Тема 5. “хімічна кінетика та хімічна. Рівновага. Каталіз”

Завдання 5.1

1. Наведіть математичний вираз для обчислення швидкості реакції у гомогенних і гетерогенних системах.

2. Напишіть математичний вираз швидкості прямої та зворотної реакцій згідно законові діючих мас у наступних системах: а) CO₂(г) + C(граф.) = 2CO(г);

б) N₂(г) + 3H₂(г) = 2NH₃(г); в) 3Fe(к) + 4H₂О(г) = Fe₃O₄(к) + 4H₂(г).

3. Як зміниться швидкість реакції: 2NO(г) + Cl₂(г) = 2NOCl(г) при збільшенні концентрації NO у три рази?

4. Обчисліть, у скільки разів зросте швидкість реакції при збільшенні температури у системі на 30^оС, якщо температурний коефіцієнт реакції дорівнює 2.

Завдання 5.2

1. Перелічить чинники, що впливають на швидкість реакції:

а) у гомогенній системі; б) у гетерогенній системі.

2. Як зміниться швидкість реакції при збільшенні тиску в системі у три рази:

CO(г) + Cl₂(г) = COCl₂(г)?

3. Не здійснюючи обчислень, поясніть, у якому напрямку зсунеться рівновага у системах: 1) 2CO(г) + O₂(г) ↔ 2CO₂(г), ∆Н = –566 кДж; 2) N₂(г) + O₂(г) ↔ 2NO(г), ∆Н = 180 кДж; а) при пониженні температури; б) при підвищенні тиску.

4. Напишіть вираз константи рівноваги для поданих систем: а) 4HCl(г) + O₂(г) ↔ ↔2H₂O(г) + 2Cl₂(г); б) C(граф.) + СO₂(г) ↔ 2CO(г); в) 2NО(г) + O₂(г) ↔ 2NO₂(г).

У якому напрямку зсунеться рівновага у кожній системі при зменшенні тиску?

Завдання 5.3

1. Закон дії мас, його математичний вираз. Приклади.

2. У скільки разів зменшиться швидкість реакції, якщо температурний коефіцієнт дорівнює 2, а температура у системі понизилась на 40^оС?

3. Реакція йде за рівнянням: N₂(г) + 3H₂(г) ↔ 2NH₃(г). Рівноважні концентрації реагуючих речовин [N₂] = 0,8 моль/л, [H₂] = 1,5 моль/л, [NH₃] = 0,1 моль/л. Обчисліть змінені концентрації водню та аміаку, якщо [N₂] = 0,5 моль/л.

4. Як вплине на рівновагу систем: 1) 2Н₂(г) + О₂(г) ↔ 2Н₂О(г); ∆Н = – 482 кДж;

2) СаСО₃(к) ↔ СаО(к) + СО₂(г); ∆Н = 179 кДж; а) підвищення температури;

б) зменшення тиску?

Завдання 5.4

1. Поясніть вплив температури на швидкість хімічної реакції. Правило Вант-Гофа.

2. У скільки разів зросте швидкість прямої та зворотної реакцій у системі:

2SO₂(г) + O₂(г) = 2SO₃(г), якщо об’єм газової суміші зменшити у 3 рази?

2. Обчисліть константу рівноваги реакції, що перебігає за рівнянням:

А + 2В ↔ С, якщо рівноважні концентрації дорівнюють: [A] = 0,1, [В] = 0,2, [С] = =0,36 моль/л. Чóму дорівнюють вихідні концентрації речовин А та В?

4. У якому напрямку зсунеться рівновага у системі: 3Fe(к) + 4H₂О(г) ↔ Fe₃O₄(к) + +4H₂(г), ∆Н > 0, при а) зменшенні температури; б) збільшенні тиску; в) змен-шенні концентрації води; г) збільшенні концентрації водню? Напишіть вираз константи рівноваги цієї реакції.

Завдання 5.5

1. Зсув хімічної рівноваги. Принцип Ле-Шательє.

