль/л.

Решение.

Скорость прямой реакции равна:

В тот момент, когда концентрация эфира станет равной 0,008 моль/л, его расход составит

Значит, в этот момент щелочи также израсходовалось [КОН]расход = 0,002 моль/л и ее концентрация станет равной

[КОН]кон = 0,05 – 0,002 = 0,048 моль/л

Вычислим скорость реакции в тот момент, когда концентрация эфира станет равной 0,008 моль/л, а щелочи 0,048 моль/л

υкон = 0,1·0,008·0,048 = 3,84·10 -5 моль/л·мин

Задача 8. Как следует изменить объем реакционной смеси системы:
8NH3(г) + 3Br2(ж)→6NH4Br(к) + N2(г), чтобы скорость реакции уменьшилась в 60 раз?

Решение.

Чтобы уменьшить скорость реакции необходимо увеличить объем системы, т.е. уменьшить давление и, тем самым, уменьшить концентрацию газообразного компонента — NH3. Концентрация Br2 при этом останется постоянной.

Начальная скорость прямой реакции была равна:

при увеличении концентрации аммиака скорость прямой реакции стала равной:

После сокращения всех постоянных, получаем

Таким образом, чтобы уменьшить скорость реакции в 60 раз, надо увеличить объем в 1,66 раз.

Задача 9. Как повлияет на выход хлора в системе:
4HCl(г) +O2(г) ↔2Cl2(г) + 2H2О(ж); ΔН о 298 =−202,4кДж
а) повышение температуры; b) уменьшение общего объема смеси; c) уменьшение концентрации кислорода; d) введение катализатора?

Решение.

  1. ΔН о 298 ˂ 0, следовательно, реакция экзотермическая, поэтому, согласно принципу Ле-Шателье, при повышении температуры равновесие сместится в сторону образования исходных веществ (влево), т.е. выход хлора уменьшится.
  2. При уменьшении давления, равновесие смещается в сторону реакции, идущей с увеличением числа молекул газообразных веществ. В данном случае в равновесие смещается сторону образования исходных веществ (влево), т.е. выход хлора также уменьшится.
  3. Уменьшение концентрации кислорода также будет способствовать смещению равновесия влево и уменьшению выхода хлора.
  4. Внесение катализатора в систему приводит к увеличению скорости как прямой, так и обратной реакций. При этом, изменяется скорость достижения состояния равновесия, но при этом константа равновесия не меняется и смещения равновесия не происходит. Выход хлора останется неизменным.

Задача 10. В системе: PCl5 ↔ PCl3 + Cl2
равновесие при 500 о С установилось, когда исходная концентрация PCl5, равная 1 моль/л, уменьшилась до 0,46 моль/л. Найдите значение константы равновесия при указанной температуре.

Решение.

Запишем выражение для константы равновесия:

Найдем количество PCl5, которое расходуется на образование PCl3 и Cl2 и их равновесные концентрации.

Из уравнения реакции:

Из 1 моль PCl5 образуется 1 моль PCl3

Из 0,54 моль PCl5 образуется x моль PCl3

Аналогично, из 1 моль PCl5 образуется 1 моль Cl2

из 0,54 моль PCl5 образуется у моль Cl2

Задача 11. Константа равновесия реакции: СОСl2(г) ↔ СО(г)+С12(г) равна 0,02. Исходная концентрация СОCl2 составила 1,3 моль/л. Рассчитайте равновесную концентрацию Сl2. Какую исходную концентрацию СОCl2 следует взять, чтобы увеличить выход хлора в 3 раза?

Решение.

Запишем выражение для константы равновесия:

Подставим значения в выражение для константы равновесия

Преобразим выражение в квадратное уравнение

х 2 + 0,02х – 0,026 = 0

Решая уравнение, находим

Увеличив выход хлора в 3 раза получим:

Исходная концентрация [СОСl2]исх2 при этом значении Cl2 равна:

[СОСl2]равн2 = 0,45·0,45/0,02 = 10,125 моль/л

[СОСl2]исх2 = 10,125 + 0,45 = 10,575 моль/л

Таким образом, чтобы увеличить выход хлора в 3 раза, исходная концентрация СОCl2 должна быть равна [СОСl2]исх2 = 10,575 моль/л

Задача 12. Равновесие в системе H2(г)+ I2(г)↔ 2HI(г) установилось при следующих концентрациях участников реакции: HI – 0,05 моль/л, водорода и иода – по 0,01 моль/л. Как изменятся концентрации водорода и иода при повышении концентрации HI до 0,08 моль/л?

Решение.

Найдем значение константы равновесия данной реакции:

К = 0,05 2 ̸ 0,01 · 0,01 = 25

При увеличении концентрации HI до 0,08 моль/л, равновесие сместится в сторону образования исходных веществ.

Из уравнения реакции видно, что образуется 2 моль HI, 1 моль H2 и 1 моль I2.

Обозначим новые равновесные концентрации через неизвестную х.

Найдем х с помощью выражения для константы равновесия:

К = (0,08 — 2х) 2 ̸ [(0,01 + х) · (0,01 + х)] = 25

Решая уравнения находим:

Задача 13. Для реакции: FeO(к) + CO(г)↔Fe(к) + CO2(г) константа равновесия при 1000 о С равна 0,5. Начальные концентрации СО и СО2 были соответственно равны 0,05 и 0,01 моль/л. Найдите их равновесные концентрации.

Решение.

Запишем выражение для константы равновесия:

Пусть равновесные концентрации равны:

Подставим значения в выражение для константы равновесия:

Решая уравнение, найдем х:

[СО]равн = 0,05 – 0,01 = 0,04 моль/л

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector