Тема. Швидкість хімічних реакцій

1. У посудині змішали газ А кількістю речовини 4,5 моль і газ кількістю речовини 3 моль. Гази А та В реагують відповідно до рівняння А + В = С. Через деякий час у системі утворився газ З кількістю речовини 2 моль. Які кількості непрореагованих газів А і В залишилися в системі?

З рівняння реакції випливає, що:

Dn(A) = Dn(B) = Dn(C) = 2 моль,

де Dn - зміна кількості речовини в ході реакції.

Отже, в посудині залишилося:

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. Реакція протікає за рівнянням: 2A + B ⇄ C і має другий порядок за речовиною А та перший за речовиною B. У початковий момент часу швидкість реакції дорівнює 15 моль/л×с. Розрахувати константу швидкості та швидкість прямої реакції в той момент, коли прореагує 50% речовини B, якщо початкові концентрації дорівнюють: С(A) = 10 моль/л; З(B) = 5 моль/л. Як зміниться швидкість хімічної реакції?

С(B), що вступив у реакцію, дорівнює:

С(B) = 0,5 · 5 = 2,5 моль/л.

Відповідно С(A), що вступив у реакцію, дорівнює:

2 моль/л A - 1 моль/л B

C(A) - 2,5 моль/л B

З(A) і З(B) після протікання реакції:

З(A) = 10 - 5 = 5 моль/л,

З(B) = 5 - 2,5 = 2,5 моль/л.

Швидкість прямої реакції дорівнюватиме:

Швидкість хімічної реакції зміниться:

тобто зменшиться у 8 разів.

3. Реакція між речовинами А та В виражається рівнянням: А + 2В = С і має перший порядок за речовиною А та другою за речовиною B. Початкові концентрації речовин рівні: С(А) = 2 моль/л; С(В) = 4 моль/л; константа швидкості дорівнює 1,0. Знайти початкову швидкість реакції та швидкість після деякого часу, коли концентрація речовини А зменшиться на 0,3 моль/л.

Відповідно до закону чинних мас:

Якщо концентрація речовини А зменшиться на 0,3 моль/л, то концентрація речовини зменшиться на 0,3×2 = 0,6 моль/л. Після протікання реакції концентрації рівні:

4. Швидкості прямої та зворотної газофазних реакцій, що протікають у замкнутій посудині, виражаються рівняннями:

Відповідно до закону діючих мас, швидкості прямої та зворотної реакцій за початкових умов рівні:

Збільшення тиску в 3 рази для газоподібних систем призводить до зменшення обсягу газової суміші в 3 рази, у стільки ж разів збільшаться концентрації всіх трьох газів, і швидкості обох реакцій стануть відповідно рівними:

Відносини швидкостей реакцій становлять:

Таким чином, швидкість прямої реакції збільшиться у 27 разів, зворотної – у 9.

5. Реакція за температури 50 0 З протікає за 2 хв 15 з. За який час закінчиться ця реакція при температурі 70 0 С, якщо в даному температурному інтервалі температурний коефіцієнт швидкості дорівнює 3?

При збільшенні температури від 50 до 70 0 С швидкість реакції відповідно до правила Вант-Гоффа зростає:

де = 70 0, = 50 0 З, a і - швидкості реакції за даних температурах.

Отримуємо:

тобто. швидкість реакції збільшується у 9 разів.

Відповідно до визначення, час реакції обернено пропорційно швидкості протікання реакції, отже:

де і - час реакції при температурах і .

Звідси отримуємо:

Враховуючи, що = 135 с (2 хв 15 с), визначаємо час реакції при температурі :

6. У скільки разів збільшиться швидкість хімічної реакції при підвищенні температури = 10 0 C до = 80 0 З , якщо температурний коефіцієнт швидкості g дорівнює 2?

Із правила Вант-Гоффа:

Швидкість реакції збільшиться у 128 разів.

7. При вивченні кінетики виведення лікарського засобу з організму хворого було встановлено, що за 3 години в організмі пацієнта залишилося 50% від початкової кількості лікарського засобу. Визначити період напіввиведення та константу швидкості реакції виведення препарату з організму людини, якщо відомо, що це реакція першого порядку.

Оскільки за цей період з організму було виведено 50% препарату, то t 1/2 = 3 години. Константу швидкості реакції розрахуємо з рівняння:

8. При лабораторних дослідженнях водних розчинів лікарського засобу встановлено, що внаслідок гідролізу концентрація препарату за добу зменшилася від 0,05 моль/л до 0,03 моль/л. Обчислити період напівперетворення реакції гідролізу препарату.

Оскільки реакції гідролізу зазвичай протікають при значному надлишку води, її концентрацію можна постійної. Отже, у ході реакції змінюється лише концентрація препарату та реакцію гідролізу можна вважати реакцією першого порядку.

Значення константи швидкості реакції знайдемо з рівняння:

9. Період напіввиведення з організму хворого (реакція першого порядку) дорівнює 5 годин. Визначити час, за який із організму буде виведено 75% препарату.

При виведенні з організму 75% препарату відношення С/С 0 становитиме 0,25. В даному випадку зручно скористатися формулою:

10. Константа швидкості реакції гідролізу цукрози дорівнює 2,31×10 - 3 год - 1 . Розрахувати:

1) період напівперетворення реакції;

2) час, за який гідролізу зазнає 20% сахарози;

3) яка частина глюкози піддасться гідролізу через 5 діб.

1. Період напівперетворення дорівнює:

2. Після того, як гідроліз піддасться 20% сахарози, відношення С/С 0 складе 0,8. Отже:

3. Через 5 діб (120 годин) відношення С/С 0 становитиме:

Отже, гідролізу зазнало 24% глюкози.

11. У ході деякої реакції першого порядку за 30 хв перетворенню піддається 60% вихідної кількості речовини. Визначити, яка частина речовини залишиться за 1 годину.

1. Через 30 хвилин кількість речовини, що залишилася, складе:

1 = 0 - 0,6С 0 = 0,4×С 0 .

тобто, відношення З 0/З 1 дорівнює 2,5.

2. Знайдемо константу швидкості реакції:

3. Кількість речовини З 2 , що залишилася через 1 годину, визначимо за формулою:

Таким чином, за 1 годину залишиться 16% від вихідної речовини.

Запитання для самоконтролю

1. Що називається швидкістю хімічної реакції?

2. Що називається істинною швидкістю гомогенної реакції?

3. Яка розмірність швидкості гомогенної реакції?

4. Що називається швидкістю гетерогенної реакції?

5. Яка розмірність швидкості гетерогенної реакції?

6. Перерахуйте фактори, що впливають швидкість реакції.

7. Сформулюйте закон чинних мас.

8. Який фізичний сенс константи швидкості реакції? Від чого і від чого залежить константа швидкості реакції?

9. Що називається порядком реакції? Наведіть приклади рівнянь реакцій нульового, першого, другого та третього порядків.

10. Чи залежить розмірність константи швидкості реакції від порядку реакції?

11. Що називається молекулярністю реакції?

13. Дайте визначення простим та складним реакціям. Наведіть класифікацію складних реакцій.

14. Сформулюйте правило Вант-Гофф. Наведіть математичний вираз правила Вант-Гофф.

15. Яка швидкість реакції залежить від енергії активації? Напишіть рівняння Арреніуса.

16. Що таке активований комплекс? Чому перебіг реакцій протікає через стадії утворення активованих комплексів?

17. Що називається каталізатором? Гомогений та гетерогенний каталіз. Чому у присутності каталізаторів реакції протікають швидше?