2. У скільки разів зросте швидкість реакції синтезу аміаку, якщо концентрацію водню збільшити у 5 разів?

3. Обчисліть, у скільки разів зменшиться швидкість реакції, що перебігає у газовій фазі, якщо понизити температуру від 120 ^оС до 80 ^оС. Температурний коефіцієнт дорівнює 3.

4. При деякій температурі рівноважна концентрація COCl₂ у системі: CO(г) + +Cl₂(г)↔ COCl₂(г) дорівнює 1,6 моль/л. Обчисліть константу рівноваги цієї реакції, якщо вихідні концентрації CO та Cl₂ склали відповідно 2 моль/л і 1,8 моль/л.

Завдання 5.6

1. Поняття про гомогенний та гетерогенний каталіз. Навести приклади.

2. Реакція перебігає за температури 50 ^оС за 3 хв 20 с. Температурний коефіцієнт швидкості реакції дорівнює 3. За який час закінчиться ця реакція при 90^оС?

3. У якому напрямку зсунеться рівновага у системі: 2Н₂(г) + О₂(г) ↔ 2Н₂О(г), ∆Н= =– 482 кДж; а) при зменшенні температури; б) збільшенні об’єму системи; в) збільшенні концентрації водню?

4. За деякої температури рівновага у системі: 2NO₂(г) ↔ 2NО(г) + O₂(г) встановилась за наступних концентрацій: [NO₂] = 0,06 моль/л; [NО] = 0,24 моль/л, [O₂] = =0,12 моль/л. Знайдіть константу рівноваги цієї реакції та вихідну [NO₂].

Завдання 5.7

1. Як зміниться швидкість реакції: 2А + В = А₂В, якщо концентрацію речовини А збільшити у 2 рази, а концентрацію речовини В зменшити у 3 рази?

2. У скільки разів зменшиться швидкість реакції, що перебігає у газовій фазі, при зміні температури від 93^оС до 63^оС, якщо температурний коефіцієнт дорівнює 2?

3. Реакція йде за рівнянням: H₂(г) + I₂(г) = 2HI(г). Константа швидкості цієї реакції за деякої температури дорівнює 0,16. Вихідні концентрації реагуючих речовин: [H₂] = 0,04 моль/л, [I₂] = 0,05 моль/л. Обчисліть початкову швидкість реакції та швидкість, коли [H₂] досягне 0,02 моль/л.

4. У якому напрямку зсунеться рівновага у системі: 2СО(г) + О₂(г) ↔ 2СО₂(г), ∆Н = =– 566 кДж: а) при зменшенні температури; б) при збільшенні об’єму системи; в) при збільшенні концентрації кисню?

Завдання 5.8

1. Сформулюйте закон дії мас, напишіть вирази для швидкості прямої та зворотної реакцій: а) 4NH₃(г) + 5O₂(г) ↔ 4NO(г) + 6H₂O(г); б) 2SO₂(г) + O₂(г) ↔ 2SO₃(г).

2. Зазначте, якими змінами концентрацій реагуючих речовин можна зсунути рівновагу вправо у системі СО₂(г) + С(к) ↔ 2СО(г). Напишіть вираз для константи рівноваги реакції.

3. Обчисліть константу рівноваги для гомогенної системи СО(г)+Н₂О(г) ↔ СО₂(г) + + Н₂(г), якщо рівноважні концентрації реагуючих речовин: [CO] = 0,004 ; [CO₂] = =[Н₂] = 0,016 ; [Н₂O] = 0,064 моль/л. Чóму дорівнюють вихідні концентрації Н₂О та СО?

4. Як зміниться швидкість реакції при підвищенні температури у системі на 60^оС. Температурний коефіцієнт дорівнює 2.

Завдання 5.9

1. Пояснить фізичний сенс константи швидкості реакції. Від яких чинників залежить константа швидкості? Знайдіть значення константи швидкості реакції H₂ + Сl₂ = =2HСl, якщо при концентраціях H₂ й Сl₂, які відповідно дорівнюють 0,5 і 0,1 моль/л, швидкість реакції дорівнює 0,005 моль/(л · хв).

