Задача 325.
Найти значение константы скорости реакции А + В ⇒ АВ, если при концентрациях веществ А и В, равных соответственно 0,05 и 0,01 моль/л, скорость реакции равна 5 .
10 -5 моль/(л. мин).
Решение:
Скорость
химической реакции выражается уравнением:
v- , k - константа скорости реакции
Ответ : 0,1/моль. мин.
Задача 326.
Во сколько раз изменится скорость реакции 2А + В ⇒ А 2 В, если концентрацию вещества А увеличить в 2 раза, а концентрацию вещества В уменьшить в 2 раза?
Решение:
v- , k - константа скорости реакции , [A] и [B] – концентрации исходных веществ.
Вследствие увеличения концентрации вещества А в 2 раза и уменьшения концентрации вещества В в 2 раза скорость реакции будет выражаться уравнением:
Сравнивая выражения для v и v" , находим, что скорость реакции увеличилась в 2 раза.
Ответ: увеличилась в 2 раза.
Задача 327.
Во сколько раз следует увеличить концентрацию вещества В 2 в системе
2А 2(г) + В 2(г) = 2А 2 В, чтобы при уменьшении концентрации вещества А в 4 раза скорость прямой реакции не изменилась?
Решение:
Концентрацию вещества А уменьшили в 4 раза. Изменение концентрации вещества В обозначим через x
. Тогда до изменения концентрации вещества А скорость реакции можно выразить уравнением:
v-, k - константа скорости реакции
, [A] и [B] – концентрации исходных веществ.
После изменения концентрации вещества А 2 скорость реакции будет выражаться уравнением:
По условию задачи v = v" или
Таким образом, следует увеличить в 16 раз концентрацию вещества В 2 в системе 2А 2(г) + В 2(г) = 2А 2 В, чтобы при уменьшении концентрации вещества А 2 в 4 раза скорость прямой реакции не изменилась.
Ответ : в 16 раз.
Задача 328.
В два сосуда одной и той же вместимости введены: в первый - 1 моль газа А и 2 моля газа В, во второй 2 моля газа А и 1 моль газа В. Температура в обоих сосудах одинакова. Будет ли различаться скорость реакции между газами А и В в этих сосудах, если скорость реакции выражается: а) уравнением б) уравнением
Решение:
а) Если скорость реакции выражается уравнением , то, учитывая концентрации веществ А и В в сосудах, запишем выражения скоростей реакции для сосудов:
Таким образом,
б) Если скорость реакции выражается уравнением , то, учитывая концентрации веществ А и В в сосудах, запишем выражения скоростей реакции для сосудов:
Таким образом, 
Ответ : а) нет, б) да.
Задача 329.
Через некоторое время после начала реакции 3А+В ⇒
2С+D концентрации веществ составляли: [А] = 0,03 моль/л; [В] =0,01 моль/л; [С] = 0,008 моль/л. Каковы исходные концентрации веществ А и В?
Решение:
Для нахождения концентраций веществ А и В учтём, что, согласно уравнению реакции, из 3 молей вещества А и 1 моля вещества В образуется 1 моль вещества С. Поскольку по условию задачи в каждом литре системы образовалось 0,008 молей вещества С, то при этом было израсходовано 0,012 моля вещества А (3/2 .
0,008 = 0.012) и 0,004 моля вещества В (1/2 .
0,008 = 0,004). Таким образом исходные концентрации веществ А и В будут равны:
[A] 0 = 0,03 + 0,012 = 0,042 моль/л;
[B] 0 = 0,01 + 0,004 = 0,014 моль/л.
Ответ: [A] 0 = 0,042 моль/л; [B] 0 = 0,014 моль/л.
Задача 330
.
В системе СО + С1 2 = СОС1 2 концентрацию увеличили от 0,03 до 0,12 моль/л, а концентрацию хлора от 0,02 до 0,06 моль/л. Во сколько раз возросла скорость прямой реакции?
Решение:
До изменения концентрации скорость реакции можно выразить уравнением:
v- скорость реакции, k - константа скорости реакции, [СО] и – концентрации исходных веществ.
После увеличения концентрации реагирующих веществ скорость реакции равна:
Рассчитаем, во сколько раз возросла скорость реакции:
Ответ : в 12 раз.
1. В сосуде смешали газ А количеством вещества 4,5 моль и газ В количеством вещества 3 моль. Газы А и В реагируют в соответствии с уравнением А + В = С. Через некоторое время в системе образовался газ С количеством вещества 2 моль. Какие количества непрореагировавших газов А и В остались в системе?
Из уравнения реакции следует, что:
Dn(A) = Dn(B) = Dn(C) = 2 моль,
где Dn ‑ изменение количества вещества в ходе реакции.
Следовательно, в сосуде осталось:
n 2 (A) = n 1 (А) - Dn(A); n 2 (A) = (4,5 - 2) моль = 2,5 моль;
n 2 (B) = n 1 (B) - Dn(B); n 2 (B) = (3 - 2) моль = 1 моль.
2. Реакция протекает по уравнению: 2A + B ⇄ C и имеет второй порядок по веществу А и первый по веществу B. В начальный момент времени скорость реакции равна 15 моль/л×с. Рассчитать константу скорости и скорость прямой реакции в тот момент, когда прореагирует 50% вещества B, если начальные концентрации равны: С(A) = 10 моль/л; С(B) = 5 моль/л. Как изменится скорость химической реакции?
С(B), вступившего в реакцию, равна:
С(B) = 0,5·5 = 2,5 моль/л.
Соответственно С(A), вступившего в реакцию, равна:
2 моль/л A - 1 моль/л B
С(A) - 2,5 моль/л B
С(A) и С(B) после протекания реакции:
С(A) = 10 - 5 = 5 моль/л,
С(B) = 5 - 2,5 = 2,5 моль/л.
Скорость прямой реакции будет равна:
Скорость химической реакции изменится:
т. е. уменьшится в 8 раз.
3. Реакция между веществами А и В выражается уравнением: А + 2В = С и имеет первый порядок по веществу А и второй по веществу B. Начальные концентрации веществ равны: С(А) = 2 моль/л; С(В) = 4 моль/л; константа скорости равна 1,0. Найти начальную скорость реакции и скорость по истечении некоторого времени, когда концентрация вещества А уменьшится на 0,3 моль/л.
Согласно закону действующих масс:
Если концентрация вещества А уменьшится на 0,3 моль/л, то концентрация вещества В уменьшится на 0,3×2 = 0,6 моль/л. После протекания реакции концентрации равны:
4. Скорости прямой и обратной газофазных реакций, протекающих в замкнутом сосуде, выражаются уравнениями:
Согласно закону действующих масс, скорости прямой и обратной реакций при начальных условиях равны:
Увеличение давления в 3 раза для газообразных систем приводит к уменьшению объема газовой смеси в 3 раза, во столько же раз увеличатся концентрации всех трех газов, и скорости обеих реакций станут соответственно равны:
Отношения скоростей реакций составляют:
Таким образом, скорость прямой реакции увеличится в 27 раз, обратной - в 9.
