Вычисление скорости реакции с газовыми компонентами вследствие изменения давления

В соответствии с газовыми законами изменение давления газовой системы влечет за собой изменение ее объема и концентраций реагирующих веществ. Исходя из схемы р, V, [ ] и р, V, [ ] , следует помнить: молярная концентрация реагирующего вещества [ ] увеличивается во столько раз, во сколько раз повышается давление р или понижается объем системы V и, наоборот, понижению молярной концентрации вещества способствует эквивалентное понижение давления или увеличение объема системы.

П р и м е р 1.

Гомогенная реакция протекает по уравнению 2NO + О₂ = 2NО₂. Как изменится скорость реакции, если:

а) повысить давление в системе в 3 раза;

б) увеличить объем системы в 2 раза?

Дано:

а) p в 3 раза

б) V в 2 раза

υ₀, υ – ?

Решение:

Записываем выражение начальной скорости реакции:

υ₀ = [NО]₀²[О₂]₀

а) при увеличении давления в системе в 3 раза начальные концентрации реагирующих веществ тоже увеличиваются в 3 раза, что приводит к увеличению скорости реакции:

[NO] = [3NO]₀; [О₂] =[3О₂];

υ = k[NО]²[О₂] = k[3NO]₀²[3О₂]₀ = 27υ₀.

б) увеличение объема системы приводит к понижению концентраций реагирующих веществ в 2 раза:

[NO] = [1/2NO]₀; [O₂] = [1/2O₂]₀.

и понижению скорости реакции

v = k[NО]²[О₂] = k[1/2NO]₀²[1/2O₂]₀= υ₀/8.

Ответ: а) Скорость возрастет в 27 раз.

б) Скорость понизится в 8 раз.

П р и м е р 2.

Взаимодействие алюминия с хлором протекает по уравнению:

2А1_(Т) + ЗС1_2(г) =2А1С1_3(т)

Начальная концентрация хлора равна 0,05 моль/л. Константа скорости реакции 0,2. Напишите математическое выражение скорости реакции и определите, как изменится скорость реакции по сравнению с начальной, если давление в системе увеличить в 6 раз?

Дано:

[С1₂]₀ = 0,05 моль

k = 0,2

p в 6 раз

υ₀, υ – ?

Решение:

В соответствии с выражением (1.2) определяем начальную скорость химической реакции:

υ₀ = k[C1₂]₀³ = 2 · 10^–1 [5 · 10^–2]³ = 2,5 · 10^–5 моль/л·с.

При увеличении давления в системе увеличивается концентрация хлора и возрастает скорость реакции:

[С1₂] = [6С1₂]₀ = 6 · 5 · 10^–2 = 3 · 10^–1 моль/л.

υ = k [С1₂]³ = 2 · 10^–1 [3 · 10^–1]³ = 5,4 · 10^–3 моль/л·с.

Ответ: υ₀ = 2,5 · 10^–5 моль/л·с; υ = 5,4 · 10^–3 моль/л·с.

Пример 3.

Реакция протекает по уравнению:

2Н₂S_(г) + SO_2(г) = 3S_(т) + 2Н₂О_(г)

Начальные концентрации сероводорода и сернистого газа соответственно равны 0,5 моль/л и 0,2 моль/л. Константа скорости реакции равна 1,2. Как изменится скорость реакции по сравнению с начальной, если:

а) увеличить давление газовой смеси в 2 раза;

б) увеличить концентрацию сероводорода в 4 раза?

Дано:

[H₂S]₀ = 0,5 моль/л

[SO₂]₀ = 0,2 моль/л

k = 1,2

а) p в 2 раза

б) [H₂S] = [4H₂S]₀

υ₀, υ – ?

Решение:

Рассчитываем начальную скорость реакции:

υ₀ = k [H₂S]₀² [SО₂]₀ = 1,2 [5 · 10^–1]² [2 · 10^–1] = 6 · 10^–2 моль/л·с.

а) При увеличении давления в системе увеличивается скорость реакции:

[H₂S] = [2H₂S]₀ = 2 · 0,5 = 1 моль/л,

[SО₂] = [2SО₂]₀ = 2 · 0,2 = 0,4 моль/л,

υ = k [H₂S]² [SО = 1,2[1]²[4 · 10^–1] = 4,8 · 10^–1моль/л·с.

б) Увеличение концентрации одного из реагирующих веществ приводит к увеличению скорости реакции:

[H₂S] = [4H₂S]₀ = 4 · 0,5 = 2 моль/л,

υ = k[H₂S]²[SO₂]₀ = 1,2[2]²[2 · 10^–1] = 9,6 · 10^–1 моль/л·с.

Ответ: а) 4,8 · 10^–1 моль/л·с;

б) 9,6 · 10^–1 моль/л·с.