18. Що таке ферментативний каталіз? Напишіть рівняння Міхаеліса-Ментена.

Варіанти задач для самостійного вирішення

Варіант №1

1. Реакція між речовинами А та В виражається рівнянням 2А + В = С і має другий порядок за речовиною А та перший за речовиною B. Початкові концентрації речовин дорівнюють: С 0 (А) = 0,4 моль/л; 0 (В) = 0,8 моль/л; k = 0,6. Знайти початкову швидкість реакції та швидкість після деякого часу, коли концентрація речовини А зменшиться на 0,2 моль/л.

2. На скільки градусів необхідно підвищити температуру, щоб швидкість реакції збільшилась у 64 рази? Температурний коефіцієнт швидкості реакції дорівнює 2.

а) зі збільшенням тиску у системі в 2 рази?

б) зі збільшенням обсягів газів у 2 рази?

Варіант №2

1. Реакція протікає за рівнянням: A + B = C і має перший порядок за речовиною А та за речовиною B. Концентрацію A збільшили з 2 до 8 моль/л, а концентрацію B з 3 до 9 моль/л. У скільки разів зросла швидкість прямої реакції?

2. При 1500С реакція закінчується за 10 хвилин. Приймаючи температурний коефіцієнт дорівнює 2, розрахуйте, через скільки хвилин закінчилася б реакція при 170 0 C.

3. Швидкість реакції виражається рівнянням: У скільки разів зміниться швидкість реакції зі збільшенням концентрації вихідних речовин у 3 рази?

Варіант №3

1. Реакція виражається рівнянням: A + B = C і має перший порядок за речовиною А та за речовиною B. При початкових концентраціях С 0 (A) = 3 моль/л та С 0 (B) = 5 моль/л швидкість прямої реакції дорівнює 0,3 моль/л×с. Визначити константу швидкості та швидкість реакції через деякий час, коли концентрація A зменшиться на 2 моль/л.

2. У скільки разів збільшиться швидкість хімічної реакції при підвищенні температури від 10 до 70 0 С, якщо температурний коефіцієнт швидкості дорівнює 2?

3. Швидкість реакції A(тв) + 2B(газ) = C(тв) виражається рівнянням: Як зміниться швидкість реакції, якщо концентрацію B збільшити у 2 рази?

Варіант №4

1. Реакція протікає за рівнянням: 2A + B = 2C і має другий порядок за речовиною А та перший за речовиною B. Розрахувати швидкість прямої реакції в той момент, коли відреагує 40% речовини B, якщо початкові концентрації дорівнюють: С 0 (А) = 8 моль/л; 0 (B) = 4 моль/л; k = 0,4.

2. Деяка реакція при 1000С закінчується за 5 хв. За який час вона закінчиться за 80 0 С, якщо температурний коефіцієнт швидкості g дорівнює 3?

3. Швидкість реакції 3A + B = C виражається рівнянням: У скільки разів зміниться швидкість прямої реакції:

а) зі збільшенням концентрації речовини A вдвічі?

б) при одночасному зменшенні концентрації вихідних речовин у 2 рази?

Варіант №5

1. Швидкість деякої реакції у разі підвищення температури з 40 до 70 0 З збільшилася в 8 разів. Визначити величину g.

2. Реакція протікає за рівнянням: A + 3B = 2C і має перший порядок за речовиною А та другою за речовиною B. Початкові концентрації речовин дорівнюють: С 0 (A) = 2 моль/л; 0 (B) = 6 моль/л; k = 1. Розрахувати початкову швидкість прямої реакції та швидкість у той момент, коли концентрація речовини A зменшилася на 1 моль/л. Як зміниться швидкість хімічної реакції?

3. Як зміняться швидкості прямої та зворотної реакцій, що протікають у газовій фазі і підпорядковуються рівнянням:

Варіант №6

1. У закритій посудині міститься суміш газів, що складається з 1 моль A і 3 моль B, яка реагує за рівнянням: A + 3B = 2C. Швидкість прямої реакції описується рівнянням У скільки разів зменшиться швидкість прямої реакції після того, як прореагує 0,5 моль A?

2. На скільки градусів треба збільшити температуру, щоб швидкість реакції зросла в 9 разів, якщо температурний коефіцієнт швидкості g дорівнює 3?

3. Як зміниться швидкість прямої газофазної реакції: 2A = B, порядок якої оцінюється як 0,5 при ізотермічному зменшенні тиску в системі в 3 рази?

Варіант №7

1. Реакція між речовинами А та В протікає за рівнянням: A + 2B = C і має перший порядок за речовиною А та за речовиною В. Початкові концентрації реагуючих речовин склали: 0 (A) = 1,5 моль/л; 0 (B) = 3 моль/л; k = 0,4. Обчислити швидкість хімічної реакції в початковий момент часу і через деякий час, коли прореагує 75% А.

2. Чому дорівнює температурний коефіцієнт швидкості g, якщо зі збільшенням температури на 30 0 С швидкість реакції зростає у 27 разів?

при ізотермічному збільшенні тиску вдвічі?

Варіант №8

1. У розчині об'ємом 1 л, що містить 1 моль речовини A та 2 моль речовини B, протікає реакція: A + 3B = 2C + D. Пряма реакція має перший порядок за речовиною А та другою за речовиною B. У скільки разів зменшиться швидкість прямої реакції після того, як відреагують 0,65 моль речовини A?

2. При підвищенні температури від -5 до +50С швидкість бактеріального гідролізу (ферментативний процес) збільшується в 4 рази. Визначити значення температурного коефіцієнта швидкості реакції g.

3. У скільки разів слід збільшити концентрацію речовини A в системі 2A (газ) = B (газ) + C (тв.), щоб швидкість прямої реакції, яка є реакцією другого порядку, збільшилась у 4 рази?

Варіант №9

1. Реакція протікає за рівнянням: 2A + B = 2C і має другий порядок за речовиною А та перший за речовиною B. Швидкість прямої реакції дорівнює 8 моль/л×с. Розрахувати константу швидкості та швидкість прямої реакції в той момент, коли прореагує 30% речовини B, якщо початкові концентрації рівні: 0 (A) = 2 моль/л; 0 (B) = 1 моль/л. Як зміниться швидкість хімічної реакції?

2. При збільшенні температури від 10 до 50 0 С швидкість реакції збільшилася у 16 разів. Визначити температурний коефіцієнт швидкості g.

3. Реакція протікає за рівнянням: A + B = C + D + E і має перший порядок за речовиною А та нульовою за речовиною B. Як зміниться швидкість прямої реакції після розведення суміші, що реагує, в 3 рази?

Варіант №10

1. Реакція протікає за рівнянням: A + 2B = AB 2 і має перший порядок за речовиною А та другою за речовиною B. Константа швидкості реакції дорівнює 0,01. Розрахувати швидкість реакції при початкових концентраціях: 0 (A) = 0,8 моль/л; З 0 (B) = 0,8 моль/л і швидкість реакції на момент утворення 0,2 моль/л речовини АВ 2 .

2. У скільки разів збільшиться швидкість хімічної реакції у разі підвищення температури від 30 до 60 0 С, якщо температурний коефіцієнт швидкості g дорівнює 3?

3. Період напіввиведення з організму хворого (реакція першого порядку) дорівнює 6 годин. Визначити, за який час вміст препарату в організмі людини зменшиться у 8 разів.

Варіант №11

1. Реакція протікає за рівнянням: A + B = 2C і має перший порядок за речовиною А та за речовиною B. Початкові концентрації речовин дорівнюють: С 0 (A) = 0,3 моль/л; 0 (B) = 0,5 моль/л; k = 0,1. Знайти початкову швидкість реакції і швидкість реакції після деякого часу, коли концентрація А зменшиться на 0,1 моль/л.