5. Реакция при температуре 50 0 С протекает за 2 мин 15 с. За какое время закончится эта реакция при температуре 70 0 С, если в данном температурном интервале температурный коэффициент скорости gравен 3?
При увеличении температуры от 50 до 70 0 С скорость реакции в соответствии с правилом Вант-Гоффа возрастает:
где = 70 0 С, = 50 0 С, a и - скорости реакции при данных температурах.
Получаем:
т.е. скорость реакции увеличивается в 9 раз.
В соответствии с определением, время реакции обратно пропорционально скорости протекания реакции, следовательно:
где и - время реакции при температурах и .
Отсюда получаем:
Учитывая, что = 135 с (2 мин 15 с), определяем время реакции при температуре :
6. Во сколько раз увеличится скорость химической реакции при повышении температуры от = 10 0 C до = 80 0 С, если температурный коэффициент скорости g равен 2?
Из правила Вант-Гоффа:
Скорость реакции увеличится в 128 раз.
7. При изучении кинетики выведения лекарственного препарата из организма больного было установлено, что за 3 часа в организме пациента осталось 50% от исходного количества лекарственного средства. Определить период полувыведения и константу скорости реакции выведения препарата из организма человека, если известно, что это реакция первого порядка.
Так как за данный промежуток времени из организма было выведено 50% препарата, то t 1/2 = 3 часа. Константу скорости реакции рассчитаем из уравнения:
8. При лабораторных исследованиях водных растворов лекарственного средства было установлено, что вследствие гидролиза концентрация препарата за сутки уменьшилась от 0,05 моль/л до 0,03 моль/л. Вычислить период полупревращения реакции гидролиза препарата.
Так как реакции гидролиза обычно протекают при значительном избытке воды, то ее концентрацию можно постоянной. Следовательно, в ходе реакции изменяется только концентрация препарата и реакцию гидролиза можно считать реакцией первого порядка.
Значение константы скорости реакции найдем из уравнения:
9. Период полувыведения препарата из организма больного (реакция первого порядка) равен 5 часам. Определить время, за которое из организма будет выведено 75% препарата.
При выведении из организма 75% препарата отношение С/С 0 составит 0,25. В данном случае удобно воспользоваться формулой:
,
10. Константа скорости реакции гидролиза сахарозы равна 2,31×10 - 3 ч - 1 . Рассчитать:
1) период полупревращения реакции;
2) время, за которое гидролизу подвергнется 20% сахарозы;
3) какая часть глюкозы подвергнется гидролизу через 5 суток.
1. Период полупревращения равен:
2. После того, как гидролизу подвергнется 20% сахарозы, отношение С/С 0 составит 0,8. Следовательно:
3. Через 5 суток (120 часов) отношение С/С 0 составит:
Следовательно, гидролизу подверглось 24% глюкозы.
11. В ходе некоторой реакции первого порядка за 30 мин превращению подвергается 60% исходного количества вещества. Определить, какая часть вещества останется через 1 час.
1. Через 30 минут количество оставшегося вещества составит:
С 1 = С 0 - 0,6С 0 = 0,4×С 0 .
т.е., отношение С 0 /С 1 равно 2,5.
2. Найдем константу скорости реакции:
3. Количество вещества С 2 , оставшееся через 1 час, определим по формуле:
Таким образом, через 1 час останется 16% от исходного вещества.
Вопросы для самоконтроля
1. Что называется скоростью химической реакции?
2. Что называется истинной скоростью гомогенной реакции?
3. Какова размерность скорости гомогенной реакции?
4. Что называется скоростью гетерогенной реакции?
5. Какова размерность скорости гетерогенной реакции?
6. Перечислите факторы, влияющие на скорость реакции.
7. Сформулируйте закон действующих масс.
8. Каков физический смысл константы скорости реакции? От чего зависит и от чего не зависит константа скорости реакции?
9. Что называется порядком реакции? Приведите примеры уравнений реакций нулевого, первого, второго и третьего порядков.
10. Зависит ли размерность константы скорости реакции от порядка реакции?
11. Что называется молекулярностью реакции?
13. Дайте определение простым и сложным реакциям. Приведите классификацию сложных реакций.
14. Сформулируйте правило Вант-Гоффа. Приведите математическое выражение правила Вант-Гоффа.
15. Как скорость реакции зависит от энергии активации? Напишите уравнение Аррениуса.
16. Что такое активированный комплекс? Почему протекание реакций протекает через стадии образования активированных комплексов?
17. Что называется катализатором? Гомогенный и гетерогенный катализ. Почему в присутствии катализаторов реакции протекают быстрее?
18. Что такое ферментативный катализ? Напишите уравнение Михаэлиса-Ментен.
Варианты задач для самостоятельного решения
Вариант № 1
1. Реакция между веществами А и В выражается уравнением 2А + В = С и имеет второй порядок по веществу А и первый по веществу B. Начальные концентрации веществ равны: С 0 (А) = 0,4 моль/л; С 0 (В) = 0,8 моль/л; k = 0,6. Найти начальную скорость реакции и скорость по истечении некоторого времени, когда концентрация вещества А уменьшится на 0,2 моль/л.
2. На сколько градусов необходимо повысить температуру, чтобы скорость реакции увеличилась в 64 раза? Температурный коэффициент скорости реакции gравен 2.
а) при увеличении давления в системе в 2 раза?
б) при увеличении объемов газов в 2 раза?
Вариант №2
1. Реакция протекает по уравнению: A + B = C и имеет первый порядок по веществу А и по веществу B. Концентрацию A увеличили с 2 до 8 моль/л, а концентрацию B с 3 до 9 моль/л. Во сколько раз возросла скорость прямой реакции?
2. При 150 0 С реакция заканчивается за 10 минут. Принимая температурный коэффициент gравным 2, рассчитайте, через сколько минут закончилась бы реакция при 170 0 C.
3. Скорость реакции выражается уравнением: 
Во сколько раз изменится скорость реакции при увеличении концентрации исходных веществ в 3 раза?
Вариант №3
1. Реакция выражается уравнением: A + B = C и имеет первый порядок по веществу А и по веществу B. При начальных концентрациях С 0 (A) = 3 моль/л и С 0 (B) = 5 моль/л скорость прямой реакции равна 0,3 моль/л×с. Определить константу скорости и скорость реакции через некоторое время, когда концентрация A уменьшится на 2 моль/л.
2. Во сколько раз увеличится скорость химической реакции при повышении температуры от 10 до 70 0 С, если температурный коэффициент скорости gравен 2?
3. Скорость реакции A (тв) + 2B (газ) = C (тв) выражается уравнением: 
Как изменится скорость реакции, если концентрацию B увеличить в 2 раза?
Вариант №4
1. Реакция протекает по уравнению: 2A + B = 2C и имеет второй порядок по веществу А и первый по веществу B. Рассчитать скорость прямой реакции в тот момент, когда прореагирует 40% вещества B, если начальные концентрации равны: С 0 (А) = 8 моль/л; С 0 (B) = 4 моль/л; k = 0,4.