2. Реакція перебігає за рівнянням N₂(г) + 3H₂(г) = 2NH₃(г). Як зміниться швидкість реакції, якщо концентрацію N₂ збільшити втричі, а концентрацію водню вдвічі?

3. Швидкість реакції зросла у 16 разів при підвищенні температури на 40^оС. Чóму дорівнює температурний коефіцієнт реакції?

4. Вихідні концентрації [NO] и [Cl₂] у гомогенній системі: 2NO + Cl₂ ↔ 2NOCl становлять відповідно 0,5 і 0,2 моль/л. Обчисліть константу рівноваги, якщо на момент настання рівноваги прореагувало 20 % NO.

Завдання 5.10

1. Як впливає зміна температури на швидкість реакції? Що показує температурний коефіцієнт швидкості реакції? Правило Вант-Гофа.

2. При деякій температурі рівноважні концентрації у системі: 2SO₂(г) + O₂(г) ↔ 2SO₃(г) склали [SO₂] = 0,1; [O₂] = 0,16; [SO₃] = 0,08 моль/л. Обчисліть константу рівноваги та вихідні концентрації SO₂ та O₂.

3. Напишіть вирази швидкості для наступних реакцій згідно законові дії мас:

а) SO₃(г) + CaO(к) = CaSO₄(к); б) C(к) + H₂O(г) = CO(г) + H₂(г).

2. Як вплине на стан хімічної рівноваги наступних реакцій:

1. N₂O₄(г) ↔ 2NO₂(г); ∆Н = 56,6 кДж; 2) CO(г) + 2H₂(г) ↔ CH₃OH(р);

∆Н = – 193,3 кДж; 3) 2HBr(г) ↔ H₂(г) + Br₂(г); ∆Н = 72,5 кДж:

а) підвищення температури; б) зменшення тиску:

Завдання 5.11

1. Що таке енергія активації та активні молекули?

2. Як зміниться швидкість утворення NO₂(г) у підсумку реакції: 2NO(г) + O₂(г) = =2NO₂(г), якщо об’єм реакційного середовища зменшити у три рази?

3. У скільки разів зросте швидкість реакції при збільшенні температури від 10^оС до 40^оС, якщо температурний коефіцієнт дорівнює 3?

4. Константа рівноваги гомогенної системи: N₂(г) + 3H₂(г) ↔ 2NH₃(г) за деякої температури дорівнює 1,0. Рівноважні концентрації водню та аміаку відповідно дорівнюють 0,1 й 0,08 моль/л. Обчисліть рівноважну та вихідну концентрації азоту.

Завдання 5.12

1. При підвищенні температури на 30^оС швидкість реакції зросла у 27 разів. Чóму дорівнює температурний коефіцієнт?

2. Ендотермічна реакція розкладу пентахлориду фосфору перебігає за рівнянням: PCl₅(г) ↔ PCl₃(г) + Cl₂(г). Що потрібно змінити, щоб зсунути рівновагу в бік розкладу пентахлориду фосфору?

3. Рівновага гомогенної системи 4HCl(г) + O₂(г) ↔ 2H₂O(г) + 2Cl₂(г) установилась при наступних концентраціях реагуючих речовин: [HCl] = 0,2; [H₂О] = 0,14; [Cl₂]= 0,14; [О₂] = 0,32 моль/л. Обчисліть константу рівноваги та вихідні концентрації хлороводню та кисню.

4. Реакція перебігає за рівнянням 2С(к) + О₂(г) = 2СО(г). Як зміниться швидкість прямої та зворотної реакцій при збільшенні об’єму системи вдвічі?

Завдання 5.13

1. Як зміниться швидкість реакції, що перебігає у газовій фазі, при підвищенні температури на 60^оС, якщо температурний коефіцієнт дорівнює 3?