2. При 100 0 З деяка реакція закінчується за 16 хвилин. Приймаючи температурний коефіцієнт швидкості g рівним 2 розрахувати, через скільки хвилин закінчилася б ця ж реакція при 140 0 С?

3. Період напіввиведення препарату з організму хворого (реакція першого порядку) дорівнює 2:00. Визначити час, за який із організму буде виведено 99% препарату.

Варіант №12

1. Реакція протікає за рівнянням: A + 2B = C і має перший порядок за речовиною А та другою за речовиною B. Початкові концентрації речовин дорівнюють: С 0 (A) = 0,9 моль/л; 0 (B) = 1,5 моль/л; k = 0,6. Знайти початкову швидкість реакції та швидкість після деякого часу, коли витратиться 50% речовини A.

2. Чому дорівнює температурний коефіцієнт швидкості хімічної реакції? , якщо зі збільшенням температури на 30 0 З швидкість зростає у 27 разів?

3. Період напівперетворення деякої реакції першого порядку дорівнює 30 хв. Розрахувати, яка частина від вихідної кількості залишиться за 1 годину.

Варіант №13

1. Реакція протікає за рівнянням: 2A + B = 2C і має другий порядок за речовиною А та перший за речовиною B. Константа швидкості реакції дорівнює 5×10 - 2 . Розрахувати швидкість реакції при початкових концентраціях 0 (A) = 0,4 моль/л; З 0 (B) = 0,9 моль/л і швидкість реакції на момент утворення 0,1 моль речовини С.

2. При температурі 100С реакція протікає за 80 хвилин. За якої температури реакція закінчиться за 20 хвилин, якщо температурний коефіцієнт швидкості дорівнює 2?

3. У ході лабораторних досліджень було встановлено, що протягом доби концентрація препарату в організмі хворого знизилася від 0,1 моль/л до 0,02 моль/л. Обчислити період напівелімінації препарату, вважаючи, що це реакція першого порядку.

Варіант №14

1. У закритій посудині об'ємом 1 л знаходиться суміш газів, що складається з 1 моль газу A та 3 моль газу B, яка реагує за рівнянням: A + 3B = 2C. Пряма реакція має перший порядок за речовиною А та другою за речовиною B. Як зміниться швидкість прямої реакції після того, як відреагує 0,5 моль газу A?

2. При збільшенні температури системи від 10 до 50 0 С швидкість хімічної реакції збільшилася у 16 разів. Визначити температурний коефіцієнт швидкості реакції g .

3. Під час аварії на Чорнобильській АЕС (1986 р.) стався викид радіонукліду Cs-137, період напіврозпаду якого становить 30 років. Розрахувати, яка частина радіонукліда, що потрапив в організм, залишилася в даний час.

Варіант №15

1. Реакція протікає за рівнянням: A + B = C має перший порядок за речовиною А та за речовиною B. При початкових концентраціях речовин 0 (A) = 0,6 моль/л; 0 (B) = 0,8 моль/л швидкість реакції дорівнює 0,03 моль/л×с. Визначити константу швидкості та швидкість реакції через деякий час, коли концентрація речовини A зменшиться на 0,3 моль/л.

2. Швидкість реакції при 00С дорівнює 1 моль/л×с. Обчислити швидкість цієї реакції при 30 0, якщо температурний коефіцієнт швидкості реакції дорівнює 3.

3. Константа швидкості гідролізу пестициду при 25 0 С дорівнює 0,32 с-1. Початкова концентрація пестициду в пробі становила 2,5 моль/л. Розрахувати, який час концентрація пестициду знизиться до 0,01 моль/л.

Варіант №16

1. Реакція розкладання протікає за рівнянням: 2A = 2B + C і має другий порядок за речовиною А. Константа швидкості цієї реакції при 200 0 С дорівнює 0,05. Початкова концентрація С(A) = 2 моль/л. Визначити швидкість реакції при зазначеній температурі початковий момент і в той момент, коли розкладеться 80% речовини A.

2. Як зміниться швидкість прямої реакції: 2A (тв) + 3B (газ) = 2С (тв) , яка має нульовий порядок за речовиною А та третій за речовиною B, якщо тиск у системі збільшити у 3 рази?

3. У ході деякої реакції першого порядку за 45 хв перетворенню піддається 20% вихідної кількості речовини. Визначити, яка частина речовини залишиться за 1,5 години.

Варіант №17

1. Взаємодія газів протікає за рівнянням: A + 2B = 2C і має перший порядок за речовиною А та другою за речовиною B. Початкові концентрації газів рівні: 0 (A) = 2 моль/л; 0 (B) = 4 моль/л; k = 0,02. Обчислити швидкість прямої реакції в початковий момент часу і через деякий час, коли прореагує 50%речовини A.

2. При 200С реакція протікає за 2 хв. За який час протікатиме ця ж реакція при 0 0 С, якщо g = 2?

3. Мурашина кислота розкладається на оксид вуглецю (IV) та водень на поверхні золота. Константа швидкості цієї реакції при 140 0 З дорівнює 5,5×10 - 4 хв –1 , а за 185 0 З становить 9,2×10 - 3 хв –1 . Визначити енергію активації цієї реакції.

Варіант №18

1. Реакція протікає за рівнянням: 2A + B = 2C і має перший порядок за речовиною А та за речовиною B. Швидкість реакції 0,5 моль/л×с. Початкові концентрації речовин дорівнюють: С(A) = 6 моль/л; З(B) = 3 моль/л. Визначити константу швидкості цієї реакції та швидкість реакції через деякий час, коли концентрація речовини B зменшиться на 1 моль/л.

2. При 200С реакція протікає за 2 хв. За скільки часу протікатиме ця ж реакція при 50 0 С, якщо g = 2?

3. Константа швидкості реакції інверсії тростинного цукру при 25 0 З дорівнює 9,67×10 - 3 хв - 1 , а за 40 0 З становить 73,4×10 - 3 хв –1 . Визначити енергію активації цієї реакції у вказаному інтервалі температур.

Приклад 1. Реакція між речовинами А та В протікає за рівнянням 2А + В = С, концентрації речовин (моль/л) дорівнюють [А] = 6, [В] = 5. Константа швидкості реакції дорівнює 0,5 л 2 × моль -2 × с -1. Обчисліть швидкість хімічної реакції у початковий момент і у той час, як у реакційної суміші залишиться 45% речовини У.

Рішення.Відповідно до закону діючих мас, швидкість хімічної реакції прямо пропорційна добутку концентрацій реагуючих речовин у ступенях, рівних стехіометричних коефіцієнтів у рівнянні реакції. Отже, для реакції 2А + ВС

V = kЗ А 2 З В.

Швидкість хімічної реакції у початковий момент дорівнює:

V 1 = 0,5 · 6 2 · 5 = 90 моль · с -1 · л -1.

Якщо змінилася концентрація хоча б однієї з реагуючих речовин, то зміниться концентрація і всіх інших речовин:

Після закінчення деякого часу в реакційній суміші залишається 45% речовини, тобто. [В] = 5 · 0,45 = 2,25 моль/л. Значить, концентрація речовини зменшилася на 5,0 − 2,25 = 2,75 моль/л. Оскільки речовини А і взаємодіють між собою у співвідношенні 2:1, то концентрація речовини А зменшилася на 5,5 моль (2,752) і стала рівною 0,5 моль/л (6,0 - 5,5). Отже,

V 2= 0,5 ∙ (0,5) 2 · 2,25 = 0,28 моль · з -1 · л -1.

