Химия (стр. 6 )

Скорость химических реакций возрастает в присутствии катализатора. Действие катализатора заключается в том, что он образует с реагентами неустойчивые промежуточные соединения (активированные комплексы), распад которых приводит к образованию продуктов реакции. При этом энергия активации понижается, и активными становятся молекулы, энергия которых была недостаточна для осуществления реакции в отсутствие катализатора. В результате возрастает общее число активных молекул и увеличивается скорость реакции.

ИНДИВИДУАЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ

1.  Реакция протекает по уравнению: 4HCI(г) + O2 (г) = 2H2O(г) + 2CI2 (г). Через некоторое время после начала реакции концентрации веществ стали равны: с(НС1) = 0,25 моль/дм3; с(О2) = 0,20 моль/дм3 ; с(С12) = 0,10 моль/дм3. Найти исходные концентрации хлороводорода и кислорода.

2.  На сколько градусов нужно увеличить температуру, чтобы скорость химической реакции возросла в 16 раз? Известно, что при увеличении температуры на 10 градусов скорость реакции возрастает в 2 раза.

3.  Некоторые вещества реагируют между собой по уравнению:

А(г) + В(г) + С(г) = Д(г) Начальные концентрации веществ А, В и С соответственно равны: 1 моль/дм3; 2 моль/дм3 и 0,8 моль/дм3. Через некоторое время концентрация вещества А уменьшилась на 10%. Как при этом изменилась скорость реакции?

4.  На сколько градусов нужно увеличить температуру, чтобы скорость химической реакции возросла в 27 раз? Известно, что при увеличении температуры на 10 градусов скорость реакции возрастает в 3 раза.

5.  Реакция протекает по уравнению. 2NO(г) + О2 (г) = 2NO2 (г). Начальные концентрации реагирующих веществ были: с(NO) = 0,8 моль/дм3, с(О2) = 0,6 моль/дм3. Определить, как изменится скорость реакции, если концентрацию кислорода увеличить до 0,9 моль/дм3.

6.  Рассчитайте температурный коэффициент скорости реакции (во сколько раз возрастет скорость реакции при увеличении температуры на 10 градусов), если известно, что при 293 К реакция протекает за 2 мин, а при 323 К за 15 с.

7.  Определить, как изменятся концентрации реагирующих веществ (исходные концентрации реагирующих веществ А и В одинаковы) к тому моменту, когда скорость реакции, протекающей согласно уравнению:

А(г)+ В(г)→С(г), уменьшится в 100 раз.

8.  При 443 К реакция протекает полностью за 6 с. Рассчитайте продолжительность (ч; мин; с) этой реакции при 373 К (температурный коэффициент равен 3,3).

9.  Реакция протекает по уравнению Н2 (г)+ I2 (г) = 2HI (г). При 508 К константа скорости реакции равна 0,16. Исходные концентрации реагирующих веществ с(Н2) = 0,04 моль/дм3, с(I2) = 0,05 моль/дм3. Вычислить начальную скорость реакции и скорость ее в тот момент, когда концентрация водорода уменьшится в два раза.

10. При повышении температуры на 10 градусов скорость реакции возрастает в 2 раза. Как увеличиться скорость при повышении температуры с 298 К до 348 К?

11. Скорость реакции 2SO2 (г) + O2 (г) = 2SO3 (г) при концентрациях реагирующих веществ с(SO2) = 0,3 моль/дм3 и с(О2) = 0,15 моль/дм3 составила 1,2 • 10–3 моль/дм3•с. Найти значение константы скорости реакции.

12. Для некоторой реакции температурный коэффициент равен 3. На сколько градусов надо повысить температуру, чтобы увеличить скорость реакции в 81 раз?

13. В двух сосудах объемом по 20 дм3 при одинаковой температуре находятся смеси газообразных веществ А и В. В каком сосуде быстрее и во сколько раз будет протекать химическая реакция: А (г) + В(г) ⇄ АВ(г) если в первый сосуд ввели 2 моль вещества А и 4 моль вещества В, а во второй — соответственно 6 и 3 моль веществ?

14. Определить температурный коэффициент скорости реакции, если при понижении температуры на 50 градусов реакция замедлилась в 2,5 раза.

15. Реакция идет согласно уравнению 4НС1(г) +О2(г) = 2Н2О(г) +2С12(г).Через некоторое время после начала реакции концентрации участвующих в ней веществ стали: с(НС1)= 0,25 моль/дм3; с(О2) = 0,2 моль/дм3; с(Сl2) = 0,1 моль/дм3. Какими были концентрации исходных веществ в начальный момент?

16.Температурный коэффициент скорости некоторой реакции равен 3. Определить, как изменится скорость этой реакции при повышении температуры от 353 К до 403 К.

17.  Через 10 с после начала реакции, идущей согласно уравнению: 2А(Г) + В(г) =С(г) концентрация вещества А равнялась 0,2 моль/дм3. За это время концентрация вещества В уменьшилась на 0,02 моль/дм3. Какова была начальная концентрация вещества А?

18.Рассчитать, во сколько раз увеличится скорость химической реакции при повышении температуры на 50 градусов, если температурный коэффициент скорости реакции равен 2.

19. В сосуд объемом 10 дм3 ввели 3,2 г паров серы и 6,4 г кислорода. Во сколько раз скорость химической реакции S(г) + O2 (г) =SO2 (г) в исходный момент будет отличаться от скорости той же реакции в момент, когда успело прореагировать 10% серы?

20. Две реакции при 283 К протекают с одинаковой скоростью. Температурные коэффициенты скорости первой и второй реакций равны соответственно 2 и 3. Определить отношение скоростей реакций, если первую из них провести при 353 К, а вторую - при 333 К?