2. Константа рівноваги гомогенної системи N₂(г) + О₂(г) ↔ 2NО(г) при деякій температурі дорівнює 0,4. Рівноважні концентрації азоту та кисню відповідно дорівнюють 0,1 и 0,2 моль/л. Обчисліть рівноважну та вихідну концентрацію азоту.

3. Реакція перебігає за рівнянням 2Al(к) + 3Cl₂(г) = 2AlCl₃(г). Напишіть вирази для швидкості прямої та зворотної реакцій згідно законові діючих мас. Як зміниться швидкість прямої реакції при збільшенні концентрації хлору втричі?

4. Як вплине на рівновагу в системах: 1) 2H₂S(г) + O₂(г) ↔ S(т) + H₂O(г); ∆Н = =483,5 кДж; 2) 2CO(г) ↔ CO₂(г) + C(т); ∆Н = – 172,5 кДж; 3) 2H₂O₂(р) ↔ ↔H₂O(р) + O₂(г); ∆Н = 169,5 кДж; а) пониження t^o; б) підвищення p?

Завдання 5.14

1. Які хімічні реакції називаються оборотними, а які – необоротними? Приклади.

2. Хлорування стибію перебігає за рівнянням: 2Sb(т) + 3Cl₂(г) = 2SbCl₃(г). Як зміниться швидкість прямої та зворотної реакцій, якщо об’єм реакційної системи зменшити у чотири рази?

3. Обчислити, у скільки разів збільшиться швидкість реакції, що перебігає у газовій фазі, при підвищенні температури від 30^оС до 70^оС, якщо γ = 2.

4. У якому напрямку зсунеться рівновага реакції: 2N₂(г) + O₂(г) ↔ 2N₂O(г); ∆Н = =163,1 кДж при: а) підвищенні температури; б) збільшенні тиску; в) зменшенні концентрації N₂O; г) збільшенні концентрації кисню?

Завдання 5.15

1. Який стан системи називається станом хімічної (динамічної) рівноваги? Наведіть приклади рівноважних систем.

2. Як зміниться швидкість реакції, що перебігає у газовій фазі, якщо понизити температуру від 120^оС до 80^оС? Температурний коефіцієнт дорівнює 2.

3. Напишіть вираз для константи рівноваги гетерогенної системи: СО₂(г) + С(к) = =2СО(г). Як зміниться швидкість прямої реакції, якщо концентрацію СО₂ зменшити у чотири рази? Як слід змінити тиск, щоб підвищити вихід СО?

4. При деякій температурі рівновага гомогенної системи 2NO + O₂ ↔ 2NO₂ установилась за наступних концентрацій реагуючих речовин: [NO] = 0,2; [O₂] = 0,1; [NO₂] = 0,1 моль/л. Обчисліть константу рівноваги та вихідні [NO] та [O₂].

Завдання 5.16

1. Пояснить, чому швидкість реакції різко зростає при підвищенні температури. Правило Вант-Гофа.

2. Як зміниться швидкість прямої та зворотної реакцій (CuOH)₂SO₄(р) + H₂SO₄(р) = = 2CuSO₄(р) + 2H₂O(р), якщо розвести реагуючу суміш втричі?

3. Реакція синтезу аміаку перебігає за рівнянням: N₂(г) + 3H₂(г) ↔ 2NH₃(г); ∆Н = – –93,2 кДж. Як слід змінити температуру, тиск, концентрації водню та аміаку, щоб збільшити вихід аміаку?

4. Константа рівноваги гомогенної системи 2Н₂(г) + О₂(г) ↔ 2Н₂О(г) при деякій температурі = 0,1. Рівноважні концентрації води та кисню відповідно дорівнюють 0,2 і 0,16 моль/л. Обчисліть рівноважну та вихідну концентрації водню.

Завдання 5.17

1. Яку систему називають гомогенною? Які чинники впливають на швидкість реакції у гомогенній системі? Наведіть приклади.

2. Як зміниться швидкість реакції Fe₃O₄(к) + 4CO(г) = 3Fe(к) + 4CO₂(г) при збільшенні концентрації СО вдвічі? Чи впливає зміна тиску на швидкість прямої та зворотної реакцій?