Приклад 2. Визначте, як зміниться швидкість прямої реакції

2СО (г) + О 2 (г) = 2CO 2 (г) якщо загальний тиск в системі збільшити в 4 рази.

Рішення.Збільшення тиску в системі в 4 рази викликає зменшення обсягу системи в 4 рази, а концентрації реагуючих речовин зростуть у 4 рази. Відповідно до закону чинних мас початкова швидкість реакції дорівнює

Після збільшення тиску

Отже, після збільшення тиску в 4 рази швидкість реакції зросла в 64 рази.

Примітка. Закон дії мас у його класичній формі (вираженої через концентрації) справедливий для неелектролітів та розведених розчинів слабких електролітів (тобто для газів та розчинів). Тверді речовини у вираз швидкості реакції не включають, оскільки їм поняття концентрації неприйнятно; швидкість реакцій у твердій фазі залежить від площі твердої речовини, тобто. ступеня його подрібнення.

Так, для реакції С (т) + 2 (г) = 2СО (г) швидкість прямої реакції зворотної .

Зміна тиску зміщує рівновагу, якщо число молей вихідних і газоподібних речовин, що утворюються, неоднаково. Для реакції 2СО + O 2 = 2CO 2 швидкість прямої реакції, зворотної.

Приклад 3. У системі А(г) + 2В(г) = С(г) рівноважні концентрації рівні: [А] = 0,06 моль/л; [В] = 0,12 моль/л; [З] = 0,216 моль/л. Знайдіть константу рівноваги реакції та вихідні концентрації речовин А та В.

Рішення.Відповідно до закону дії мас, константа рівноваги даної реакції виражається рівнянням

Підставляючи дані завдання, отримуємо:

Відповідно до рівняння реакції, з 1 моль А і 2 моль Утворюється 1 моль С. Оскільки за умовою завдання в кожному літрі системи утворилося 0,216 моль речовини С, то при цьому було витрачено 0,216 моль А і 0,216 · 2 = 0,432 моль В. Таким чином , шукані вихідні концентрації рівні:

[А] = 0,06 + 0,116 = 0,276 моль/л;

[B] = 0,12 + 0,432 = 0,552 моль/л.

Приклад 4.Реакція протікає за рівнянням А + В = 2С. Визначте рівноважні концентрації реагуючих речовин, якщо вихідні концентрації речовин А та В відповідно дорівнюють 0,5 та 0,7 моль/л, а константа рівноваги реакції Дор = 50.

Рішення.До моменту рівноваги концентрації вихідних речовин А і понизяться, а концентрація продукту реакції З збільшиться. На кожен моль речовин А та В утворюється 2 моль речовини; тому, якщо зниження концентрації речовин А та В позначити через хмоль, то збільшення концентрації речовини буде дорівнює 2 хміль.

Рівноважні концентрації реагуючих речовин:

[А] = (0,5 - х) моль/л; [В] = (0,7 - х) моль/л; [С] = 2 хмоль/л.

46x 2 – 60x + 17,5=0.

Вирішуючи рівняння, отримуємо: x 1 = 0,86; х 2= 0,44. За умовою завдання справедливе значення х 2 .Звідси рівноважні концентрації реагуючих речовин дорівнюють: [А] = 0,5 – 0,44 = 0,06 моль/л; [В] = 0,7 - 0,44 = = 0,26 моль / л; [С] = 0,44 · 2 = 0,88 моль/л.

Приклад 5. Обчисліть, у скільки разів зросте швидкість хімічної реакції зі збільшенням температури на 40°С, якщо температурний коефіцієнт цієї реакції дорівнює 3.

Рішення.Залежність швидкості хімічної реакції від температури виражається емпіричним правилом Вант-Гоффа.

У цьому прикладі температура підвищилася на 40°С,

Отже, швидкість реакції зросла 3 4 = 81 раз.

Запитання для самопідготовки

1. Сформулюйте закон дії мас, закон Вант-Гоффа, принцип Ле-Шательє.

2. Назвіть фактори, що впливають швидкість реакції.

3. Що називається константою рівноваги, чого вона залежить і що характеризує?

4. Реакція йде за рівнянням 4HCI (г) + O 2 (г) = 2H 2 O (г) + 2CI 2 (г). Як зміниться швидкість реакції, якщо тиск у системі збільшити утричі?

5. У скільки разів слід збільшити концентрацію водню, щоб швидкість реакції N 2(г) + 3H 2(г) ®2NH 3(г) зросла у 1000 разів? Як потрібно змінити тиск, щоб досягти такого ж прискорення реакції?

6. В яку сторону зміщується рівновага: а) у разі підвищення температури; б) у разі підвищення тиску:

2H 2(г) + O 2(г) ⇆2H 2 O (пар) + 249,9 кДж

2SO 2(г) + O 2(г) ⇆2SO 3(г) + 198,4 кДж

7. Рівновість системи 2NO(г) + O 2(г) ®2NO 2(г) встановилася за наступних концентрацій речовин: = 0,08 моль/л; = 0,03 моль/л; = 0,01 моль/л. Обчисліть константу рівноваги і вихідні концентрації NO і O 2 якщо вихідна концентрація NO 2 дорівнює нулю.

1. Як зміниться швидкість прямої реакції А(г) + 2В(г) →АВ2, якщо тиск у системі збільшити в 4 рази?

а) швидкість зменшиться у 10 разів;

б) швидкість не зміниться;

в) швидкість збільшиться у 16 разів;

г) швидкість збільшиться у 64 рази.

2. Температурний коефіцієнт швидкості деякої реакції дорівнює 2,0. Як зміниться швидкість цієї реакції, якщо зменшити на 40 градусів?

а) збільшиться у 8 разів;

б) зменшиться у 8;

в) зменшиться у 16 разів;

г) збільшиться у 16 разів.

3. У гомогенній системі А + В = 2С рівноважні концентрації реагуючих газів (моль/л): [А] = 0,06; [В] = 0,2; [З] = 0,8. Обчисліть константу рівноваги системи.

4. Для реакції NO(г) + O2(г) = NO2(г) при 25°С Кр= 0,1. Яка ΔG реакції?

а) 23,5 кДж/моль;

б) -5,7Дж/моль;

в) -44,8 кДж/моль;

г) 22,44 кДж/моль.

5. У якому напрямку зміститься рівновага при зниженні температури реакції:

C 2 H 4(г) + 3O 2(г) = 2CO 2(г) + 2H 2 O (г) (∆H o = -1323 кДж ) ?

а) зміститься праворуч;

б) зміститься вліво;

в) рівновага не зміниться.

Необоротні реакції

1. Як зміниться швидкість реакції 2А + В ® А 2 В, якщо концентрацію речовини А збільшити у 2 рази, а концентрацію речовини В зменшити у 2 рази?

2. У скільки разів слід збільшити концентрацію речовини В 2 у системі 2А 2 (г) + В 2 (г) ® 2А 2 В(г), щоб при зменшенні концентрації речовини А в 4 рази швидкість прямої реакції не змінилася?

3. У системі СО + С1 2 ® СОС1 2 концентрацію СО збільшили від 0,03 до 0,12 моль/л, а концентрацію С1 2 - від 0,02 до 0,06 моль/л. У скільки разів зросла швидкість прямої реакції?

4. Як зміниться швидкість прямої реакції N 2 (г) + 3H(г) ® 2 NH 3 якщо а) збільшити тиск у системі в 3 рази; б) зменшити обсяг у 2 рази; в) збільшити концентрацію N 2 у 4 рази?