2. Некоторая реакция при 100 0 С заканчивается за 5 мин. За какое время она закончится при 80 0 С, если температурный коэффициент скорости g равен 3?
3. Скорость реакции 3A + B = C выражается уравнением: 
Во сколько раз изменится скорость прямой реакции:
а) при увеличении концентрации вещества A в 2 раза?
б) при одновременном уменьшении концентрации исходных веществ в 2 раза?
Вариант №5
1. Скорость некоторой реакции при повышении температуры с 40 до 70 0 С увеличилась в 8 раз. Определить величину g.
2. Реакция протекает по уравнению: A + 3B = 2C и имеет первый порядок по веществу А и второй по веществу B. Начальные концентрации веществ равны: С 0 (A) = 2 моль/л; С 0 (B) = 6 моль/л; k = 1. Рассчитать начальную скорость прямой реакции и скорость в тот момент, когда концентрация вещества A уменьшилась на 1 моль/л. Как изменится скорость химической реакции?
3. Как изменятся скорости прямой и обратной реакций, протекающих в газовой фазе и подчиняющихся уравнениям:
Вариант №6
1. В закрытом сосуде находится смесь газов, состоящая из 1 моль A и 3 моль B, которая реагирует по уравнению: A + 3B = 2C. Скорость прямой реакции описывается уравнением 
Во сколько раз уменьшится скорость прямой реакции после того как прореагирует 0,5 моль A?
2. На сколько градусов надо увеличить температуру, чтобы скорость реакции возросла в 9 раз, если температурный коэффициент скорости g равен 3?
3. Как изменится скорость прямой газофазной реакции: 2A = B, порядок которой оценивается как 0,5, при изотермическом уменьшении давления в системе в 3 раза?
Вариант №7
1. Реакция между веществами А и В протекает по уравнению: A + 2B = C и имеет первый порядок по веществу А и по веществу В. Начальные концентрации реагирующих веществ составили: С 0 (A) = 1,5 моль/л; С 0 (B) = 3 моль/л; k = 0,4. Вычислить скорость химической реакции в начальный момент времени и по истечении некоторого времени, когда прореагирует 75% А.
2. Чему равен температурный коэффициент скорости g, если при увеличении температуры на 30 0 С скорость реакции возрастает в 27 раз?
3. Как изменятся скорости прямой и обратной реакций, протекающих в газовой фазе и подчиняющихся уравнениям:
при изотермическом увеличении давления в 2 раза?
Вариант №8
1. В растворе объемом 1 л, содержащем 1 моль вещества A и 2 моль вещества B, протекает реакция: A + 3B = 2C + D. Прямая реакция имеет первый порядок по веществу А и второй по веществу B. Во сколько раз уменьшится скорость прямой реакции после того, как прореагируют 0,65 моль вещества A?
2. При повышении температуры от -5 до +5 0 С скорость бактериального гидролиза (ферментативный процесс) увеличивается в 4 раза. Найти значение температурного коэффициента скорости реакции g.
3. Во сколько раз следует увеличить концентрацию вещества A в системе 2A (газ) = B (газ) + C (тв.) , чтобы скорость прямой реакции, которая является реакцией второго порядка, увеличилась в 4 раза?
Вариант №9
1. Реакция протекает по уравнению: 2A + B = 2C и имеет второй порядок по веществу А и первый по веществу B. Скорость прямой реакции равна 8 моль/л×с. Рассчитать константу скорости и скорость прямой реакции в тот момент, когда прореагирует 30% вещества B, если начальные концентрации равны: С 0 (A) = 2 моль/л; С 0 (B) = 1 моль/л. Как изменится скорость химической реакции?
2. При увеличении температуры от 10 до 50 0 С скорость реакции увеличилась в 16 раз. Определить температурный коэффициент скорости g.
3. Реакция протекает по уравнению: A + B = C + D + E и имеет первый порядок по веществу А и нулевой по веществу B. Как изменится скорость прямой реакции после разбавления реагирующей смеси в 3 раза?
Вариант №10
1. Реакция протекает по уравнению: A + 2B = AB 2 и имеет первый порядок по веществу А и второй по веществу B. Константа скорости реакции равна 0,01. Рассчитать скорость реакции при начальных концентрациях: С 0 (A) = 0,8 моль/л; С 0 (B) = 0,8 моль/л и скорость реакции к моменту образования 0,2 моль/л вещества АВ 2 .
2. Во сколько раз увеличится скорость химической реакции при повышении температуры от 30 до 60 0 С, если температурный коэффициент скорости g равен 3?
3. Период полувыведения препарата из организма больного (реакция первого порядка) равен 6 часам. Определить, за какое время содержание препарата в организме человека уменьшится в 8 раз.
Вариант №11
1. Реакция протекает по уравнению: A + B = 2C и имеет первый порядок по веществу А и по веществу B. Начальные концентрации веществ равны: С 0 (A) = 0,3 моль/л; С 0 (B) = 0,5 моль/л; k = 0,1. Найти начальную скорость реакции и скорость реакции по истечении некоторого времени, когда концентрация А уменьшится на 0,1 моль/л.
2. При 100 0 С некоторая реакция заканчивается за 16 минут. Принимая температурный коэффициент скорости g равным 2, рассчитать, через сколько минут закончилась бы эта же реакция при 140 0 С?
3. Период полувыведения препарата из организма больного (реакция первого порядка) равен 2 часам. Определить время, за которое из организма будет выведено 99% препарата.
Вариант №12
1. Реакция протекает по уравнению: A + 2B = C и имеет первый порядок по веществу А и второй по веществу B. Начальные концентрации веществ равны: С 0 (A) = 0,9 моль/л; С 0 (B) = 1,5 моль/л; k = 0,6. Найти начальную скорость реакции и скорость по истечении некоторого времени, когда израсходуется 50% вещества A.
2. Чему равен температурный коэффициент скорости химической реакции g, если при увеличении температуры на 30 0 С скорость возрастает в 27 раз?
3. Период полупревращения некоторой реакции первого порядка равен 30 мин. Рассчитать, какая часть от исходного количества останется через 1 час.
Вариант №13
1. Реакция протекает по уравнению: 2A + B = 2C и имеет второй порядок по веществу А и первый по веществу B. Константа скорости реакции равна 5×10 - 2 . Рассчитать скорость реакции при начальных концентрациях С 0 (A) = 0,4 моль/л; С 0 (B) = 0,9 моль/л и скорость реакции к моменту образования 0,1 моль вещества С.
2. При температуре 10 0 С реакция протекает за 80 минут. При какой температуре реакция закончится за 20 минут, если температурный коэффициент скорости gравен 2?
3. В ходе лабораторных исследований было установлено, что за сутки концентрация препарата в организме больного снизилась от 0,1 моль/л до 0,02 моль/л. Вычислить период полуэлиминации препарата, считая, что данная реакция первого порядка.