3. У який бік зсунеться рівновага реакції 2SO₂(г) + O₂(г) ↔ 2SО₃(г); при: а) збільшенні температури; б) зменшенні тиску; в) збільшенні концентрації SO₂; г) зменшенні концентрації SO₃? Реакція перебігає зі зменшенням ентальпії.

4. Константа рівноваги гомогенної системи Н₂(г) + Cl₂(г) ↔ 2HCl(г) за деякої температури дорівнює 0,8. Рівноважні концентрації водню та хлороводню відповідно становлять 0,2 і 0,4 моль/л. Обчисліть рівноважну та вихідну концентрації Cl₂.

Завдання 5.18

1. Яку систему називають гетерогенною? Які чинники впливають на швидкість реакції у гетерогенній системі? Наведіть приклади.

2. У скільки разів необхідно збільшити концентрацію СО у системі: 2СО(г)=СО₂(г)+С(граф.), щоб швидкість реакції зросла у чотири рази?

3. На скільки градусів підвищилась температура у системі, якщо швидкість реакції зросла у 16 разів? Температурний коефіцієнт γ = 2.

4. Обчисліть константу рівноваги реакції, що перебігає за рівнянням: А + 2В ↔ С, якщо рівноважні концентрації дорівнюють: [A]=0,1 моль/л, [В]=0,2 моль/л, [С]= =0,36 моль/л. Чόму дорівнюють вихідні концентрації А та В?

Завдання 5.19

1. Напишіть математичний вираз константи рівноваги гетерогенної системи С(граф.)+H₂O(г) ↔ CO(г) + H₂(г). Як слід змінити концентрації реагуючих речовин і тиск, щоб зсунути рівновагу в бік утворення води?

2. Як зміниться швидкість реакції утворення води, якщо концентрацію водню збільшити удвічі, а концентрацію кисню – у три рази?

3. Швидкість реакції зросла у 81 раз при збільшенні температури на 40^оС. Чόму дорівнює температурний коефіцієнт?

4. Рівноваги гомогенної системи 4HCl(г) + O₂(г) ↔ 2H₂O(г) + 2Cl₂(г) установилась за наступних концентрацій реагуючих речовин: [HCl] = 0,2; [H₂О] = 0,14; [Cl₂] = = 0,14; [О₂] = 0,32 моль/л. Обчисліть константу рівноваги та вихідні концентрації хлороводню та кисню.

Завдання 5.20

1. У скільки разів зміняться швидкості прямої та зворотної реакцій у системі: 2СО(г)+О₂(г) = 2СО₂(г), якщо об’єм газової суміші зменшити утричі? У який бік зсунеться рівновага системи?

2. Константа рівноваги гомоґенної реакції СО + Н₂О ↔ СО₂ + Н₂ при 250^оС дорівнює 1. Обчисліть концентрації усіх речовин у рівновазі, якщо вихідні концентрації СО та води відповідно дорівнюють 3,0 та 2,0 моль/л.

3. Обчисліть, у скільки разів збільшиться швидкість реакції при підвищенні температури від 30^оС до 70^оС, якщо температурний коефіцієнт дорівнює 2.

4. Ендотермічна реакція розкладу пероксиду водню перебігає за рівнянням: 2Н₂О₂(р) ↔ 2Н₂О(г) + О₂(г). Як потрібно змінити температуру, тиск, концентрації, щоб зсунути рівновагу в бік утворення кисню?

Завдання 5.21

1. Дайте визначення гомоґенної та гетероґенної систем. Наведіть по 2 – 3 приклади.

2. У якому напрямку зсунеться рівновага у системі: 3Fe(к) + 4H₂O(г) ↔ Fe₃O₄(к) + +4H₂(г); ∆Н > 0, при: а) зменшенні температури; б) збільшенні концентрації води; в) збільшенні тиску; г) зменшенні концентрації водню? Напишіть вираз константи рівноваги реакції.

