6.2 Алгоритмы решения типовых задач

1 Реакция разложения оксида азота (+5), протекающая по уравнению общего вида 2N₂O₅(г) ↔ 4NO₂(г) + O₂(г), протекает в две стадии:

1) N₂O₅(г) ↔ N₂O₃(г) + O₂(г) – медленно;

2) N₂O₅(г) + N₂O₃(г) ↔ 4NO₂(г) – быстро.

Определите порядок и молекулярность этого процесса.

Ответ

Из условий задачи следует, что скорость реакции, в целом, определяется первой стадией процесса. Итак, скорость реакции пропорциональна концентрации N₂O₅(г), т.е. процесс разложения оксида азота (+5) – реакция первого порядка, мономолекулярная.

2 Вычислите значение константы скорости при некоторой температуре для элементарной реакции C(г) + D(г) ↔ B(г), если при концентрациях [C] = 0,04 моль/дм³ и [D] = 0,05 моль/дм³ скорость реакции составила υ = 3,2∙10^–4.

Ответ

Так как реакция элементарная, то уравнение реакции отражает её механизм – это реакция второго порядка, т.е. кинетическое уравнение этого процесса будет иметь вид:

υ = отсюда

3 Для реакции в газовой фазе

2А + 3В ↔ А₂В₃

полученная зависимость её скорости от концентрации реагентов представлена в таблице 6.2.1.

Таблица – 6.2.1 – Зависимость скорости реакции от концентрации реагентов

Концентрация, моль/дм3
Вещество А	0,20	0,40	0,50	0,60	1,20	0,20
Вещество В	0,20	0,40	0,20	0,80	0,80	1,00
Скорость реакции, моль/(дм3∙мин)	0,32	0,64	0,32	1,28	1,28	1,60

Каков порядок реакции? Вычислите константу скорости. Как изменится скорость реакции при увеличении давления в два раза?

Решение

1. Для нахождения порядка реакции прежде всего надо найти кинетическое уравнение для этой сложной химической реакции. При этом необходимо протестировать уравнения следующих типов:

1. первого порядка – υ = k[А]; υ = k[В];

2. второго порядка – υ = k[А][В]; υ = k[А]²; υ = k[В]²;

3. третьего порядка – υ = k[А]²[В]; υ = k[А][В]².

2 Кинетическое уравнение будет соответствовать действительному механизму реакции, если вычисленное из него значение константы скорости реакции будет одинаковым (или примерно одинаковым, с учетом погрешности измерения в ходе эксперимента).

3 Тестирование уравнения первого порядка вида υ = k[А]:

1) Для первой пробы

2) Для второй пробы

3) Для третьей пробы

Так как значение константы скорости не одинаковы для исследованных проб, то кинетическое уравнение первого порядка вида υ = k[А] не соответствует механизму данной реакции.

Тестирование уравнения первого порядка вида υ = k[В]:

1) для первой пробы

2) для второй пробы

3) для третьей пробы

4) для четвертой пробы

5) для пятой пробы

6) для шестой пробы

Итак, кинетическое уравнение данной реакции: υ = k[В]; константа скорости – k = 1,6.

4 Увеличение давления в системе в два раза повысит концентрации реагентов А и В тоже в два раза, что приведёт в возрастанию скорости реакции также в два раза. Это можно подтвердить расчетом: