Индивидуальные домашние задания по химии (стр. 9 )

  Скорость реакции зависит от природы реагирующих веществ, их концентрации, температуры и от присутствия катализаторов. В тех случаях, когда для протекания реакции необходимо столкновение реагирующих частиц (молекул, атомов), зависимость скорости реакции от концентрации определяется законом действия масс: при постоянной температуре скорость химической реакции прямо пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ.

  Так, для реакции типа 2А + В2 = АВ2 закон действия масс выражается следующим образом: х = k [A]2 [B2].

  В этом уравнении [A]2 и [B2] – концентрации вступающих в реакцию веществ (в степени их стехиометрических коэффициентов), а коэффициент пропорциональности k  – константа скорости реакции, значение которой зависит от природы реагирующих веществ.

  При гетерогенных реакциях концентрации веществ, находящихся в твердой фазе, обычно не изменяются в ходе реакции и поэтому не включаются в уравнение закона действия масс.

  Пример 1. Написать выражения закона действия масс для реакций:

а) 2NO(г)  +  Cl2(г)  = 2NOCl(г);

б) СаСО3(к)  =  СаО(к)  +  СО2(г).

  Решение.  а)  х = k [NO]2 [Cl2]; б) поскольку карбонат кальция – твердое вещество, от концентрации которого скорость гетерогенной реакции не зависит, искомое выражение будет иметь вид: х = k, т. е. в данном случае скорость реакции при определенной температуре постоянна.

  Пример 2. Как изменится скорость реакции 2NO(г)  +  О2(г)  = 2NO2(г), если уменьшить объем реакционной смеси в три раза?

  Решение. До изменения объема скорость реакции выражалась уравнением х = k [NO]2 [О2]. Вследствие уменьшения объема концентрация каждого из реагирующих веществ возрастет в три раза. Следовательно, теперь:  х1 = k (3[NO])2 3[О2]  =  27 k [NO]2 [О2].

  Сравнивая выражения для х и х1, находим, что скорость реакции возрастет в 27 раз.

  Зависимость скорости реакции (или константы скорости реакции) от температуры может быть выражена уравнением:

хt + Δt/ хt = kt + Δt/ kt = γΔt/10.

  Пример 3. Температурный коэффициент скорости реакции равен 2,8. Во сколько раз возрастает скорость реакции при повышении температуры от 20 до 75 0С?

  Решение. Поскольку Δt = 55 0С, то обозначив скорость реакции при 20 и 75 0С соответственно х и х1, можем записать: = 2,855/10;  lg = 5,5 lg2,8 = 2,45.

  Отсюда скорость реакции увеличится в 287 раз.

  При протекании химической реакции концентрации исходных веществ уменьшаются; в соответствии с законом действия масс это приводит к уменьшению скорости реакции. Если реакция обратима, т. е. может протекать как в прямом, так и в обратном направлениях, то с течением времени скорость обратной реакции будет возрастать, так как увеличиваются концентрации продуктов реакции. Когда скорости прямой и обратной реакции становятся одинаковыми, наступает состояние химического равновесия и дальнейшего изменения концентраций участвующих в реакции веществ не происходит. В случае обратимой химической реакции  аА + bВ ↔ сС + dD, в состоянии химического равновесия скорость прямой и обратной реакции равны. ,

где К – константа равновесия реакции.

  Концентрации, входящие в выражение константы равновесия, называются равновесными концентрациями. Константа равновесия – постоянная при данной температуре величина. Чем больше константа равновесия, тем «глубже» протекает реакция, т. е. тем больше выход ее продуктов.

  В выражение константы равновесия гетерогенной реакции, как и в выражения закона действия масс, входят только концентрации веществ, находящихся в жидкой или газообразной фазе, так как концентрации твердых веществ остаются, как правило, постоянными.

  Пример 4. В системе  А(г)  +  2В(г)  =  С(г) равновесные концентрации равны: [А] = 0,06 моль/л, [В] = 0,12 моль/л, [С] = 0,216 моль/л. Найти константу равновесия реакции и исходные концентрации веществ А и В.

  Решение. Константа равновесия данной реакции выражается уравнением: , подставляя в него данные задачи, получаем = 2,5. Для нахождения исходных концентраций веществ А и В учтем, что, согласно уравнению реакции из 1 моля А и 2 молей В образуется 1 моль С. Поскольку по условию задачи в каждом литре системы образовалось 0,216 моля вещества С, то при этом было израсходовано 0,216 моля А и 0,216*2 = 0,432 моля В. Таким образом, искомые концентрации равны: [А0] = 0,06 + 0,216 = 0,276 моль/л;  [В0] = 0,12 + 0,432 = 0,552 моль/л.

Вариант I

Во сколько раз увеличится скорость реакции при повышении температуры от 40 до 200 °С, принимая температурный коэффициент скорости равным 2. Вычислите константу равновесия для реакции: СО + Н20 ↔ С02 + Н2, исходя из того, что при состоянии равновесия [СО] = 0,04 моль/л: [Н20] = 0,064 моль/л, [С02] = [Н2] =  0,016 моль/л. Равновесные концентрации веществ, участвующих в системе:        2NO + 02 ↔ 2N02 , были: моль/л  [NO] =0,056; [02] = 0,028; [N02] = 0,044. Вычислите исходные концентрации [NO] и [O2] .

