IX. Задачи на определение скорости химической реакции

v Влияние изменения концентраций реагирующих веществ на скорость химической реакции.

Задача 1.

Начальные концентрации веществ, участ­вующих в реакции

2NO_г + О_2г = 2NO_2г,  равны (моль/л): С(NO) = 0,5; С(О₂) = 0,3

Чему равна скорость реакции, если через 15 с. прореагиро­вало 90% N0?

Решение:

За 15 с. в объеме 1л прореагировало 90% NO, что составляет 0,45 моль.

Следовательно, изменение концентрации оксида азота (II) за это время 0,45 моль/л.

Скорость реак­ции: υ = 0,45 / 15 = 0,03 (моль/л · с).

Ответ:  υ = 0,03 моль/л · с.

Задача 2.

В сосуде объемом 5 л находится смесь газов, состоящая из 1,0 моль угарного газа (СО) и 0,4 моль хлора. Чему равна скорость реакции

СО_Г +С1_2г = С0С1_2г,

если через 40 с успело образоваться 0,2 моль СОС1₂?

Решение:

Скорость реакции можем определить по измене­нию концентрации любого из участников.

                             СО_Г  + С1_2г  =   С0С1_2г,

начальные количества, моль 1,0     0,4     —

                        через 40с. 1,0 -0,2   0,4- 0,2  0,2       

          υ = Δ [С0С1_2г] / Δ t = -Δ[СО] / Δ t = - [Cl₂] / Δ t = 0,2 / 5 · 40 =

              =- 0,8 – 1,0 / 5 · 40 = - 0,8 – 0,4 / 5 · 40 = 0,001 моль/л · с

Ответ: υ = 0,001 моль/л ·с.

Задача 3. Как изменится скорость простой односта­дийной реакции

             2N0_г + О_2г =  2N0_2г при увеличении общего давления в 3 раза?

Решение:

Запишем кинетическое уравнение реакции:

υ = k [N0]² [О₂]

Примем концентрацию оксида азота [NO] = а, концентра­цию кислорода [О₂] = b.

Тогда скорость реакции будет равна: υ₁ = ka²b.

Увеличение общего давления в 3 раза равносильно увеличению концентрации газообразных веществ в 3 раза. Следовательно, скорость реакции теперь будет равна:

υ₂ = k (3a)²3b = 27ka²b.

И υ₁ / υ₂ = 27.

Ответ: скорость реакции возрастет в 27 раз.

! Решите задачи

1. Изменится ли скорость химической реакции 2SO₂+ О₂ = = 2SO₃, если, неизменяя количества исходных веществ, увели­чить объем реакционной смеси.

2. Изменится ли скорость реакции Fe_TB + 2HC1_г = FeCl_2та + Н_2г, если уменьшить давление хлороводорода?

3. Как изменится скорость одностадийной газофазной реакции

4. 2НI_Г = Н_2г + I_2г, если концентрацию йодоводорода увели­чить в 2 раза?    

5. Как изменится скорость реакции 2N0_г + 0_2г = 2NO_2г при уменьшении концентрации оксида азота (II) в 3 раза?

6. Как изменится скорость реакции Н_{2 г} + I_2г = 2HI_г, если концентрацию каждого из реагирующих веществ увеличить в 2 раза?

7. Как изменится скорость реакции 2NO_г = N₂O_2г, если объём, занимаемый оксидом азота (II), уменьшить в 3 раза?

8. Как изменится скорость реакции разложений оксида азота (I)

9. 2N₂O_г = 2N0_г + N_2г  при уменьшении общего давления в 4 раза?

10. Как изменится скорость реакции 2А_Г + В_г = С_г, если:

а) концентрацию каждого из реагирующих веществ увеличить в 2 раза?

 б) общее  давление увеличить в 2 раза?

в) объем газовой смеси увеличить в 2 раза?

11. Изменится ли скорость реакции Н_2г + I_2г= 2HI_г, если объём реакционного сосуда увеличить в 2 раза, а количества реа­гирующих веществ в 2 раза уменьшить?

12. В каком случае реакция СаСО₃ + 2НС1 = СаС1₂ + С0₂ + Н₂О будет проходить с большей скоростью: если в сосуд с кисло­той поместить кусок мрамора или такое же количество растерто­го в порошок мела?

13. Имеются два одинаковых сосуда с 70% раствором серной кислоты. В первый поместили цинковую пластинку размером 3x5х10 мм. Во второй — 10 цинковых кубиков размером 1х1x1 мм. В каком из этих сосудов можно быстрее (и во сколько раз) получить нужное вам количество водорода (например, 1 моль)?

