7. Скорость химических реакций Примеры решения типовых задач

Пример 1. Во сколько раз изменится скорость прямой и обратной реакции в системе

2NО (г) +О₂ (г) ↔ 2NО₂ (г), если объем газовой смеси уменьшить в три раза?

Решение. Обозначим концентрации реагирующих веществ: =а,=b, =с. Согласно закону действия масс скорости (v) прямой и обратной реакции до изменения объема

v_пр.= k_пр.а²b; v_обр. = k_обр.c²;

После уменьшения объема гомогенной системы в три раза концентрация каждого из реагирующих веществ увеличится в три раза: =За,=3b, =3с. При новых концентрациях скорости (v’) прямой и обратной реакции:

= k_пр. (За)² (3b) = 27k_пр.а²b;

= k_обр. (3с)² = 9k_обр.c².

Отсюда = = 27; = = 9.

Следовательно, скорость прямой реакции увеличилась,. в 27 раз, а обратной — в 9 раз.

Пример 2. Вычислите, во сколько раз увеличится скорость реакции, протекающей в газовой фазе, при повышении температуры от 50 до 70°С, если температурный коэффициент реакции равен 3.

Решение. Зависимость скорости химической реакции от температуры определяется эмпирическим правилом Вант-Гоффа по формуле:

= ;

= == 9.

Следовательно, скорость реакции (), протекающей при температуре 70°С, увеличилась по сравнению со скоростью реакции (), протекающей при температуре 50°С, в 9 раз.

Пример 3. Энергия активации реакции равна 33кДж/моль. Во сколько раз увеличится скорость реакции при нагревании реакционной смеси с 25 до 60^оС?

Решение. Зависимость константы скорости химической реакции от температуры определяется уравнением Аррениуса:

,

где Е_а - энергия активации реакции;

А - константа для данной реакции.

Записав выражения для констант скорости данной реакции k₂ и k₁ при температурах соответственно Т₂ и Т₁ и разделив первое уравнение на второе, получим:

или

отсюда ,

т.е. скорость данной реакции увеличится в 4 раза.

Пример 4. Начальные концентрации исходных веществ в реакции

СН_{4 (г)} +2Н₂S_(г) → CS_2(г),+ 4H_2(г)

были равны 0,3моль/л СН₄ и 0,5моль/л Н₂S. Найдите концентрации этих веществ в тот момент, когда образовалось 0,16 моль/л Н₂. Как изменилась при этом скорость реакции?

Решение. По закону действия масс скорость данной реакции описывается уравнением:

Начальная скорость реакции равна:

,

где - константа скорости реакции, не зависящая от концентраций ее участников.

В начальный момент времени продукты реакции отсутствовали, т.е.начальные концентрации CS₂ и H₂ были равны 0. Расчет по уравнению реакции:

х у 0,16моль

СН_{4 (г)} +2Н₂S_(г) → CS_2(г),+ 4H_2(г)

1моль 2моль 4моль

дает, что на образование 0,16 моль Н₂ должно расходоваться

и

Поэтому к тому моменту, когда в системе образуется 0,16моль Н₂, концентрации исходных веществ уменьшатся и составят:

и

Соответственно, скорость реакции к этому моменту также уменьшится и будет равна:

Отношение , т.е. скорость реакции уменьшится в 1,6 раза.