5. У скільки разів слід збільшити тиск, щоб швидкість утворення NО 2 за реакцією 2NО + О 2 ® 2 NО 2 зросла у 1000 разів?

6. Реакція між оксидом вуглецю (II) і хлором протікає за рівнянням СО + С1 2 ® СОС1 2 . Як зміниться швидкість реакції зі збільшенням а) концентрації СО в 2 рази; б) концентрації С1 2 у 2 рази; в) концентрації обох речовин у 2 рази?

7. Реакція проходить у газовій фазі. У реакції беруть участь дві речовини А і В. Відомо, що при збільшенні концентрації компонента в 2 рази швидкість зросла в 2 рази, а при збільшенні концентрації компонента в 2 рази швидкість збільшилася в 4 рази. Скласти рівняння реакції, що протікає. Як зміниться швидкість реакції зі збільшенням загального тиску в 3 рази?

8. Вивчається швидкість реакції взаємодії речовин А, В і D. При постійних концентраціях і D збільшення концентрації речовини А в 4 рази призводить до зростання швидкості в 16 разів. Якщо в 2 рази збільшується концентрація речовини при постійних концентраціях речовин А і D, то швидкість зростає тільки в 2 рази. При постійних концентраціях А та В подвоєння концентрації речовини D призводить до збільшення швидкості у 4 рази. Скласти рівняння реакції.

9. Визначити швидкість хімічної реакції А(г) + В(г) ® АВ(г), якщо константа швидкості реакції дорівнює 2×10 -1 л×моль -1 × с, а концентрації речовин А та В відповідно дорівнюють 0,025 та 0 0,01 моль/л. Розрахувати швидкість реакції у разі підвищення тиску в 3 рази.

10. Знайти значення константи швидкості реакції А + 2В ? .

11. У посудині об'ємом 2 л змішали газ А кількістю речовини 4,5 моль і газ кількістю речовини 3 моль. Гази реагують відповідно до рівняння А + В = С. Через 20 секунд у системі утворився газ З кількістю речовини 2 моль. Визначити середню швидкість реакції. Які кількості речовин А та В не прореагували?

12. Реакція між речовинами А та В виражається рівнянням А + В ® С. Початкові концентрації становлять [A] O = 0,03 моль/л, [B] O = 0,05 моль/л. Константа швидкості реакції дорівнює 04. Знайти початкову швидкість реакції і швидкість реакції після деякого часу, коли концентрація речовини С, що утворилася, буде дорівнює 0,01 моль/л.

13. Реакція між газоподібними речовинами А та В виражається рівнянням А + В ® С. Початкові концентрації речовин становлять [A] 0 = 0,03 моль/л, [B] 0 = 0,03 моль/л. Константа швидкості реакції дорівнює 0,1. Через деякий час концентрація речовини А зменшилася на 0,015 моль/л. У скільки разів необхідно збільшити загальний тиск, щоб швидкість хімічної реакції стала рівною початковій швидкості?

14. На скільки градусів треба збільшити температуру, щоб швидкість реакції зросла у 27 разів? Температурний коефіцієнт швидкості реакції дорівнює 3.

15. При 20оС реакція протікає за 2 хвилини. За скільки часу протікатиме ця реакція а) при 50 о С, б) при 0 про С? Температурний коефіцієнт швидкості реакції дорівнює 2.

16. При температурі 30 про З реакція протікає за 25 хвилин, а при 50 про З за 4 хвилини. Розрахувати температурний коефіцієнт швидкості реакції.

17. Швидкість реакції при 0оС дорівнює 1 моль/л× с. Обчислити швидкість цієї реакції при 30 про З, якщо температурний коефіцієнт швидкості дорівнює 3.

18. При підвищенні температури на 50оС швидкість реакції зросла в 32 рази. Обчислити температурний коефіцієнт швидкості хімічної реакції.

19. Дві реакції протікають при 25 про З однаковою швидкістю. Температурний коефіцієнт швидкості першої реакції дорівнює 20, а другий - 25. Знайти відношення швидкостей цих реакцій за 95 про С.

20. Чому дорівнює енергія активації реакції, якщо при підвищенні температури від 290 до 300 К швидкість реакції збільшується у 2 рази?

21. У скільки разів збільшиться швидкість реакції, що протікає при 298 К, якщо внаслідок використання каталізатора вдалося зменшити енергію активації на 4 кДж/моль?

22. Яке значення енергії активації реакції, швидкість якої при 300 К у 10 разів більша, ніж при 280 К?

23. Енергія активації реакції О 3 (г) + NO (г) ® О 2 (г) + NO 2 (г) дорівнює 40 кДж/моль. У скільки разів зміниться швидкість реакції при підвищенні температури від 27 до 37 о С?

24. Один каталізатор знижує енергію активації при 300 К на 20 кДж/моль, а інший на 40 кДж/моль. Який каталізатор ефективніший? Відповідь обґрунтувати розрахунком відношення швидкостей реакцій під час використання тієї чи іншої каталізатора.

25. При 150 С деяка реакція закінчується за 16 хвилин. Приймаючи температурний коефіцієнт швидкості реакції рівним 2,5, розрахувати, через який час закінчиться ця реакція, якщо проводити її а) за 200 про З, б) за 80 про З.

26. При підвищенні температури на 10оС швидкість хімічної реакції зростає в 2 рази. При 20 про вона дорівнює 0,04 моль/(л×с). Якою буде швидкість цієї реакції при а) 40 про З, б) 0 про З?

27. При 20оС швидкість хімічної реакції дорівнює 0,04 моль/(л×с). Розрахувати швидкість цієї реакції при 70 про З, якщо відомо, що енергія активації дорівнює 70 кДж/моль.

28. Обчислити температурний коефіцієнт реакції g, якщо константа швидкості цієї реакції при 120 про З дорівнює 5,88×10 -4 , а при 170 про З - 6,7×10 -2 .

29. У скільки разів зміниться швидкість хімічної реакції зі збільшенням температури від 300 К до 400 К, якщо температурний коефіцієнт g = 2? Чому дорівнює енергія активації цієї реакції?

30. У скільки разів збільшиться швидкість хімічної реакції А + 2В ® С при підвищенні тиску в системі в 4 рази та одночасному підвищенні температури на 40 о С. Реагуючі речовини – гази. Температурний коефіцієнт реакції дорівнює 2.

31. У скільки разів зменшиться швидкість хімічної реакції 2А(г) + В(г) ® 2С(г) при зменшенні тиску всіх речовин у системі в 3 рази та одночасному зниженні температури системи на 30 о С? Температурний коефіцієнт швидкості реакції дорівнює 2.

32. Реакція між газоподібними речовинами А та В виражається рівнянням А + В ® С. Початкові концентрації речовин становлять [A] 0 = 0,05 моль/л та [В] 0 = 0,05 моль/л. Через деякий час концентрація речовин зменшилася вдвічі. Визначити, як необхідно змінити температуру, щоб швидкість реакції стала рівною початковій швидкості, якщо а) температурний коефіцієнт реакції дорівнює 2; б) енергія активації дорівнює 70 кДж, температура протікання реакції – 27 про С?

33. Відомо, що при підвищенні температури від 290 до 300 К швидкість хімічної реакції зростає вдвічі. Розрахувати енергію активації. Як зміниться швидкість цієї реакції при 310 К, якщо систему ввести каталізатор, що знижує енергію активації цієї реакції на 10 кДж/моль?

