Контрольные вопросы
1. Что называют скоростью химических реакций?
2. От чего зависит константа скорости химических реакций?
3. Сформулируйте закон действующих масс.
4. Что представляет собой энергия активации?
5. Какие существуют механизмы химических реакций?
6. Методы активирования химических реакций.
7. От чего зависит скорость гетерогенных реакций?
8. Необратимые и обратимые реакции.
9. Какие вещества называют катализаторами и ингибиторами?
10. От чего зависит константа равновесия?
11. Сформулируйте принцип Ле Шателье.
12. Методика проведения лабораторной работы.
13. Объясните физический смысл константы скорости.
14. Сформулируйте правило Вант-Гоффа.
15. От чего зависит энергия активации?
16. Какие вещества называют промоторами и каталитическими
ядами?
4 Примеры решения задач
Задача 1. Во сколько раз изменится скорость прямой реакции N2(г)+3Н2(г)↔ 2NH3(г), если давление в системе увеличить в 2 раза?
Решение
Увеличение давления в системе в 2 раза равносильно уменьшению объема системы в 2 раза. При этом концентрации реагирующих веществ возрастут в 2 раза. Согласно закону действующих масс, начальная скорость реакции равна υн = k∙[N2]∙[H2]3. После увеличения давления в 2 раза концентрации азота и водорода увеличатся в 2 раза, и скорость реакции станет равна υк = k∙2[N2]∙23[H2]3 = k∙16[N2]∙[H2]3. Отношение υк./υн показывает, как изменится скорость реакции после изменения давления. Следовательно, υк/υн = k∙16[N2]∙[H2]3/k∙[N2]∙[H2]3=16.
Ответ: скорость реакции увеличится в 16 раз.
Задача 2. Во сколько раз изменится скорость прямой и обратной реакции в системе: 2SO2(г) + O2(г) ↔2SO3(г), если объем газовой смеси уменьшить в три раза? В какую сторону сместится равновесие системы?
Решение
Обозначим концентрации реагирующих веществ: [SO2] = а,
[O2] = b, [SO3] = c. Согласно закону действия масс, скорости и прямой и обратной реакций до изменения объема
υпр = k·а2·b ; υобр = k1·с2.
После уменьшения объема гомогенной системы в три раза концентрация каждого из реагирующих веществ увеличится в три раза: [SO2] = 3a, [O2] = 3b, [SO3] = 3c. При новых концентрациях скорости υ' прямой и обратной реакций: υ'пр = k·(3a)2·(3b) = 27·k·a2·b; υ'обр= k1·(3с)2= = 9·k1·с2. Отсюда
Следовательно, скорость прямой реакции увеличилась в 27 раз, а обратной – только в девять раз. Равновесие системы сместилось в сторону образования SO3.
Задача 3. В реакции С(т)+2H2(г) ↔ CH4(г) концентрацию водорода уменьшили в 3 раза. Как изменится скорость реакции?
Решение
Согласно закону действующих масс, начальная скорость реакции равна υн=k∙[H2]2. После уменьшения концентрации водорода в 3 раза скорость станет равна υк=k∙(1/3)2[H2]2 =1/9k[H2]2. После изменения концентрации водорода скорость изменится следующим образом: υк/υн=1/9k[H2]2/k[H2]2=1/9.
Ответ: скорость реакции уменьшится в 9 раз.
Задача 4. Во сколько раз возрастет скорость реакции при повышении температуры с 10 до 30 oС (γ = 3)?
Решение
При увеличении температуры с 10 до 30 oС скорость реакции в соответствии с правилом Вант-Гоффавозрастает:
υ2/υ1=γ(t2-t1)/10,
где t2=30 oC, t1=10 oC, а υ2 и υ1 – скорости реакции при данных температурах.
Получаем υ2/υ1=3(30–10)/10=32=9, т.е. скорость реакции увеличится в 9 раз.
Ответ: 9.
Задача 5. Вычислите, во сколько раз увеличится скорость реакции, протекающей в газовой фазе, при повышении температуры от 30 до 70 oС, если температурный коэффициент реакции равен 2.
Решение
Зависимость скорости химической реакции от температуры определяется эмпирическим правилом Вант-Гоффа по формуле
.
Следовательно, скорость реакции при температуре 70 oС больше скорости реакции при температуре 30 oС в 16 раз.
Задача 6. Равновесие реакции 2H2(г)+O2(г) ↔ 2H2O(г); ∆H<0 смещается вправо:
1) при уменьшении давления; 2) при увеличении давления?
Решение
Все вещества в системе – газы. В соответствии с принципом Ле Шателье, повышение давления приводит к смещению равновесия в сторону реакции, приводящей к меньшему количеству молей газов, т.е. в сторону образования Н2О. Следовательно, повышение давления в системе смещает равновесие реакции вправо.
Ответ: при увеличении давления.
Задача 7. В какую сторону сместится равновесие реакции 2SO2(г)+O2(г)↔ 2SO3(г); ∆H<0 при повышении температуры?
Решение
Поскольку ∆H<0, теплота выделяется в ходе прямой реакции, которая является экзотермической. Обратная реакция будетэндотермической. Повышение температуры всегда благоприятствует протеканию реакции с поглощением теплоты, т.е. равновесие сместится в сторону исходных веществ.
Ответ: влево.
Задача 8. Определите константу равновесия реакции NOCl2(г)+NO(г) ↔ 2NOCl(г), если при некоторой температуре равновесные концентрации веществ составляют [NOCl2]=0,05; [NO]=0,55; [NOCl]=0,08 моль/л.
Решение
Константа равновесияобратимой химической реакции равна отношению произведения равновесных концентраций продуктов к произведению равновесных концентраций исходных веществ. Значение каждой из концентраций должно быть возведено в степень, равную стехиометрическому коэффициенту перед соответствующим веществом в уравнении реакции. Поэтому
.
Ответ: 0,233.
Задача 9. Эндотермическая реакция разложения пентахлорида фосфора протекает по уравнению:
РСl5(г)↔ РСl3(г)+Сl2(г); ∆Н = + 92,59 кДж.
Как надо изменить: а) температуру; б) давление; в) концентрацию, чтобы сместить равновесие в сторону прямой реакции – разложения РСl5?
Решение
Смещением, или сдвигом химического равновесия, называют изменение равновесных концентраций реагирующих веществ в результате изменения одного из условий реакции. Направление, в котором сместилось равновесие, определяется по принципу Ле Шателье: а) так как реакция разложения PCl5 эндотермическая (∆Н > 0), то для смещения равновесия в сторону прямой реакции нужно повысить температуру; б) так как в данной системе разложение PCl5 ведет к увеличению объема газообразных веществ (из одной молекулы газа образуются две газообразные молекулы), то для смещения равновесия в сторону прямой реакции надо уменьшить давление; в) смещение равновесия в указанном направлении можно достигнуть как увеличением концентрации PCl5, так и уменьшением концентрации PCl3 или Cl2.
Задача 10. Один моль аммиака поместили в сосуд объемом 20 л и нагрели до 600 oC. Давление в сосуде оказалось равным 435 кПа. Рассчитайте степень разложения аммиака.