Вариант №14
1. В закрытом сосуде объемом 1 л находится смесь газов, состоящая из 1 моль газа A и 3 моль газа B, которая реагирует по уравнению: A + 3B = 2C. Прямая реакция имеет первый порядок по веществу А и второй по веществу B. Как изменится скорость прямой реакции после того, как прореагирует 0,5 моль газа A?
2. При увеличении температуры системы от 10 до 50 0 С скорость химической реакции увеличилась в 16 раз. Определить температурный коэффициент скорости реакции g.
3. Во время аварии на Чернобыльской АЭС (1986 г.) произошел выброс радионуклида Cs-137, период полураспада которого составляет 30 лет. Рассчитать, какая часть попавшего в организм радионуклида осталась в настоящее время.
Вариант № 15
1. Реакция протекает по уравнению: A + B = C имеет первый порядок по веществу А и по веществу B. При начальных концентрациях веществ С 0 (A) = 0,6 моль/л; С 0 (B) = 0,8 моль/л скорость реакции равна 0,03 моль/л×с. Определить константу скорости и скорость реакции через некоторое время, когда концентрация вещества A уменьшится на 0,3 моль/л.
2. Скорость реакции при 0 0 С равна 1 моль/л×с. Вычислить скорость этой реакции при 30 0 С, если температурный коэффициент скорости реакции равен 3.
3. Константа скорости гидролиза пестицида при 25 0 С равна 0,32 с - 1 . Исходная концентрация пестицида в пробе составила 2,5 моль/л. Рассчитать, за какое время концентрация пестицида снизится до 0,01 моль/л.
Вариант №16
1. Реакция разложения протекает по уравнению: 2A = 2B + C и имеет второй порядок по веществу А. Константа скорости данной реакции при 200 0 С равна 0,05. Начальная концентрация С(A) = 2 моль/л. Определить скорость реакции при указанной температуре в начальный момент и в тот момент, когда разложится 80% вещества A.
2. Как изменится скорость прямой реакции: 2A (тв) + 3B (газ) = 2С (тв) , которая имеет нулевой порядок по веществу А и третий по веществу B, если давление в системе увеличить в 3 раза?
3. В ходе некоторой реакции первого порядка за 45 мин превращению подвергается 20% исходного количества вещества. Определить, какая часть вещества останется через 1,5 часа.
Вариант №17
1. Взаимодействие газов протекает по уравнению: A + 2B = 2C и имеет первый порядок по веществу А и второй по веществу B. Начальные концентрации газов равны: С 0 (A) = 2 моль/л; С 0 (B) = 4 моль/л; k = 0,02. Вычислить скорость прямой реакции в начальный момент времени и по истечении некоторого времени, когда прореагирует 50%вещества A.
2. При 20 0 С реакция протекает за 2 мин. За какое время будет протекать эта же реакция при 0 0 С, если g = 2?
3. Муравьиная кислота разлагается на оксид углерода (IV) и водород на поверхности золота. Константа скорости этой реакции при 140 0 С равна 5,5×10 - 4 мин –1 , а при 185 0 С составляет 9,2×10 - 3 мин –1 . Определить энергию активации данной реакции.
Вариант №18
1. Реакция протекает по уравнению: 2A + B = 2C и имеет первый порядок по веществу А и по веществу B. Скорость реакции 0,5 моль/л×с. Начальные концентрации веществ равны: С(A) = 6 моль/л; С(B) = 3 моль/л. Определить константу скорости данной реакции и скорость реакции через некоторое время, когда концентрация вещества B уменьшится на 1 моль/л.
2. При 20 0 С реакция протекает за 2 мин. За сколько времени будет протекать эта же реакция при 50 0 С, если g = 2?
3. Константа скорости реакции инверсии тростникового сахара при 25 0 С равна 9,67×10 - 3 мин - 1 , а при 40 0 С составляет 73,4×10 - 3 мин –1 . Определить энергию активации данной реакции в указанном интервале температур.
Необратимые реакции
1. Как изменится скорость реакции 2А + В ® А 2 В, если концентрацию вещества А увеличить в 2 раза, а концентрацию вещества В уменьшить в 2 раза?
2. Во сколько раз следует увеличить концентрацию вещества В 2 в системе 2А 2 (г) + В 2 (г) ® 2А 2 В(г), чтобы при уменьшении концентрации вещества А в 4 раза скорость прямой реакции не изменилась?
3. В системе СО + С1 2 ® СОС1 2 концентрацию СО увеличили от 0,03 до 0,12 моль/л, а концентрацию С1 2 - от 0,02 до 0,06 моль/л. Во сколько раз возросла скорость прямой реакции?
4. Как изменится скорость прямой реакции N 2 (г) + 3H(г) ® 2 NH 3 если а) увеличить давление в системе в 3 раза; б) уменьшить объем в 2 раза; в) увеличить концентрацию N 2 в 4 раза?
5. Во сколько раз следует увеличить давление, чтобы скорость образования NО 2 по реакции 2NО + О 2 ® 2 NО 2 возросла в 1000 раз?
6. Реакция между оксидом углерода (II) и хлором протекает по уравнению СО + С1 2 ® СОС1 2 . Как изменится скорость реакции при увеличении а) концентрации СО в 2 раза; б) концентрации С1 2 в 2 раза; в) концентрации обоих веществ в 2 раза?
7. Реакция проходит в газовой фазе. В реакции участвуют два вещества А и В. Известно, что при увеличении концентрации компонента А в 2 раза скорость возросла в 2 раза, а при увеличении концентрации компонента В в 2 раза скорость увеличилась в 4 раза. Составить уравнение протекающей реакции. Как изменится скорость реакции при увеличении общего давления в 3 раза?
8. Изучается скорость реакции взаимодействия веществ А, В и D. При постоянных концентрациях В и D увеличение концентрации вещества А в 4 раза приводит к возрастанию скорости в 16 раз. Если в 2 раза увеличивается концентрация вещества В при постоянных концентрациях веществ А и D, то скорость возрастает только в 2 раза. При постоянных концентрациях А и В удвоение концентрации вещества D приводит к увеличению скорости в 4 раза. Составить уравнение реакции.
9. Определить скорость химической реакции А(г) + В(г) ® АВ(г), если константа скорости реакции равна 2×10 -1 л×моль -1 × с, а концентрации веществ А и В соответственно равны 0,025 и 0,01 моль/л. Рассчитать скорость реакции при повышении давления в 3 раза.
10. Найти значение константы скорости реакции А + 2В ® АВ 2 , если при концентрациях веществ А и В, соответственно равных 0,1 и 0,05 моль/л,скорость реакции равна 7 × 10 -5 моль/(л×с).
11. В сосуде объемом 2 л смешали газ А количеством вещества 4,5 моль и газ В количеством вещества 3 моль. Газы реагируют в соответствии с уравнением А + В = С. Через 20 секунд в системе образовался газ С количеством вещества 2 моль. Определить среднюю скорость реакции. Какие количества веществ А и В не прореагировали?
12. Реакция между веществами А и В выражается уравнением А + В ® С. Начальные концентрации составляют [A] O = 0,03 моль/л, [B] O = 0,05 моль/л. Константа скорости реакции равна 0,4. Найти начальную скорость реакции и скорость реакции по истечении некоторого времени, когда концентрация образовавшегося вещества С станет равна 0,01 моль/л.