Хімічне рівновагу

1. При певній температурі рівновагу в системі 2NO 2 «2NO+O 2 встановилося за концентрацій =0.4 моль/л, =0.2 моль/л, =0.1 моль/л. Знайти константу рівноваги і вихідну концентрацію NO 2 якщо вихідна концентрація кисню дорівнює нулю. Які умови сприятимуть зміщенню рівноваги у бік утворення NO, якщо пряма ендотермічна реакція?

2. Константа рівноваги системи А+«С+D дорівнює одиниці. Скільки відсотків речовини А буде перетворено, якщо змішати 3 моля речовини А і 5 мол речовин В? Які умови сприятимуть зміщенню рівноваги у бік освіти, якщо пряма реакція екзотермічна?

3. Для системи

СО(Г) +H 2 O(Г) «CO 2(Г) +H 2(Г)

0 = 0 = 0.03 моль/л, 0 = 0 = 0. Розрахувати константу рівноваги, якщо рівноважна концентрація вуглекислого газу дорівнює 0,01 моль/л. Які умови сприятимуть зміщенню рівноваги у бік утворення СО, якщо пряма ендотермічна реакція?

4. Для системи

2NO(Г) +Cl 2(Г) «2NOCl(Г)

0 = 0.5 моль/л, 0 = 0.2 моль/л, 0 = 0 моль/л. Знайти константу рівноваги, якщо на момент його наступу прореагувало 20% оксиду азоту. Які умови сприятимуть зсуву рівноваги у бік утворення NOCl, якщо пряма екзотермічна реакція?

H 2(Г) + I 2(Г) «2HI (Г) ,

якщо в посудину ємністю 10 літрів помістити 1 моль йоду та 2 моля водню (К С =50). Які умови сприятимуть зміщенню рівноваги у бік утворення йоду, якщо пряма екзотермічна реакція?

6. Для системи СО (Г) + H 2 O (Г) CO 2 (Г) + H 2 (Г) , 0 = 0 = 1 моль / л, 0 = 0 = 0. Розрахувати склад рівноважної суміші (%об.), якщо константа рівноваги К С =1. Які умови сприятимуть зміщенню рівноваги у бік утворення водню, якщо зворотна екзотермічна реакція?

7. У замкнутій посудині протікає реакція АВ(Г) «А(Г) + В(Г) . Константа рівноваги КЗ = 0.04. Знайти початкову концентрацію АВ, якщо рівноважна концентрація АВ дорівнює 0.02 моль/л. Які умови сприятимуть зміщенню рівноваги у бік утворення А, якщо зворотна екзотермічна реакція?

8. У замкнутій посудині об'ємом 10 л при температурі 800˚С установилася рівновага CaCO 3(Т) «CaO(Т) +CO 2(Г) . Константа рівноваги КР = 300 кПа. Яка маса СаСО 3 розклалася? Які умови сприятимуть зсуву рівноваги у бік утворення вуглекислого газу, якщо пряма ендотермічна реакція?

9. У замкнутій посудині за деякої температури встановилася рівновага Fe(Т) +H 2 O(Г) «FeO(Т) +Н 2(Г) . Визначити частку води, що прореагувала, якщо К Р =1, а вихідний парціальний тиск водню дорівнює нулю. Які умови сприятимуть зміщенню рівноваги у бік утворення водню, якщо зворотна екзотермічна реакція?

10. Визначити рівноважну концентрацію водню в системі 2HI(Г) «H 2(Г) +I 2(Г) якщо вихідна концентрація HI становила 0.05 моль/л, а константа рівноваги К С =0.02. Які умови сприятимуть зміщенню рівноваги у бік утворення НI, якщо пряма ендотермічна реакція?

