Примеры решения задач. Пример 7.1. Напишите математическое выражение закона действия масс для реакций: а) 2NO(г) + CI2 (г) = 2NOCI (г);

Пример 7.1. Напишите математическое выражение закона действия масс для реакций: а) 2NO(г) + CI₂ (г) = 2NOCI (г);

б) СаО(к) + СО₂ (г) = СаСО₃ (к)

Решение. а) v = kС_NO² С_CI2; б) Поскольку СаО – твердое вещество, концентрация которого не изменяется в ходе реакции, закон действия будет иметь вид: v = kС_СО2.

Пример 7.2. Как изменится скорость реакции 2NO(г) + О₂ (г) ® 2NO₂ (г), если уменьшить объем реакционного сосуда в 3 раза?

Решение. До изменения объема, скорость реакции выражалась уравнением: v = kС_NO² С_O2 ; вследствие уменьшения объема концентрация каждого из реагирующих веществ возрастает в три раза.

Следовательно, теперь, v' = k(3С_NO)² 3С_O2 = 27kС_NO² С_O2. Сравнивая выражения для скоростей v и v', находим, что скорость реакции возрастает в 27 раз.

Пример 7.3. 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. Вычислите 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 v₁ = 0,4 × 5² × 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, v₂ = 0,4 × 3² × 2,5 = 9.

Пример 7.4. При 323 К некоторая реакция заканчивается за 30 с. Определите, 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

121. Как изменится скорость реакции в системе СО(г) + 3Н₂(г) = СН₄(г) + H₂O(г), если концентрации исходных веществ уменьшить в 2 раза? (Ответ: уменьшится в 16 раз).

122. Реакция разложения вещества АВ выражается уравнением

2АВ = А₂ + В₂. Константа скорости данной реакции равна 2·10^–4. Начальная концентрация С_АВ = 0,32 моль/л. Определите скорость в начальный момент и в тот момент, когда разложится 50% АВ. (Ответ: 2,04^. 10^-4 ; 5,1 ^. 10^-5).

123. 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. Вычислите, какова стала скорость реакции в тот момент, когда концентрация вещества А уменьшилась на 0,1 моль. (Ответ: 6,4 ^. 10^-3).

124. Чему равен температурный коэффициент скорости реакции, если при понижении температуры на 30°, время протекания реакции увеличилось в 64 раза? (Ответ: 4).

125. Во сколько раз увеличится скорость реакции при повышении температуры реакции от 20⁰ до 60⁰ С, если температурный коэффициент скорости реакции равен 2? (Ответ: 16).

126. Как изменится скорость реакции CO + Cl₂ = COCl₂, если повысить давление в 3 раза? (Ответ: увеличится в 9 раз).

127. Скорость реакции А + 2В = АВ₂ при С_А= 0,5моль/л и С_В= 0,06моль/л равна 0,18. Определите константу скорости реакции. (Ответ: 100).

128. Реакция идет по уравнению H₂ +I₂=2HI. Константа скорости равна 0,16. Исходные концентрации водорода и иода соответственно равны 0,04моль/л и 0,05 моль/л. Вычислите начальную скорость реакции и ее скорость, когда концентрация Н₂ станет равной 0,03 моль/л. (Ответ: 3,2 ^. 10^-3; 1,9 ^. 10^-3).

129. Окисление серы и ее диоксида протекает по уравнениям:

а) S(к) + О₂(г) = SO₂(г); б) 2SO₂(г) + О₂(г) = 2SO₃(г)

Как изменится скорость каждой из этих реакций, если объем каждой из систем уменьшить в 4 раза? (Ответ: увеличится в 16 раз, 64 раза).

130. 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. Вычислите, чему стала равна С_А и скорость реакции. (Ответ: 0,7; 0,235).

131. При 70⁰С некоторая реакция заканчивается за 56 с. Сколько времени будет длиться эта реакция при 100⁰С, если температурный коэффициент реакции равен 2? (Ответ: 7с).

132. Во сколько раз увеличится скорость реакции при повышении температуры на 40 градусов, если температурный коэффициент равен 3? (Ответ: 81).

133. Как изменится скорость реакции 2А + В = С, если объем газовой смеси увеличить 3 раза? (Ответ: уменьшится в 27 раз).

134. При 10⁰С реакция заканчивается за 20 минут. Сколько времени будет длиться реакция при повышении температуры до 40⁰С, если температурный коэффициент равен 3? (Ответ: 44,4 с).

135. Как изменится скорость реакции 2NO + O₂ = 2NO₂, если давление в сосуде увеличить в 2 раза? (Ответ: увеличится в 8 раз).

136. Скорость реакции А + 2В = АВ₂ при С_А= 0,15моль/л и С_В= 0,4моль/л равна 0,28. Определите константу скорости. (Ответ: 11,67).

137. Как изменится скорость реакции 2А + В = А₂В, если концентрацию вещества А увеличить в 3 раза, а концентрацию вещества В уменьшить в 2 раза? (Ответ: увеличится в 4,5 раза).

138. Как изменится скорость реакции N₂ + 3H₂ = 2NH₃, если объём газовой смеси увеличится в 2 раза? (Ответ: уменьшится в 16 раз).

139. В системе 2NO + O₂ = 2NO₂ концентрацию NO увеличили в 3 раза, а концентрацию O₂ в 2 раза. Во сколько раз возросла скорость реакции? (Ответ: 18).

140. При 100°С некоторая реакция заканчивается за 16 минут. Принимая температурный коэффициент скорости равный 2, рассчитать через какое время закончится эта реакция при 60°С. (Ответ: 256 мин).