13. Реакция между газообразными веществами А и В выражается уравнением А + В ® С. Начальные концентрации веществ составляют [A] 0 = 0,03 моль/л, [B] 0 = 0,03моль/л. Константа скорости реакции равна 0,1. По истечении некоторго времени концентрация вещества А уменьшилась на 0,015 моль/л. Во сколько раз необходимо увеличить общее давление, чтобы скорость химической реакции стала равной первоначальной скорости?
14. На сколько градусов надо увеличить температуру, чтобы скорость реакции возросла в 27 раз? Температурный коэффициент скорости реакции равен 3.
15. При 20 о С реакция протекает за 2 минуты. За сколько времени будет протекать эта реакция а) при 50 о С, б) при 0 о С? Температурный коэффициент скорости реакции равен 2.
16. При температуре 30 о С реакция протекает за 25 минут, а при 50 о С за 4 минуты. Рассчитать температурный коэффициент скорости реакции.
17. Скорость реакции при 0 о С равна 1 моль/л× с. Вычислить скорость этой реакции при 30 о С, если температурный коэффициент скорости равен 3.
18. При повышении температуры на 50 о С скорость реакции выросла в 32 раза. Вычислить температурный коэффициент скорости химической реакции.
19. Две реакции протекают при 25 о С с одинаковой скоростью. Температурный коэффициент скорости первой реакции равен 2,0, а второй - 2,5. Найти отношение скоростей этих реакций при 95 о С.
20. Чему равна энергия активации реакции, если при повышении температуры от 290 до 300 К скорость реакции увеличивается в 2 раза?
21. Во сколько раз увеличится скорость реакции, протекающей при 298 К, если в результате использования катализатора удалось уменьшить энергию активации на 4 кДж/моль?
22. Каково значение энергии активации реакции, скорость которой при 300 К в 10 раз больше, чем при 280 К.
23. Энергия активации реакции О 3 (г) +NO(г) ® О 2 (г) +NO 2 (г) равна 40 кДж/моль. Во сколько раз изменится скорость реакции при повышении температуры от 27 до 37 о С?
24. Один катализатор снижает энергию активации при 300 К на 20 кДж/моль, а другой -на 40 кДж/моль. Какой катализатор эффективнее? Ответ обосновать расчетом отношения скоростей реакций при использовании того или иного катализатора.
25. При 150 о С некоторая реакция заканчивается за 16 минут. Принимая температурный коэффициент скорости реакции равным 2,5, рассчитать, через какое время закончится эта реакция, если проводить ее а) при 200 о С, б) при 80 о С.
26. При повышении температуры на 10 о С скорость химической реакции вырастает в 2 раза. При 20 о С она равна 0,04 моль/(л×с). Какова будет скорость этой реакции при а) 40 о С, б)0 о С?
27. При 20 о С скорость химической реакции равна 0,04 моль/(л×с). Рассчитать скорость этой реакции при 70 о С, если известно, что энергия активации равна 70 кДж/моль.
28. Вычислить температурный коэффициент реакции g, если константа скорости этой реакции при 120 о С равна 5,88×10 -4 , а при 170 о С - 6,7×10 -2 .
29. Во сколько раз изменится скорость химической реакции при увеличении температуры от 300 К до 400 К, если температурный коэффициент g = 2? Чему равна энергия активации этой реакции?
30. Во сколько раз увеличится скорость химической реакции А + 2В ® С при повышении давления в системе в 4 раза и одновременном повышении температуры на 40 о С. Реагирующие вещества - газы. Температурный коэффициент реакции равен 2.
31. Во сколько раз уменьшится скорость химической реакции 2А(г) + В(г) ® 2С(г) при уменьшении давления всех веществ в системе в 3 раза и одновременном понижении температуры системы на 30 о С? Температурный коэффициент скорости реакции g равен 2.
32. Реакция между газообразными веществами А и В выражается уравнением А + В ® С. Начальные концентрации веществ составляют [A] 0 = 0,05 моль/л и [В] 0 = 0,05 моль/л. По истечении некоторого времени концентрация веществ уменьшилась вдвое. Определить, как необходимо изменить температуру, чтобы скорость реакции стала равной первоначальной скорости, если а) температурный коэффициент реакции равен 2, б) энергия активации равна 70 кДж, температура протекания реакции – 27 о С?
33. Известно, что при повышении температуры от 290 до 300 К скорость химической реакции возрастает в два раза. Рассчитать энергию активации. Как изменится скорость этой реакции при 310 К, если в систему ввести катализатор, понижающий энергию активации этой реакции на 10 кДж/моль?
Химическое равновесие
1. При некоторой температуре равновесие в системе 2NO 2 «2NO+O 2 установилось при концентрациях =0.4 моль/л, =0.2 моль/л, =0.1 моль/л. Найти константу равновесия и исходную концентрацию NO 2 , если исходная концентрация кислорода равна нулю. Какие условия будут способствовать смещению равновесия в сторону образования NO, если прямая реакция эндотермическая?
2. Константа равновесия системы А+В«С+D равна единице. Сколько процентов вещества А подвергнется превращению, если смешать 3 моля вещества А и 5 молей вещества В? Какие условия будут способствовать смещению равновесия в сторону образования В, если прямая реакция экзотермическая?
3. Для системы
СО (Г) +H 2 O (Г) «CO 2(Г) +H 2(Г)
0 = 0 =0.03 моль/л, 0 = 0 =0. Рассчитать константу равновесия, если равновесная концентрация углекислого газа равна 0.01 моль/л. Какие условия будут способствовать смещению равновесия в сторону образования СО, если прямая реакция эндотермическая?
4. Для системы
2NO (Г) +Cl 2(Г) «2NOCl (Г)
0 =0.5 моль/л, 0 =0.2 моль/л, 0 =0 моль/л. Найти константу равновесия, если к моменту его наступления прореагировало 20% оксида азота. Какие условия будут способствовать смещению равновесия в сторону образования NOCl, если прямая реакция экзотермическая?
H 2(Г) + I 2(Г) «2HI (Г) ,
если в сосуд емкостью 10 литров поместить 1 моль йода и 2 моля водорода (К С =50). Какие условия будут способствовать смещению равновесия в сторону образования йода, если прямая реакция экзотермическая?
6. Для системы СО (Г) +H 2 O (Г) «CO 2(Г) +H 2(Г) , 0 = 0 =1 моль/л, 0 = 0 =0. Рассчитать состав равновесной смеси (%об.), если константа равновесия К С =1. Какие условия будут способствовать смещению равновесия в сторону образования водорода, если обратная реакция экзотермическая?
7. В замкнутом сосуде протекает реакция АВ (Г) «А (Г) +В (Г) . Константа равновесия К С =0.04. Найти начальную концентрацию АВ, если равновесная концентрация АВ равна 0.02 моль/л. Какие условия будут способствовать смещению равновесия в сторону образования А, если обратная реакция экзотермическая?
