Задание 64

Составьте выражения для скоростей прямой, обратной реакций (уравнение реакции то же, что в предыдущей задаче), константы равновесия. Вычислите, во сколько раз изменится скорость прямой реакции при заданном изменении температуры, концентрации и дав­лении (табл. 4). Как необходимо изменить внешние условия (температуру, давление, концентрации веществ) для смещения рав­новесия слева направо?

Номер задачи	64
Уравнение в задании темы 3	44
Темп. коэффициент	2
t1	20
t2	50
n1 (концентрация 1-ого компонента увеличилась в n1 раз)	5
n2 (концентрация 2-ого компонента увеличилась в n2 раз)	5
m (давление увеличилось в m раз)	10

Решение:

C₂H₅OH_(Ж) + 3О_2(г) = 2СО_2(г) + 3H₂O_(г)

Скорость реакции прямо пропорциональна произведению концентрации реагирующих ве­ществ, взятых в степенях, соответствующих стехиометриче­ским коэффициентам при формулах этих веществ в уравнении ре­акции.

Выражение скорости для прямой реакции:

V₁ = k ₁ * [C₂H₅OH_(Ж)]*[О_2(г)]³

Выражение скорости для обратной реакции:

V₂ = k₂* [СО_2(г)]²*[H₂О_(г)]³

Выражение для константы равновесия:

k ₁ [СО_2(г)]²*[H₂О_(г)]³

К = — = —————————

k₂ [C₂H₅OH_(Ж)]*[О_2(г)]³

Рассмотрим, во сколько раз изменится скорость прямой реакции при заданном изменении температуры, если:

Температурный коэффициент γ = 2

t₁ =20 ⁰C

t₂ =50 ⁰C

Зависимость скорости реакции от температуры выражается фор­мулой Вант-Гоффа , где - скорость реакции при температуре t₁, - скорость реакции при температуре t₂ ,  - температурный коэффициент реакции.

Таким образом,

= 2 ^{(50-20) / 10} = 2³ = 8

При повышении температуры на 30 ⁰С (t₂ – t₁ = 50 ⁰C – 20 ⁰C = 30⁰C) скорость реакции увеличится в 8 раз.

Рассмотрим, во сколько раз изменится скорость прямой реакции при заданном изменении концентрации, если:

n₁ (концентрация 1-ого компонента увеличиласьв n₁ раз) 5

n₂ (концентрация 2-ого компонента увеличиласьв n₂ раз) 5

V₁ = k ₁ * [C₂H₅OH_(Ж)]*[О_2(г)]³

V^`₂= k ₁ * [5C₂H₅OH_(Ж)]*[5О_2(г)]³ = 5*5³*k ₁ * [C₂H₅OH_(Ж)]*[О_2(г)]³ =

= 625 k ₁ * [C₂H₅OH_(Ж)]*[О_2(г)]³

V^`₂ / V₁ = 625

Это значит, что при увеличении концентрации C₂H₅OH_(Ж)в 5 раз и О_2(г) в 5 раз скорость реакции увеличится в 625 раз.

Рассмотрим, во сколько раз изменится скорость прямой реакции при заданном изменении давления, если:

m (давление увеличилось в m раз) = 10

Для газообразных веществ увеличение давления равнозначно увеличению концентрации. Таким образом, увеличение давления в 10 раз приводит к увеличению концентрации О_2(г) в 10 раз.

V₁ = k ₁ * [C₂H₅OH_(Ж)]*[О_2(г)]³

V^`₂= k ₁ * [C₂H₅OH_(Ж)]*[10О_2(г)]³ = 10³*k ₁ * [C₂H₅OH_(Ж)]*[О_2(г)]³ =

= 1000 k ₁ * [C₂H₅OH_(Ж)]*[О_2(г)]³

V^`₂ / V₁ = 1000

Это значит, что при увеличении давления, а соответственно, и концентрации О_2(г) в 10 раз скорость реакции увеличится в 1000 раз.

Для смещения рав­новесия данной реакции слева направо нужно:

C₂H₅OH_(Ж) + 3О_2(г) = 2СО_2(г) + 3H₂O_(г)

1. уменьшить температуру, так как (см. решение предыдущего задания) H_(р-ции)< 0, значит Q> 0, прямая реакция является экзотермической.

2. увеличить концентрацию C₂H₅OH_(Ж) или О_2(г) или уменьшить концентрацию СО_2(г) или H₂O_(г)

3) при протекании прямой реакции (слева направо) происходит увеличение давления ( 3 моль газов → 5 моль газов). Следовательно, для смещения рав­новесия данной реакции вправо нужно уменьшить давление.