Швидкість хімічних реакцій Розділ хімії, що вивчає швидкість та механізм хімічних реакцій, називається хімічною кінетикою. Швидкість хімічної реакції - кількість елементарних актів взаємодії в одиницю часу в одиниці реакційного простору. Це визначення справедливе як гомогенних, так гетерогенних процесів. У першому випадку реакційним простором є обсяг реакційної судини, а в другому - поверхнею на якій протікає реакція. Оскільки при взаємодії змінюються концентрації реагентів чи продуктів реакції на одиницю часу. При цьому немає необхідності стежити за зміною концентрації всіх речовин, що беруть участь в реакції, оскільки стехіометричний рівняння її встановлює співвідношення між концентраціями реагентів. Концентрацію речовин, що реагують, найчастіше виражають кількістю молей в 1 літрі (моль/л). Швидкість хімічної реакції залежить від природи речовин, що реагують, концентрації, температури, величини поверхні дотику речовин, присутності каталізаторів та інших. , і говорять про мономолекулярну реакцію; коли в елементарному акті відбувається зіткнення двох різних молекул, залежність має такий вигляд: і - до [А] [В], і говорять про бимолекулярну реакцію; коли в елементарному акті відбувається зіткнення трьох молекул, для залежності швидкості від концентрації справедливо: v - до [А] [В] [С], і говорять про тримолекулярної реакції. У всіх розібраних залежностях: v-швидкість реакції; [А], [В], [З] - концентрації реагуючих речовин; до - коефіцієнт пропорційності; званий константою швидкості реакції. v = до, коли концентрації реагуючих речовин або їх добуток дорівнює одиниці. Константа швидкості залежить від природи реагуючих речовин та від температури. Залежність швидкості простих реакцій (тобто реакцій, що протікають через один елементарний акт) від концентрації описується законом діючих мас, встановленим К. Гульдбергом і П. Вааге в 1867: швидкість хімічної реакції прямо пропорційна добутку концентрації реагуючих речовин, зведених у ступінь їх стехіометричних коефіцієнтів. Наприклад, для реакції 2NO + 02 = 2N02; v - k2 і зросте втричі Знайти: Рішення: 1) Записуємо рівняння реакції: 2СО + 02 = 2С02. Відповідно до закону діючих мас v - до [С0]2. 2) Позначимо [ЗІ] = а; = Ь, тоді: v = до а2 Ь. 3) При підвищенні концентрації вихідних речовин у 3 рази отримаємо: [ЗІ] = За, а = ЗЬ. 4) Розраховуємо швидкість реакції і1: - k9a23b - к27а% a if к27 Д2Ь 27 v к а2Ь Відповідь: у 27 разів. Приклад 3 У скільки разів зросте швидкість хімічної реакції при підвищенні температури на 40 °С, якщо температурний коефіцієнт швидкості реакції дорівнює 3? Дано: At = 40 ° С Y - 3 Знайти: 2 Рішення: 1) Відповідно до правила Вант-Гоффа: h-U vt2 = vh у 10 , 40 і - vt > 3 10 - vt -81. 2 1 1 Відповідь: у 81 разів. а Приклад 4 Реакція між речовинами А та В протікає за схемою 2А + В *» С. Концентрація речовини А дорівнює 10 моль/л, а речовини - б моль/л. Константа швидкості реакції дорівнює 0,8 л2 4 моль"2 сек"1. Обчислити швидкість хімічної реакції у початковий момент, а також у момент, коли в реакційній суміші залишиться 60 % речовини В. Дано: до - 0,8 л2 моль"2 сек"1 [A] =10 моль/л [B] = 6 моль/л Знайти: "поч! ^ Рішення: 1) Знаходимо швидкість реакції у початковий момент: v - к[А]2 [В], г> = 0,8 102 б - 480 моль - л сек"1. поч 2) Через деякий час у реакційній суміші залишиться 60 % речовини В. Тоді: Отже, [В] зменшилася на: 6 - 3,6 = 2,4 моль/л. 3) З рівняння реакції слід, що речовини А і В взаємодіють між собою щодо 2:1, тому [А] зменшилася на 4,8 моль/л і стала рівною: [А] = 10 - 4,8 = 5,2 моль/л. 4) Розраховуємо if: г) = 0,8 * 5,22 3,6 = 77,9 моль л "1 * сек"1. Відповідь: г>поч ~ 480 моль л сек"1, г/ = 77,9 моль л-1 сек"1. Приклад 5 Реакція за температури 30 °С протікає за 2 хвилини. За скільки часу закінчиться ця реакція за температури 60 °С, якщо в даному температурному інтервалі температурний коефіцієнт швидкості реакції дорівнює 2? Дано: t1 = 30 °С t2 = 60 °С 7 = 2 т = 2 хв = 120 сек Знайти: год Рішення: 1) Відповідно до правила Вант-Гоффа: vt - = у ю 1 vt - = 23 = 8. Vt 2) Швидкість реакції обернено пропорційна часу реакції, отже: Відповідь: т=15сек. Запитання та завдання для самостійного вирішення 1. Дайте визначення швидкості реакції. Наведіть приклади реакцій з різними швидкостями. 2. Вираз для істинної швидкості хімічної реакції, що протікає при постійному обсязі системи, записується так: dC v = ±--. d t Вкажіть, у яких випадках необхідний позитивний, а в яких – негативний знак у правій частині виразу. 3. Від яких факторів залежить швидкість хімічної реакції? 4. Що називається енергією активації? Чи вплив якого фактора на швидкість хімічної реакції вона характеризує? 5. Чим пояснюється сильне збільшення швидкості реакції під час зростання температури? 6. Дайте визначення основного закону хімічної кінетики – закону діючих мас. Ким і коли його було сформульовано? 7. Що називається константою швидкості хімічної реакції та від яких факторів вона залежить? 8. Що таке каталізатор та як він впливає на швидкість хімічної реакції? 9. Наведіть приклади процесів, у яких використовуються інгібітори. 10. Що таке промотори та де вони застосовуються? 11. Які речовини називають «каталітичними отрутами»? Наведіть приклади таких речовин. 12. Що таке гомогенний та гетерогенний каталіз? Наведіть приклади процесів із застосуванням їх каталітичних процесів. 13. Як зміниться швидкість реакції 2С0 + 02 = 2С02, якщо зменшити об'єм газової суміші у 2 рази? 14. У скільки разів зросте швидкість хімічної реакції при підвищенні температури з 10 до 40 °С, якщо відомо, що з підвищенням температури на 10 °С швидкість реакції зросте в 2 рази? 15. Швидкість реакції А + В = З у разі підвищення температури на кожні 10 °С збільшується втричі. У скільки разів збільшиться швидкість реакції у разі підвищення температури на 50 °С? 16. У скільки разів зросте швидкість реакції взаємодії водню та брому, якщо концентрації вихідних речовин збільшити у 4 рази? 17. У скільки разів зросте швидкість реакції у разі підвищення температури на 40 °С (у = 2)? 18. Як зміниться швидкість реакції 2NO + 02 ^ 2N02, якщо тиск у системі збільшити вдвічі? 19. У скільки разів слід збільшити концентрацію водню у системі N2 + 3H2^ 2NH3, щоб швидкість реакції зросла у 125 разів? 20. Реакція між оксидом азоту (II) та хлором протікає за рівнянням 2NO + С12 2NOC1; як зміниться швидкість реакції зі збільшенням: а) концентрації оксиду азоту вдвічі; б) концентрації хлору вдвічі; в) концентрації обох речовин вдвічі? . 21. За 150 °С деяка реакція закінчується за 16 хвилин. Приймаючи температурний коефіцієнт рівним 2,5, розрахуйте, через який період часу закінчиться ця реакція при 80 °С. 22. На скільки градусів треба збільшити температуру, щоб швидкість реакції зросла у 32 рази. Температурний коефіцієнт швидкості реакції дорівнює 2. 23. За 30 °С реакція протікає за 3 хвилини. За скільки часу протікатиме ця ж реакція при 50 °С, якщо температурний коефіцієнт швидкості реакції дорівнює 3. 24. При температурі 40 °С реакція протікає за 36 хв, а при 60 °С - за 4 хв. Розрахуйте температурний коефіцієнт швидкості реакції. 25. Швидкість реакції при 10 °С дорівнює 2 моль/л. Обчисліть швидкість цієї реакції при 50 °С, якщо температурний коефіцієнт швидкості реакції дорівнює 2.

Приклад 4.1. Як зміниться швидкість реакції кожної з реакцій

2NO(г) + Cl2(г) = 2NOCI(г) (1); СаО (к) + СО 2 (г) = СаСО 3 (к) (2),

якщо у кожній системі збільшити тиск утричі?

Рішення. Реакція (1) гомогенна і, згідно із законом дії мас, початкова швидкість реакції дорівнює v = k∙∙∙ ; реакція (2) гетерогенна і її швидкість виражається рівнянням v = k∙ . Концентрація речовин, що у твердої фазі (у цій реакції СаО), не змінюється під час реакції, тому входить у рівняння закону дії мас.

Збільшення тиску в кожній із систем у 3 рази призведе до зменшення об'єму системи в 3 рази та збільшення концентрації кожної з реагуючих газоподібних речовин у 3 рази. При нових концетраціях швидкості реакцій: v" = k∙(3 ) 2 ∙3 = 27 k∙ ∙ (1) та v" = k 3 (2). Порівнюючи вирази для швидкостей v і v", знаходимо, що швидкість реакції (1) зростає у 27 разів, а реакції (2) – у 3 рази.

Приклад 4.2.Реакція між речовинами А та В виражається рівнянням 2А + В = D. Початкові концентрації становлять: СА = 5 моль/л, СО = 3,5 моль/л. Константа швидкості дорівнює 0,4. Обчислити швидкість реакції у початковий момент у той час, як у реакційної суміші залишиться 60 % речовини А.

Рішення.За законом дії мас v =. У початковий момент швидкість v 1 = 0,4 × 5 2 × 3,5 = 35. Після деякого часу в реакційній суміші залишиться 60 % речовини А, тобто концентрація речовини А дорівнюватиме 5 × 0,6 = 3 моль /Л. Отже, концентрація А зменшилася на 5 – 3 = 2 моль/л. Так як А і В взаємодіють між собою у співвідношенні 2:1, то концентрація речовини зменшилася на 1 моль і стала рівною 3,5 - 1 = 2,5 моль/л. Отже, v 2 = 0,4×3 2×2,5 = 9.

Приклад 4.3. Через деякий час після початку реакції

2NO + O 2 = 2NO 2 концентрації речовин становили (моль/л): = 0,06;

0,12; = 0,216. Знайти вихідні концентрації NO та O 2 .

Рішення.Вихідні концентрації NO і O 2 знаходимо на основі рівняння реакції, згідно з яким на освіту 2 моль 2NO 2 витрачається 2моль NO. За умовою завдання утворилося 0,216 моль NO 2 , потім витратилося 0,216 моль NO. Отже, вихідна концентрація NO дорівнює:

0,06 + 0,216 = 0,276 моль/л.

По рівнянню реакції на освіту 2 моль NO 2 необхідно 1 моль О 2 , а отримання 0,216 моль NO 2 потрібно 0,216 / 2 = 0,108 моль / О 2 . Вихідна концентрація 2 дорівнює: = 0,12 + 0,108 = 0,228 моль/л.