8. В замкнутом сосуде объемом 10 л при температуре 800˚С установилось равновесие CaCO 3(Т) «CaO (Т) +CO 2(Г) . Константа равновесия К Р =300 кПа. Какая масса СаСО 3 разложилась? Какие условия будут способствовать смещению равновесия в сторону образования углекислого газа, если прямая реакция эндотермическая?
9. В замкнутом сосуде при некоторой температуре установилось равновесие Fe (Т) +H 2 O (Г) «FeO (Т) +Н 2(Г) . Определить долю прореагировавшей воды, если К Р =1, а исходное парциальное давление водорода равно нулю. Какие условия будут способствовать смещению равновесия в сторону образования водорода, если обратная реакция экзотермическая?
10. Определить равновесную концентрацию водорода в системе 2HI (Г) «H 2(Г) +I 2(Г) , если исходная концентрация HI составляла 0.05 моль/л, а константа равновесия К С =0.02. Какие условия будут способствовать смещению равновесия в сторону образования НI, если прямая реакция эндотермическая?
Пример 4.1 . Как изменится скорость реакции каждой из реакций
2NO (г) + Cl 2 (г) = 2NOCI (г) (1); СаО (к) + СО 2 (г) = СаСО 3 (к) (2),
если в каждой системе увеличить давление в 3 раза?
Решение . Реакция (1) гомогенная и, согласно закону действия масс, начальная скорость реакции равна v = k∙ ∙ ; реакция (2) гетерогенная, и ее скорость выражается уравнением v = k∙ . Концентрация веществ, находящихся в твердой фазе (в данной реакции СаО), не изменяется в ходе реакции, поэтому не включается в уравнение закона действия масс.
Увеличение давления в каждой из систем в 3 раза приведет к уменьшению объма системы в 3 раза и увеличению концентрации каждого из реагирующих газообразных веществ в 3 раза. При новых концетрациях скорости реакций: v" = k∙(3 ) 2 ∙3 = 27 k∙ ∙ (1) и v" = k 3 (2). Сравнивая выражения для скоростей v и v", находим, что скорость реакции (1) возрастает в 27 раз, а реакции (2) – в 3 раза.
Пример 4.2. Реакция между веществами А и В выражается уравнением 2А + В = D. Начальные концентрации составляют: С А = 5 моль/л, С В = 3,5 моль/л. Константа скорости равна 0,4. Вычислить скорость реакции в начальный момент и в тот момент, когда в реакционной смеси останется 60 % вещества А.
Решение. По закону действия масс v = . В начальный момент скорость v 1 = 0,4 × 5 2 × 3,5 = 35. По истечении некоторого времени в реакционной смеси останется 60 % вещества А, т. е. концентрация вещества А станет равной 5 × 0,6 = 3 моль/л. Значит, концентрация А уменьшилась на 5 – 3 = 2 моль/л. Так как А и В взаимодействуют между собой в соотношении 2:1, то концентрация вещества В уменьшилась на 1 моль и стала равной 3,5 – 1 = 2,5 моль/л. Следовательно, v 2 = 0,4 × 3 2 × 2,5 = 9.
Пример 4.3 . Через некоторое время после начала реакции
2NO + O 2 = 2NO 2 концентрации веществ составляли (моль/л): = 0,06;
0,12; = 0,216. Найти исходные концентрации NO и O 2 .
Решение. Исходные концентрации NO и O 2 находим на основе уравнения реакции, согласно которому на образование 2 моль 2NO 2 расходуется 2моль NO. По условию задачи образовалось 0,216 моль NO 2 , на что израсходовалось 0,216 моль NO. Значит, исходная концентрация NO равна:
0,06 + 0,216 = 0,276 моль/л.
По уравнению реакции на образование 2 моль NO 2 необходимо 1 моль О 2 , а для получения 0,216 моль NO 2 требуется 0,216 / 2 = 0,108 моль/ О 2 . Исходная концентрация О 2 равна: = 0,12 + 0,108 = 0,228 моль/л.
Таким образом, исходные концентрации составляли:
0,276 моль/л; = 0,228 моль/л.
Пример 4.4. При 323 К некоторая реакция заканчивается за 30 с. Определить, как изменится скорость реакции и время ее протекания при 283 К, если температурный коэффициент скорости реакции равен 2.
Решение. По правилу Вант-Гоффа находим, во сколько раз изменится скорость реакции:
2 –4 = .
Скорость реакции уменьшается в 16 раз. Скорость реакции и время ее протекания связаны обратно пропорциональной зависимостью. Следовательно, время протекания данной реакции увеличится в 16 раз и составит 30 × 16 = 480с = 8 мин.
Задачи
№ 4.1 . Реакция протекает по уравнению 3Н 2 + СО = СН 4 + H 2 O
Начальные концентрации реагирующих веществ были (моль/л): = 0,8; C CO = 0,6. Как изменится скорость реакции, если концентрацию водорода увеличить до 1,2 моль/л, а концентрацию оксида углерода до 0,9 моль/л?
(Ответ: увеличится в 5 раз).
№ 4.2 . Реакция разложения N 2 O идет по уравнению 2N 2 O = 2N 2 + O 2 . Константа скорости реакции равна 5·10 –4 . Начальная концентрация
0,32 моль/л. Определить скорость реакции в начальный момент и в тот момент, когда разложится 50 % N 2 O. (Ответ: 5,12 . 10 -5 ; 1,28 . 10 -5).
№ 4.3 . Реакция между веществами А и В выражается уравнением
А + 2В = D. Начальные концентрации: С А = 0,3 моль/л и С В = 0,4 моль/л. Константа скорости равна 0,8. Вычислить начальную скорость реакции и определить, как изменилась скорость реакции по истечении некоторого времени, когда концентрация вещества А уменьшилась на 0,1 моль.
(Ответ: 3,84 . 10 -2 ; уменьшилась в 6 раз).
№ 4.4 .Чему равен температурный коэффициент скорости реакции, если при понижении температуры на 30 °С, время протекания реакции увеличилось в 64 раза? (Ответ: 4).
№ 4.5 .Вычислить, при какой температуре реакция закончится за 45 мин, если при 20 о С на это потребуется 3 ч. Температурный коэффициент скорости реакции равен 3 (Ответ: 32,6 о С).
№ 4.6. Как изменится скорость реакции CO + Cl 2 = COCl 2 , если повысить давление в 3 раза и одновременно повысить температуру на 30 о С (γ = 2)?
(Ответ: увеличится в 72 раза).
№ 4.7 . Реакции протекают по уравнениям
С (к) + О 2 (г) = СО 2 (г) (1); 2СО (г) + О 2 (г) = 2СО 2 (г) (2)
Как изменится скорость (1) и (2) реакций, если в каждой системе: а) уменьшить давление в 3 раза; б) увеличить объем сосуда в 3 раза; в) повысить концентрацию кислорода в 3 раза? (Ответ: а) уменьшится в (1) в 3, во (2) в 27 раз);
б) уменьшится в (1) в 3, во (2) в 27 раз); в) увеличится в (1) и (2) в 3 раза).