3. Обчисліть, у скільки разів збільшиться швидкість реакції, якщо температуру підвищити на 40^оС, а температурний коефіцієнт γ = 3.

4. Реакція перебігає за рівнянням: H₂ + Сl₂ = 2HСl. Константа швидкості цієї реакції за деякої температури дорівнює 0,16. Вихідні концентрації реагуючих речовин: [H₂] = 0,04, а [Сl₂] = 0,05 моль/л. Обчисліть початкову швидкість реакції та її швидкість, якщо [H₂] становитиме 0,02 моль/л.

Завдання 5.22

1. Від яких чинників залежить швидкість хімічної реакції: а) у гомогенній системі, б) у гетерогенній системі?

2. Напишіть вираз константи рівноваги для системи: СаСО₃(к) ↔ СаО(к) + СО₂(г), ∆Н > 0. У якому напрямку зсунеться рівновага у цій системі при: а) підвищенні температури; б) пониженні тиску; в) зменшенні концентрації СО₂?

3. Обчисліть константу рівноваги та вихідні концентрації СО та Н₂О у системі: СО(г) + Н₂О(г) ↔ СО₂(г) + Н₂(г), якщо рівноважні концентрації дорівнюють: [CO] = 0,004 ; [CO₂] = [Н₂] = 0,016 ; [Н₂O] = 0,064 моль/л.

4. Як зміниться швидкість прямої та зворотної реакцій, що перебігають у газовій фазі, у системі N₂O₃ ↔ NO₂ + NO при збільшенні тиску у 4 рази?

Завдання 5.23

1. Поясніть залежність швидкості хімічної реакції від концентрації? Сформулюйте закон діючих мас.

2. Обчисліть коефіцієнт Вант-Гофа, якщо при підвищенні температури на 30^оС швидкість реакції зросла у 64 рази.

3. Обчисліть константу рівноваги реакції: CO(г) + Cl₂(г) ↔ CОCl₂(г), якщо вихідні концентрації СО и Cl₂ склали 2,0 и 1,8 моль/л відповідно, а рівноважна концентрація СOCl₂ становила 1,6 моль/л.

4. У якому напрямку зсунеться рівновага у гомогенній системі H₂ + I₂ ↔ 2HI, ∆Н > >0, при: а) зменшенні температури; б) збільшенні концентрації HI; в) збільшенні тиску; г) зменшенні концентрації водню? Напишіть вираз константи рівноваги цієї реакції.

Завдання 5.24

1. Який стан системи називається станом хімічної рівноваги? Наведіть приклади.

2. У скільки разів необхідно змінити тиск у системі 2СО(г) + О₂(г) = 2СО₂(г), щоб швидкість прямої реакції збільшилась у 8 разів?

3. На скільки градусів підвищилась температура, якщо швидкість реакції росла у 16 разів? Температурний коефіцієнт реакції дорівнює 2.

4. Напишіть вираз константи рівноваги для системи: 4Fe(к) + 3O₂(к) ↔ 2Fe₂O₃(к), ∆Н < 0; У якому напрямку зсунеться рівновага у системі при: а) зменшенні температури; б) збільшенні концентрації кисню; в) збільшенні тиску?

Завдання 5.25

1. Які хімічні реакції називаються оборотними, а які – необоротними? Наведіть приклади.

2. Неповне окиснення вуглецю перебігає за рівнянням: 2С(граф.) + O₂(г) = 2СO(г). Як зміниться швидкість прямої та зворотної реакцій, якщо об’єм реакційної системи зменшити у чотири рази?

3. У якому напрямку зсунеться рівновага у системі: 2N₂O(г) ↔ 2N₂(г) + O₂(г); ∆Н < < 0, при: а) зменшенні температури; б) збільшенні концентрації N₂O; в) збіль-шенні тиску; г) зменшенні концентрації кисню? Напишіть вираз константи рівноваги цієї реакції.

4. Швидкість реакції зросла у 81 раз при збільшенні температури на 40^оС. Чόму дорівнює температурний коефіцієнт?