Таким чином, вихідні концентрації становили:

0,276 моль/л; = 0,228 моль/л.

Приклад 4.4.За 323 К деяка реакція закінчується за 30 с. Визначити, як зміниться швидкість реакції та час її протікання при 283 К, якщо температурний коефіцієнт швидкості реакції дорівнює 2.

Рішення.За правилом Вант-Гоффа знаходимо, у скільки разів зміниться швидкість реакції:

2 –4 = .

Швидкість реакції зменшується у 16 разів. Швидкість реакції та час її перебігу пов'язані обернено пропорційною залежністю. Отже, час перебігу цієї реакції збільшиться в 16 разів і становитиме 30×16 = 480с = 8 хв.

Завдання

№ 4.1 . Реакція протікає за рівнянням 3Н2 + СО = СН4 + H2O

Початкові концентрації реагуючих речовин (моль/л): = 0,8; C CO = 0,6. Як зміниться швидкість реакції, якщо збільшити концентрацію водню до 1,2 моль/л, а концентрацію оксиду вуглецю до 0,9 моль/л?

(Відповідь:збільшиться у 5 разів).

№ 4.2 . Реакція розкладання N 2 O йде за рівнянням 2N 2 O = 2N 2 + O 2 . Константа швидкості реакції дорівнює 5 · 10 -4. Початкова концентрація

0,32 моль/л. Визначити швидкість реакції в початковий момент і в той момент коли розкладеться 50 % N 2 O. ( Відповідь: 5,12 . 10 -5 ; 1,28 . 10 -5).

№ 4.3 . Реакція між речовинами А та В виражається рівнянням

А + 2В = D. Початкові концентрації: С А = 0,3 моль/л та СВ = 0,4 моль/л. Константа швидкості дорівнює 0,8. Обчислити початкову швидкість реакції і визначити, як змінилася швидкість реакції після деякого часу, коли концентрація речовини А зменшилася на 0,1 моль.

(Відповідь: 3,84 . 10 -2; зменшилася у 6 разів).

№ 4.4 .Чому дорівнює температурний коефіцієнт швидкості реакції, якщо при зниженні температури на 30 ° С, час перебігу реакції збільшився у 64 рази? ( Відповідь: 4).

№ 4.5 .Обчислити, при якій температурі реакція закінчиться за 45 хв, якщо при 20 про З це потрібно 3 год. Температурний коефіцієнт швидкості реакції дорівнює 3 ( Відповідь: 32,6 про З).

№ 4.6. Як зміниться швидкість реакції CO + Cl 2 = COCl 2 якщо підвищити тиск у 3 рази і одночасно підвищити температуру на 30 про С (γ = 2)?

(Відповідь:збільшиться у 72 рази).

№ 4.7 . Реакції протікають за рівняннями

З (к) + О 2 (г) = СО 2 (г) (1); 2СО (г) + Про 2(г) = 2СО 2 (г) (2)

Як зміниться швидкість (1) та (2) реакцій, якщо в кожній системі: а) зменшити тиск у 3 рази; б) збільшити обсяг судини у 3 рази; в) підвищити концентрацію кисню втричі? ( Відповідь:а) зменшиться у (1) у 3, у (2) у 27 разів);

б) зменшиться у (1) у 3, у (2) у 27 разів); в) збільшиться в (1) та (2) у 3 рази).

№ 4.8 . Реакція йде за рівнянням H 2 + I 2 = 2HI. Константа швидкості дорівнює 0,16. Вихідні концентрації водню та йоду відповідно дорівнюють 0,04 моль/л та 0,05 моль/л. Обчислити початкову швидкість реакції та її швидкість, коли концентрація Н 2 дорівнює 0,03 моль/л. ( Відповідь: 3,2 . 10 -3 ; 1,9 . 10 -3).

№ 4.9 . Окислення сірки та її діоксиду протікає за рівняннями:

S(к) + О2(г) = SO2(г) (1); 2SO 2 (г) + О 2 (г) = 2SO 3 (г) (2)

Як зміниться швидкість (1) та (2) реакцій, якщо в кожній системі: а) збільшити тиск у 4 рази; б) зменшити обсяг судини у 4 рази; в) підвищити концентрацію кисню у 4 рази? ( Відповідь:а) збільшиться в (1) 4, в 2 в 64 (рази);

б) збільшиться у (1) у 4, у (2) у 64 рази); в) збільшиться в (1) та (2) у 4 рази).

№ 4.10 . Константа швидкості реакції 2А + У = D дорівнює 0,8. Початкові концентрації: С А = 2,5 моль/л та С В = 1,5 моль/л. В результаті реакції концентрація речовини С виявилася рівною 0,6 моль/л. Обчислити, чому стала дорівнює СА і швидкість реакції. ( Відповідь: 0,7 моль/л; 0,235).

№ 4.11. Реакція протікає за рівнянням 4HCl + O 2 = 2H 2 O + 2Cl 2

Через деякий час після початку реакції концентрації речовин, що беруть у ній, стали (моль/л): = 0,85; = 0,44; = 0,30. Обчислити початкові концентрації HCl і 2 . ( Відповідь:= 1,45; = 0,59 моль/л).

№ 4.12 . Початкові концентрації речовин у реакції СО + Н 2 О ↔ СО 2 + Н 2

дорівнювали (моль/л): C CO = 0,5; = 0,6; = 0,4; = 0,2. Обчислити концентрації всіх речовин, що беруть участь у реакції, після того, як прореагувало 60 % Н 2 О. ( Відповідь: C CO = 0,14; = 0,24; = 0,76; = 0,56 моль/л).

№ 4.13 . Як зміниться швидкість реакції 2СО + О 2 = СО 2 якщо:

а) обсяг реакційної судини збільшити 3 рази; б) збільшити концентрацію ЗІ в 3 рази; в) підвищити температуру на 40 о С (? = 2)? ( Відповідь:а) зменшиться у 27 разів; б) збільшиться у 9 разів; в) збільшиться у 16 разів).

№ 4.14 . При 10 С реакція закінчується за 20 хвилин. Скільки часу триватиме реакція у разі підвищення температури до 40 о С, якщо температурний коефіцієнт дорівнює 3? ( Відповідь: 44,4 с).

№ 4.15 . У скільки разів слід збільшити

а) концентрацію СО у системі 2СО = СО 2 + З, щоб швидкість реакції зросла в 4 рази?

б) концентрацію водню в системі N 2 + 3H 2 = 2NH 3 щоб швидкість реакції зросла в 100 разів?

в) тиск у системі 2NO + O 2 = 2NO 2 щоб швидкість освіти NO 2 зросла в 10 3 разів? ( Відповідь: 2 рази; 4,64 рази; 10 раз).

№ 4.16 . Швидкість реакції А + 2В = АВ 2 при С А = 0,15 моль/л

С В = 0,4 моль/л дорівнює 2,4 ∙ 10 −3 . Визначити константу швидкості і швидкість реакції, коли концентрація стане 0,2 моль/л. ( Відповідь: 0,1; 2 ∙ 10 -4).

№ 4.17 . Як зміниться швидкість реакції 2А + В = А 2 В, якщо концентрацію речовини А збільшити в 3 рази, концентрацію речовини зменшити в 2 рази, а температуру підвищити на 40 про С (γ = 2)? ( Відповідь:збільшиться у 72 рази).

№ 4.18. Реакція йде за рівнянням 2H2S+3O2=2SO2+2H2O.

Через деякий час після початку реакції концентрації речовин, що беруть у ній, стали (моль/л): = 0, 009; = 0,02; = 0,003. Обчислити: = 0,7 моль/л).