№ 4.8 . Реакция идет по уравнению H 2 + I 2 = 2HI . Константа скорости равна 0,16. Исходные концентрации водорода и иода соответственно равны 0,04 моль/л и 0,05 моль/л. Вычислить начальную скорость реакции и ее скорость, когда концентрация Н 2 станет равной 0,03 моль/л. (Ответ: 3,2 . 10 -3 ; 1,9 . 10 -3).
№ 4.9 . Окисление серы и ее диоксида протекает по уравнениям:
S (к) + О 2 (г) = SO 2 (г) (1); 2SO 2 (г) + О 2 (г) = 2SO 3 (г) (2)
Как изменится скорость (1) и (2) реакций, если в каждой системе: а) увеличить давление в 4 раза; б) уменьшить объем сосуда в 4 раза; в) повысить концентрацию кислорода в 4 раза? (Ответ: а) увеличится в (1) в 4, во (2) в 64 (раза);
б) увеличится в (1) в 4, во (2) в 64 раза); в) увеличится в (1) и (2) в 4 раза).
№ 4.10 . Константа скорости реакции 2А + В = D равна 0,8. Начальные концентрации: С А = 2,5 моль/л и С В = 1,5 моль/л. В результате реакции концентрация вещества С В оказалась равной 0,6 моль/л. Вычислить, чему стала равна С А и скорость реакции. (Ответ: 0,7 моль/л; 0,235).
№ 4.11. Реакция протекает по уравнению 4HCl + O 2 = 2H 2 O + 2Cl 2
Через некоторое время после начала реакции концентрации участвующих в ней веществ стали (моль/л): = 0,85; = 0,44; = 0,30. Вычислить начальные концентрации HCl и О 2 . (Ответ: = 1,45; = 0,59 моль/л).
№ 4.12 . Начальные концентрации веществ в реакции СО + Н 2 О ↔ СО 2 + Н 2
были равны (моль/л): C CO = 0,5; = 0,6; = 0,4; = 0,2. Вычислить концентрации всех участвующих в реакции веществ после того, как прореагировало 60 % Н 2 О. (Ответ: C CO = 0,14; = 0,24; = 0,76; = 0,56 моль/л).
№ 4.13 . Как изменится скорость реакции 2СО + О 2 = СО 2 , если:
а) объем реакционного сосуда увеличить 3 раза; б) увеличить концентрацию СО в 3 раза; в) повысить температуру на 40 о С (γ = 2)? (Ответ: а) уменьшится в 27 раз; б) увеличится в 9 раз; в) увеличится в 16 раз).
№ 4.14 . При 10 о С реакция заканчивается за 20 минут. Сколько времени будет длиться реакция при повышении температуры до 40 о С, если температурный коэффициент равен 3? (Ответ: 44,4 с).
№ 4.15 . Во сколько раз следует увеличить
а) концентрацию СО в системе 2СО = СО 2 + С, чтобы скорость реакции возросла в 4 раза?
б) концентрацию водорода в системе N 2 + 3H 2 = 2NH 3 , чтобы скорость реакции возросла в 100 раз?
в) давление в системе 2NO + O 2 = 2NO 2 , чтобы скорость образования NO 2 возросла в 10 3 раз? (Ответ: 2 раза; 4,64 раза; 10 раз).
№ 4.16 . Скорость реакции А + 2В = АВ 2 при С А = 0,15 моль/л и
С В = 0,4 моль/л равна 2,4 ∙ 10 −3 . Определить константу скорости и скорость реакции, когда концентрация В станет 0,2 моль/л. (Ответ: 0,1; 2 ∙ 10 -4).
№ 4.17 . Как изменится скорость реакции 2А + В = А 2 В, если концентрацию вещества А увеличить в 3 раза, концентрацию вещества В уменьшить в 2 раза, а температуру повысить на 40 о С (γ = 2)? (Ответ: увеличится в 72 раза).
№ 4.18. Реакция идет по уравнению 2H 2 S + 3O 2 = 2SO 2 + 2H 2 O.
Через некоторое время после начала реакции концентрации участвующих в ней веществ стали (моль/л): = 0, 009; = 0,02; = 0,003. Вычислить: = 0,7 моль/л).
Контрольные вопросы и задачи
1. Скорость химических реакций, отличие средней скорости от мгновенной.
2. Запишите математическое выражение закона действующих масс для химических реакций:
2А + В = А 2 В
4Fe + 3O 2 = 2Fe 2 O 3
3. Зависимость скорости химической реакции от природы реагирующих веществ, от температуры. Закон Вант-Гоффа, уравнение Аррениуса. Гомогенный и гетерогенный катализ. Примеры. Механизм действия катализатора. Энергия активации химической реакции.
4. Константа скорости реакции А + 2В = АВ 2 равна 2 10 -3 л/(моль с). Вычислите ее скорость в начальный момент, когда С А = С В = 0,4 моль/л и через некоторое время. К этому моменту концентрация вещества АВ 2 составила 0,1 моль/л.
5. горения метана в кислороде, если концентрацию кислорода увеличить в 5 раз?
6. Химическая реакция протекает по уравнению А + В = С. В начальный момент времени С А = 2,7 моль/л, С В = 2,5 моль/л. Спустя 0,5 часа концентрация вещества А уменьшилась и стала равной С А = 2,5 моль/л. Вычислите концентрацию веществ В и С к этому моменту и среднюю скорость в указанный промежуток времени.
7. Во сколько раз следует увеличить давление, чтобы скорость химической реакции 2NO 2 + O 2 = 2NO 2 увеличилась в 1000 раз?
8. Во сколько раз изменится скорость химической реакции при уменьшении температуры от 70 до 30 0 С, если температурный коэффициент равен 3.
9. На сколько градусов нужно повысить температуру, чтобы скорость химической реакции увеличилась в 81 раз? Температурный коэффициент скорости реакции равен 3?
10. Вычислить температурный коэффициент некоторой химической реакции, если при повышении температуры от 10 до 50 0 С скорость химической реакции увеличилась в 16 раз.
Примеры выполнения заданий
Пример 1. Напишите математическое выражение закона действующих масс для следующих химических реакций:
Ответ. Для реакции (1) скорость зависит только от концентрации SО 2 , для реакции (2) – только от концентрации Н 2 .
Пример 2. Как изменится скорость химической реакции
4Al(к) + 3O 2 (г) = 2Al 2 O 3 (к),
если концентрацию кислорода увеличить в 3 раза?
Решение
1. Записываем выражение зависимости скорости химической реакции от концентрации реагирующих веществ: V 1 = k 3 .
2. При увеличении концентрации кислорода в 3 раза и скорость химической реакции возрастает: V 2 = k 3 .
V 2 / V 1 = ¾¾¾¾¾¾¾¾ = 27
Ответ. При увеличении концентрации кислорода в 3 раза скорость химической реакции увеличивается в 27 раз.
Пример 3. Как изменится скорость химической реакции
2Al(к) +3Cl 2 (г) = 2AlCl 3 (к)
при увеличении давления в 2 раза?