Вариант 2

Как изменятся скорость реакции 2NO + 02 ↔ 2N02, если уменьшить объем реакционного сосуда в 2 раза? Температурный коэффициент скорости реакции равен 2. Во сколько раз возрастет скорость реакции при повышении температуры от 20 до 75 °С?

3. Реакция идет по уравнению: 4HCl + O2 ↔ 2H2O + 2Cl2 . Через некоторое время после начала реакции концентрации участвовавших в ней веществ были: (моль/л)[ HCl ] = 0,75; [02] = 0,42; [Cl2] – 0,20. Какими были концентрации этих веществ в начале реакции?

Вариант 3

1. Напишите выражение закона действия масс для реакций:

  а) H2S (г) = H2 (г) + S (г);

  б)  N2O4 (г) = 2NO2 (г);

  в)  2СО (г) + О2 (г) = 2СО2 (г).

В системе  А(г) + 2В(г) ↔ 3С(г) равновесные концентрации равны: [ A ] = 0,6 моль/л; [ B ] = 1,2 моль/л: [ C ] = 2,16 моль/л. Найти константу равновесия реакции. Найти исходные концентрации веществ А и В в задании 2?

Вариант 4

1. Определите, как изменится скорость прямой реакции 2SO2  +  O2  =  2SO3 , если общее давление в системе увеличить в 4 раза?

2. Температурный коэффициент скорости некоторой реакции равен 3. Как изменится скорость этой реакции при повышении температуры от 80 до 130 °С.

3. Смещается ли равновесие в системах  H2(г) + Cl2(г) ↔ HCl(г),  2N2O5(г) ↔ О2(г)  + 4NO2(г)  при изменении давления? Напишите выражения для констант равновесия каждой из систем.

Вариант 5

1. Как изменится скорость прямой реакции ЗСН3ОН + Н3В03 = В(ОСН3)3 + ЗН20, если увеличить концентрацию метилового спирта с 0,3 до 0,6 моль/л, а концентрацию борной кислоты с 0,2 до 1,2 моль/л?

2. При повышении температуры от 10 до 50 0С скорость некоторой реакции увеличилась в 16 раз. Вычислите температурный коэффициент скорости этой реакции.

3. Написать формулу для вычисления константы равновесия реакции:  4HCl + O2 ↔ 2H2O + 2Cl2.  В каком направлении сместится это равновесие в случае увеличения объёма системы в 4 раза?

Вариант 6

1. Как изменится скорость химической реакции  N2 (г)  +  3H2 (г)  =  2NH3 (г), протекающей в закрытом сосуде, если давление в нем увеличить в 3 раза.

2. Константа равновесия реакции  2NO ↔ N2O4 при некоторой температуре равна 0,25. Вычислить концентрацию компонентов в системе при наступлении равновесия, если [NO]исх = 9,2 моль/л.

3. Как были изменены температура и давление в гетерогенной системе:  СаС03 = СаО + CO2 –  43 ккал, если равновесие сместилось вправо?

Вариант 7

1. При некоторой температуре равновесные концентрации в системе: 2SO2 + O2 ↔ 2SO3 составляли соответственно  [SO2 ] = 0,04моль/л,  [ 02 ] = 0,06 моль/л; [ S03 ] = 0,02 моль/л. Вычислить константу равновесия и исходные концентрации [SO2] и [O2].

2. В каком направлении сместиться равновесие следующих реакций при понижении температуры: H2S (г) ↔ H2 (г) + S (г) –  4,8 ккал;  N2O4 (г) ↔ 2NO2 (г) + 15,92 ккал.

3. При температуре 100 °С скорость одной реакции в 2 раза больше скорости второй. Температурный коэффициент скорости первой равен 2, второй – 4. При какой температуре скорости обеих реакций выравняются?

Вариант 8

1. Реакция идет согласно уравнению: 2NO (г) + Cl2 (г) = 2NOCl (г). Концентрации исходных веществ до начала реакции составляли: [ NO ] = 0,4 моль/л; [ Cl2 ] = 0,3 моль/л, во сколько раз изменится скорость реакции по сравнению с первоначальной в тот момент, когда успеет прореагировать половина оксида азота?

2. Как можно увеличить процентное содержание PCl3 в равновесной системе: PCl5 ↔ PCl3 + Cl2  –  130ккал.

3. На сколько градусов следует повысить температуру системы, чтобы скорость протекающей в ней реакции возросла в 50 раз? Температурный коэффициент скорости реакции равен 1,8.

Вариант 9

1. Куда сместится равновесие вследствие уменьшения объёма в системах: 4HCl + O2 ↔ 2H2O + 2Cl2; 2NO + 02  ↔ 2N02.

2. Вычислить равновесные концентрации веществ, участвующих в реакции: СО + Н20 ↔ С02 + Н2  по следующим данным: [C0] = 0,1 моль/л; [Н20] = 0,4 моль/л, Кр = I.

3. Во сколько раз изменится скорость реакции  2А + В = А2В, если концентрацию вещества А увеличить в 2 раза, а концентрацию вещества В уменьшить в 2 раза?

Вариант 10

1. Во сколько раз необходимо увеличить концентрацию вещества А, чтобы при уменьшении концентрации вещества в 4 раза скорость реакции  2А (г) + В (г) = С (г)  не изменилась?