Раздел 3. Химическая кинетика

3.1. Примеры задач с решениями

• Задача 1. Для реакции

2NO_(г) + Cl_2(г) = 2NOCl_(г)

экспериментальное кинетическое уравнение совпадает с математическим выражением закона действующих масс. Определите, во сколько раз увеличится скорость реакции при увеличении концентрации оксида азота (II) в три раза.

Решение

Кинетическим уравнением называют математическую зависимость скорости реакции от концентрации. Согласно закону действующих масс, скорость элементарной химической реакции пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ, возведенных в степени, равные стехиометрическим коэффициентам. Кинетическое уравнение данной реакции

.

Константа скорости реакции k, входящая в кинетическое уравнение, не зависит от концентрации веществ. Обозначим скорость реакции в системе исходного состава . Скорость реакции при повышении концентрации оксида азота в три раза

Ответ: в 9 раз.

• Задача 2. Рассчитайте, во сколько раз возрастает скорость реакции при повышении температуры от 20 до 50 ⁰С ( = 3).

Решение

Согласно правилу Вант-Гоффа

_{Ответ: в 27 раз.}

• Задача 3. Рассчитайте, во сколько раз увеличится продолжительность некоторой реакции при понижении температуры на 40 градусов ( = 2).

Решение

Продолжительность и скорость реакции – обратно пропорциональные величины. Обозначим и продолжительность реакции при температуре Т₂ и Т₁ соответственно (Т₂ < Т₁).

Ответ: в 16 раз.

3.2. Вопросы для самоподготовки

1. Запишите кинетическое уравнение элементарной реакции

2NO_(г) + О_2(г) = 2NO_2(г)

и поясните смысл величин, входящих в кинетическое уравнение. Рассчитайте, как изменится скорость реакции при уменьшении концентрации NO в 2 раза.

2. Кинетическое уравнение реакции

4H_2(г) + 2NO_2(г) = 4H₂O_(г) + N_2(г)

имеет вид . Рассчитайте, во сколько раз увеличится скорость реакции при увеличении давления в 2 раза.

Раздел 4. Химическое равновесие

• Задача 1. Запишите выражение константы равновесия системы

2ZnS_(т) + 3O_2(г) 2ZnO_(т) + 2SO_2(г)

и поясните смысл входящих в него величин.

Решение

Данная система является гетерогенной, в выражение константы равновесия не включают концентрации твердых веществ

[SO₂] и [O₂] - равновесные молярные концентрации веществ, моль/л.

• Задача 2. Определите направление смещения равновесия

CaCO_3(т) + 2H⁺_(р)Ca²⁺_(р) + CO_2(г) + H₂O_(ж)

при добавлении кислоты.

Решение

Добавление кислоты означает увеличение концентрации ионов водорода. Согласно принципу Ле Шателье равновесие смещается в сторону реакции, при которой концентрация ионов водорода понижается, т. е. в сторону прямой реакции.

• Задача 3. Определите направление смещения равновесия в системе

2CO_(г) СО_2(г) + С_(т) , H⁰ = ‑ 171 кДж/моль

а) при понижении температуры;

б) при понижении давления;

в) при уменьшении концентрации оксида углерода (II);

г) при увеличении концентрации оксида углерода (IV).

Решение

При понижении температуры равновесие смещается в сторону экзотермической реакции. В данном случае экзотермической является прямая реакция (H0), т.е. равновесие смещается в сторону продуктов реакции.

Изменение общего давления в системе оказывает влияние на смещение равновесия только тех реакций, в результате которых меняется количество газообразных веществ. Понижение общего давления приводит к смещению равновесия в сторону реакции, идущей с образованием большего количества газообразных веществ, т.е. в сторону обратной реакции (слева в уравнении реакции моль, справа – 1 моль).

При уменьшении концентрации СО равновесие смещается в сторону реакции, идущей с образованием СО, т.е. в сторону обратной реакции.

При увеличении концентрации СО₂ равновесие смещается в сторону реакции, при которой СО₂ расходуется, т.е. в сторону обратной реакции.

Ответ: а) в сторону прямой реакции; б), в), г) в сторону обратной реакции.

• Задача 4. Определите, как изменится константа равновесия

2SO_2(г) + O_2(г) 2SO_3(г), H0

при повышении температуры.

Решение

Выражение константы равновесия

Прямая реакция экзотермическая, обратная – эндотермическая. При повышении температуры равновесие сместится в сторону обратной реакции, т.е. концентрации SO₂ и O₂ увеличатся, а концентрация SO₃ уменьшится. Константа равновесия уменьшится.

Ответ: уменьшится.

• Задача 5. Константа равновесия CaCO_3(т)CaO_(т) + CO_2(г) увеличивается с ростом температуры. Укажите, как при этом будет меняться равновесное парциальное давление CO₂. Ответ обоснуйте.

Решение

Выражение константы равновесия через равновесные парциальные давления веществ

_{С ростом температуры равновесное парциальное давление СО2 увеличивается.}

Ответ: увеличивается.