Решение.
1. Записываем выражение зависимости скорости химической реакции от концентрации реагирующих веществ: V 1 = k 3 .
2. При увеличении давления в 2 раза концентрация хлора также увеличивается в 2 раза. Следовательно, V 2 = k 3 .
3. Изменение скорости химической реакции равно
V 2 / V 1 = ¾¾¾¾¾¾¾ = 8
Ответ. При увеличении давления в 2 раза скорость данной химической реакции увеличивается в 8 раз.
Пример 4. Температурный коэффициент скорости химической реакции равен 2,5. Как изменится ее скорость а) при повышении температуры реакционной смеси от 60 до 100 о С; б) при понижении температуры от 50 до 30 о С.
Решение
1. Зависимость скорости химической реакции от температуры определяется правилом Вант - Гоффа. Его математическое выражение:
V 2 = V 1 γ (t2 - t1) / 10 .
Следовательно, а) V 2 / V 1 = 2,5 (100-60) / 10 = 2,5 4 = 39,06;
б) V 2 / V 1 = 2,5 (30-50) / 10 = 2,5 -2 = 1/ 6,25 = 0,16.
Ответ. При повышении температуры на 40 о скорость данной реакции увеличивается в 39,06 раза, при понижении температуры на 20 о скорость химической реакции уменьшается в 6,25 раза и составляет лишь 0,16 от скорости химической реакции при температуре 50 о С.
Тема. Химическое равновесие
Контрольные вопросы и задачи
1. Обратимые и необратимые химические реакции. Привести примеры. Основные признаки необратимости реакций. Ложное химическое равновесие.
2. Закон действующих масс для обратимых химических реакций. Физический смысл константы химического равновесия.
3. Запишите выражение для константы химического равновесия для следующих химических реакций:
3Fe(к) + 4H 2 O(г) Fe 3 O 4 (к) + 4H 2 (г)
CaO(к) + CO 2 (г) CaCO 3 (к)
Ca(к) + C(к) +3/2O 2 (г) CaCO 3 (к)
4. Принцип Ле - Шателье. Привести примеры.
5. Как влияет увеличение давления на смещение химического равновесия в следующих реакциях:
H 2 (г) + J 2 (г) 2HJ(г)
CO(г) + Cl 2 (г) COCl 2 (г)
2NO(г) + O 2 (г) 2NO 2 (г)
C(к) + CO 2 (г) 2CO(г)
6. В направлении прямой или обратной реакции сместится химическое равновесие в следующих реакциях при понижении температуры:
2H 2 S(г) + 3O 2 (г) 2SO 2(г) + 2H 2 O(г) DH < 0
2N 2 (г) + O 2 (г) 2N 2 O(г) DH > 0
2SO 2 (г) + O 2 (г) 2SO 3 (г) + 192,74 кДж
N 2 O 4 (г) 2NO 2 (г) - 54,47 кДж
7. Действием каких факторов можно сместить химическое равновесие в сторону прямой реакции:
C(к) + H 2 O(г) CO(г) + H 2 (г) - 129,89 кДж
N 2 (г) + 3H 2 (г) 2NH 3 (г) DH < 0
8. Химическое равновесие в реакции 2SO 2 (г) + O 2 (г) = 2SO 3 (г) установилось при следующих концентрациях реагирующих веществ: = 0,2 моль/л, = 0,05 моль/л, = 0,09 моль/л. Как изменится скорость прямой реакции, скорость обратной реакции, если объем газовой смеси уменьшить в 3 раза?
9. Вычислите равновесную концентрацию водорода и хлора в химической реакции: H 2 (г) + Cl 2 (г) = 2HCl(г), если исходные концентрации С(H 2) = 0,5 моль/л, С (Сl 2) = 1,5 моль/л, а равновесная концентрация хлороводорода = 0,8 моль/л. Вычислите константу химического равновесия.
10. При некоторой температуре состав равновесной смеси следующий: m(CO) = 11,2 г, m(Сl 2) = 14,2 г, m(COCl 2) = 19,8 г, ее объем 10 л. Вычислите константу равновесия химической реакции CO(г) + Cl 2 (г) COCl 2 (г)
Примеры выполнения заданий
Пример 1. Напишите математическое выражение для константы химического равновесия реакции Ca 3 N 2 (к) + 6H 2 O(г) = 3Ca(OH) 2 (к) + 2NH 3 (г).
Решение. В математическом выражении для константы химического равновесия (закон действующих масс для обратимых реакций) не учитывается участие веществ в твердой и жидкой фазе. Следовательно,
Ответ. Константу равновесия определяет отношение равновесных концентраций аммиака и воды, находящихся в газовой фазе.
Пример 2. Для реакции CoO(к) + CO(г) = Co(к) + CO 2 (г) рассчитайте константу химического равновесия, если к моменту равновесия прореагировало 80 % СО, начальная концентрация СО равна 1,88 моль/ л.
Решение
1. Математическое выражение для константы химического равновесия Кс = /.
2. Равновесные концентрации СО и СО 2 . Равновесная концентрация СО будет меньше исходной (часть вещества – 80 % - вступила в химическую реакцию:
[СО] = С (СО)исх. – С (СО)прореаг. = 1,88 – (1,88· 80)/ 100 =
0,376 моль/ л.
Равновесная концентрация СО 2 равна:
[СО 2 ] = С (СО) прореаг.= (1,88 · 80)/ 100 =1,504 моль/ л.
3. В математическое выражение для константы химического равновесия подставляем значения равновесных концентраций СО и СО 2:
Кс = 1,504/ 0,376 = 4.
Ответ. Константа химического равновесия данной реакции равна 4; что свидетельствует о том, что в этот момент времени скорость прямой реакции в 4 раза выше скорости обратной реакции.
Пример 3. В какую сторону будет смещено химическое равновесие реакции 2NiO(к) + CO 2 (г) + H 2 O(г) = (NiOH) 2 CO 3 (к) DH o < 0
а) при увеличении давления, б) при увеличении температуры? Предложите оптимальное изменение термодинамических параметров Т и Р для увеличения выхода продукта реакции.
Решение
1. В соответствии с принципом Ле-Шателье увеличение давления смещает равновесие химической реакции в направлении, которое сопровождается уменьшением объема реакционной системы. При увеличении давления равновесие данной реакции сдвигается вправо (скорость прямой реакции выше, чем обратной).
2. В соответствии с принципом Ле-Шателье увеличение температуры смещает химическое равновесие в сторону эндотермической реакции. Следовательно, при увеличении температуры равновесие данной реакции смещается влево (скорость обратной реакции выше, чем прямой).
3. Для увеличения выхода продукта химической реакции образования гидроксокарбоната никеля (II) следует увеличить давление и уменьшить температуру.
Пример 4. Напишите выражение для константы химического равновесия реакции:
MgО(к) + H 2 (г) = Mg(к) + H 2 O(ж).
Влияет ли повышение давления на смещение химического равновесия?
Решение. Для гетерогенных реакций в выражении для скорости.