14. Назовите несколько веществ, которые часто использу­ются в качестве     катализаторов.

15. Приведите примеры реакций, проведение которых тре­бует применения катализатора.

16. Выберите из нижеприведенных реакций те, для прохож­дения которых с     заметной скоростью требуется катализатор:

а)2Н₂О₂  = 2Н₂О + О₂

б) ВаС1₂ + Na₂SO₄ = 2NaCl + BaSO₄↓

в) 4NH₃ + 3О₂ = 2N₂ + 6Н₂О

г) СО₂  + С = 2СО

17. Выберите из нижеприведённых реакций те, для проведе­ния которых катализатор не требуется:

а) 2N0 + 0₂ = 2NO₂ 

б) N₂ + 3H₂ = 2NH₃

в) 2KMnO₄ = K₂Mn0₄ + MnO₂ + 0₂

г) 4NH₃ + 5О₂ = 4NO + 6Н₂О

18. Некоторые химические реакции при определенных усло­виях протекают со взрывом.

а) Как вы определите, что такое «взрыв»?

б) Может ли наступить взрыв в результате понижения температуры?

в) Каков знак Q — теплового эффекта реакции, которая может протекать со взрывом?

г) Можно ли вызвать взрыв, введя в систему катализатор?

д) Можно ли прекратить начавшийся взрыв?

 

 

v Влияние температуры на скорость химической реакции.

Задача 1.

Для некоторой химической реакции температур­ный коэффициент равен трем. Как изменится скорость этой реакции, если повысить температуру ее проведения на 30°С?

Решение:

Обозначим скорость реакции при низкой темпе­ратуре υ₁. В соответствии с правилом Вант-Гоффа скорость реакции возрастет в 3 раза при повышении температуры на каждые 10° С. Всего температура повысилась на 30° С. Значит,

υ₂ = υ₁γ^(30/10) = υ₁γ³ = 27 υ₁.

Ответ: Скорость реакции возрастет в 27 раз.

Задача 2.

При некоторой температуре реакция А + В=С заканчивается за 15с, а при понижении температуры на 50° — за 8 мин. Вычислить температурный коэффициент реакции.

Решение:

Для вычисления температурного коэффициента нужно узнать, во сколько раз изменилась скорость реакции при понижении температуры. Обозначим скорость при высо­кой температуре υ₂, при низкой — υ₁. В обоих случаях реак­ция шла от одинаковых начальных условий до конца. Значит,

ΔС в обоих случаях одинаково.

Тогда, υ₁ = ΔС / 8 · 60; υ₂ = ΔС / 15.

Отсюда υ₂ ·15 = υ₁ · 480 и υ_{2 /} υ₁ = 480 /15 = 32.

Скорость реакции изменилась в 32 раза. Далее воспользуемся правилом Вант-Гоффа:

υ₂ / υ₁ = γ^(t1-t2)/10. Тогда γ ^50/10 = 32, откуда: γ ⁵ = 32

  Ответ: γ = 2.

 ! Решите задачи

1. Скорость некоторой обратимой реакции при увеличении температуры на 40°С возросла в 81 раз. Как при этом изменилась скорость обратной реакции: а) тоже возросла; б) уменьшилась; в) не изменилась?

2. Реакция А + В = С при 20° С заканчивается за 16 мин, а при 70° С за 0,5 мин. Чему равен температурный коэффициент этой реакции?

3. Некоторая реакция при 30°С заканчивается за 32 мин. Как надо изменить температуру проведения реакции, чтобы она закончилась за 30 с, если температурный коэффициент равен 4?

4. Некоторая реакция при 100°С закончилась за 20 с. Как нужно изменить температуру проведения реакции, чтобы она за­канчивалась за 2 мин 40 с, если γ = 2?

5. Как и во сколько раз изменится скорость химической реакций, если температура изменилась от 20°С до 80°С, а темпе­ратурный коэффициент реакции γ = 2?

6. Температурный коэффициент некоторой реакции γ = 2,5. Как изменится скорость этой реакции, если понизить тем­пературу проведения реакции от 60°С до 30°С?

7. Температурный коэффициент реакции равен 3. Каким образом надо изменить температуру проведения реакции, чтобы ее начальная скорость изменилась в 81 раз?

8. Температурный коэффициент некоторой реакции ра­вен 3. Как изменится скорость этой реакции при увеличении тем­пературы ее проведения на 50°С?

9. Начальная скорость некоторой реакции возрастет в 16 раз, если температуру проведения реакции повысить на 40°С. Вычислите температурный коэффициент этой реакции.