21. В сосуд объемом 10 дм3 ввели 2 моль газообразного вещества А и 3 моль газообразного вещества В. Определите соотношение скоростей реакции в начальный момент и в момент, когда прореагировала половина вещества А.

22. При 423 К некоторая реакция заканчивается за 16 мин. Сколько времени потребуется для проведения той же реакции при 473 К если температурный коэффициент скорости реакции равен 2,5.

23. Константа скорости реакции (СН3СО)2О + Н2О = 2СН3СООН при 288 К равна 0,0454 мин–-1 . Исходная концентрация уксусного ангидрида была равна 0,5 моль/дм3. Чему будет равна скорость реакции в тот момент, когда концентрация уксусной кислоты станет равной 0,1 моль/дм3?

24. Определить, на сколько градусов нужно повысить температуру, чтобы скорость реакции возросла в 90 раз? Температурный коэффициент скорости реакции равен 3.

25. Определить константу скорости реакции: 2NO2 (г) = 2NO(г) + O2 (г), если в начальный момент времени в реакторе находился только NO2 с концентрацией 2 моль/дм3, а через 15 мин. концентрация кислорода составляла 0,5 моль/дм3.

26. При повышении температуры до 303 К скорость некоторой химической реакции увеличилась в 64 раза. Вычислите, во сколько раз увеличится скорость этой реакции при повышении температуры на каждые 10градусов.

27. Константа скорости реакции Н2 (г)+ I2 (г) = 2HI(г) при некоторой температуре равна 1,25·10–3 л/моль·с. Определите концентрацию веществ и скорость реакции, когда прореагирует половина водорода. В начальный момент смесь состояла из реагентов с одинаковой концентрацией 1,5 моль/дм3.

28. Две химические реакции при температуре 283 К протекают с одинаковой скоростью. При повышении температуры на каждые 10градусов скорость первой реакции увеличивается в 2 раза, второй — в 3 раза. При какой температуре скорость второй реакции в два раза превысит скорость первой?

29. Через некоторое время после начала реакции 3А+В→2С+D концентрации веществ составляли: с(А)=0,03 моль/дм3; с(В)=0,01 моль/дм3; с(С)=0,008 моль/дм3. Каковы исходные концентрации веществ А и В?

30. Скорость некоторой реакции увеличилась в 27 раз при повышении температуры реакционной смеси с 303 до 333 К. Во сколько раз увеличится скорость реакции при повышении температуры с 343 К до 1173 К?

2.3 ХИМИЧЕСКОЕ РАВНОВЕСИЕ

Условие химического равновесия

Термодинамические условия равновесия: когда DН = ТDS, т. е. энергия Гиббса реакции равна нулю: D rG= 0.

D rG0 = - RTln ([L]l• [M]m/[D] •d[B]b) (3.10)

Кинетические условия равновесия. Состояние системы, при котором скорость реакции в прямом направлении равна скорости реакции в обратном направлении, называют химическим равновесием. В условиях химического равновесия концентрации исходных веществ и продуктов реакции не изменяются во времени и называются равновесными концентрациями веществ. В дальнейшем равновесные концентрации будем обозначать символом вещества в квадратных скобках. Например, равновесные концентрации водорода и аммиака будут обозначаться [H2] и [NH3].

Константа химического равновесия

При равновесии химической реакции:

dD + bB)⇄ lL + mM,

где [L],[M],[D],[B] - равновесные концентрации соответствующих веществ; l, m, d и b — показатели степени, равные стехиометрическим коэффициентам.

Отношение ([L]l,[M]m/[D]d,[B]b) получило название константы химического равновесия соответственно Кр

Кр = ([L]l• [M]m/[D] •d[B]b) (3.11)

Например, для реакции синтеза аммиака:

N2 + 3Н2 )⇄ 2NН3:

Кр = [NН3]2/[N2][Н2]3

Константа равновесия характеризует глубину протекания процесса. Если Кр> 1, то выход большой, если Кр< 1, то выход продуктов мал. Константа равновесия зависит от температуры и не зависит от концентрации веществ и катализаторов. Катализатор не влияет на значение константы равновесия, поскольку он одинаково снижает энергию активации прямой и обратной реакции и поэтому одинаково изменяет их скорости. Катализатор лишь ускоряет достижение химического равновесия, но не влияет на количественный выход продуктов реакции.

Пример 8. Для реакции синтеза аммиака

N2 (г) + ЗН2 (г)⇄ 2NH3 (г) равновесные концентрации (моль/ дм3) N2, H2 и NH3 равны соответственно 3,00; 2,00 и 0,30. Найдите исходные концентрации N2 и Н2 и константу равновесия реакции.

Решение. Пусть объем системы равен 1 дм3 и в ходе реакции не изменяется. Обозначим равновесные концентрации как [H2] и [N2] и [NH3] , исходные — как с(H2),с(N2), концентрации и количество прореагировавшего вещества – с(H2) прор, с(N2) прор., n(N2)npop. и n(H2)npop.

с(H2) = [H2] + с(H2) прор.

с(N2) = [N2] + с(N2) прор.

Находим количество прореагировавшего азота n(N2)npop и водорода n(H2)npop по количеству образовавшегося аммиака. Составляем пропорции согласно уравнениям реакций:

на образование 2 моль NH3 → (расходуется) 1 моль N2,

0,30 моль → х;

отсюда х = 0,15 моль – количество прореагировавшего азота, n(N2)npop = 0,15 моль,

Находим концентрацию прореагировавшего N2:

с(N2) = n/V=0,15/1=0,15 моль/ дм3

Аналогично определяем количество прореагировавшего водорода: