5. Химическая кинетика

Контрольные вопросы

1. Дайте определение скорости химической реакции.

2. Дайте формулировку закона действия масс для гомогенной и гетерогенной реакции.

3. Дайте определение константы скорости химической реакции. От каких параметров она зависит?

4. Охарактеризуйте влияние температуры на скорость химической реакции (правило Вант-Гоффа).

5. Прокомментируйте уравнение Аррениуса. Дайте определение энергии активации.

6. Что такое катализатор? Каков механизм действия катализатора? Приведите примеры гомогенного и гетерогенного катализа.

7. Дайте определения обратимой химической реакции и химического равновесия.

8. Дайте вывод константы химического равновесия, от каких параметров она зависит?

9. Дайте формулировку принципа Ле-Шателье.

10. Приведите пример обратимой химической реакции, объясните, как интенсивность различных параметров может влиять на смещение равновесия реакции.

Примеры решения задач

Пример 1. Как изменится скорость химической реакции: СО + О₂  СО₂ , если концентрацию угарного газа повысить в 3 раза?

Дано:	Решение:
[CO]2 =3[CO]1	1.Составим уравнение реакции:
Найти: 2/1	2СО + О2 = 2 СО2

2.Напишем выражение закона действия масс для этого процесса при исходных условиях:

₁ = k[CO]²[O₂]

3.Напишем выражение закона действия масс для этого процесса с учетом повышения концентрации СО в 3 раза. (Константа скорости реакции (k) не зависит от концентрации реагентов).

₂ = k (3[CO])²[O₂]

4.Составим отношение ₂/₁:

₂/₁= k (3[CO])²[O₂]/ k[CO]²[O₂]= 3²/1 =9

Ответ: при возрастании концентрации СО в 3 раза скорость химической реакции увеличится в 9 раз.

Пример 2. Как изменится скорость химической реакции при снижении температуры процесса с 1030С до 1000С, если температурный коэффициент реакции равен 2?

Дано:	Решение:
t1=1030C	t+10n/t = n
t2=1000C	n = (1030-1000):10 = 3
= 2	По условию задачи t1­>t2, следовательно v1>v2
Найти: 1/2	1/2= n, n = 23 = 8

Ответ: скорость химической реакции уменьшится в 8 раз.

Пример 3. В направлении какого процесса сместится равновесие системы SO₂+O₂  SO₃; Н0 при а) возрастании концентрации SO₂; б) снижении температуры; в) повышении давления; г) внесении катализатора? Составьте выражение константы химического равновесия для этой системы.

Решение:

1)Составим термохимическое уравнение:

2 SO_{2 (г)}+ O_2(г) 2 SO_3(г) + Q (ΔН<0, реакция экзотермическая)

В соответствии с принципом Ле-Шателье:

а) равновесие смещается вправо, в сторону прямой реакции, понижающей концентрацию SO₂;

б) равновесие смещается в сторону экзотермической реакции, т.е. вправо;

в) равновесие смещается в сторону снижения давления, т.е. вправо, т.к. меньшее число молекул газа оказывают меньшее давление;

г) равновесие не смещается, т.к. катализатор увеличивает скорость прямой и обратной реакции в одинаковое число раз.

2)Константа равновесия для реакции окисления оксида серы (IV): K_р = [SO₃]²/[SO₂]²[O₂]

Задачи для самостоятельного решения

Вариант 1

1. Составьте математическое выражение закона действия масс для следующего процесса: Zn_(к) + H₂O_(пар)  ZnO_(к) + H_{2 (г)}

2. Как изменится скорость реакции: СО _(г)+ О_2(г)  СО_2(г) ; Н0, если а)концентрацию СО увеличить в 2 раза; б) температуру процесса повысить на 30 ^С (=2).

3. В какую сторону сместится равновесие этой химической реакции, если

а) повысить температуру;

б) увеличить давление;

в) внести катализатор;

г) увеличить концентрацию СО₂?

4. Составьте выражение константы химического равновесия для процесса 2.

Вариант 2

1. Составьте математическое выражение закона действия масс для следующего процесса: СаО_(тв)+ H₂SO_4(р-р) CaSO_4(р-р)+ H₂O_(ж).

2. Как изменится скорость химической реакции: SO_2(г) + O_2(г)  SO_3(г) , если а) концентрацию О₂ увеличить в 4 раза; б) температуру процесса повысить на 40 С (=3)?

3. В какую сторону сместится равновесие химической реакции:

NO_(г) + O_2(г)  NO_2(г); H0, если:

а) снизить температуру;

б) увеличить давление;

в) внести катализатор;

г) увеличить концентрацию NO?

4. Составьте выражение константы химического равновесия для процесса 3.

Вариант 3

1. Составьте математическое выражение закона действия масс для следующего процесса: Zn_(к)+ HCl_(р-р)  ZnCl_2(р-р)+ H_2(г) .

2. Как изменится скорость химической реакции: NO_(г) + O_2(г)  NO_2(г), если: а) концентрацию NO уменьшить в 3 раза; б) температуру процесса повысить на 20С (=3)?

3. В какую сторону сместится равновесие химической реакции:

SO_{2 (г)}+ O_{2 (г)}  SO_{3 (г)}; Н0, если:

а) снизить температуру;

б) увеличить давление;

в) внести катализатор;

г) увеличить концентрацию SO₃?

4. Составьте выражение константы химического равновесия для процесса 3.

Вариант 4

1. Составьте математическое выражение закона действия масс для следующего процесса: C_(к) + О_{2 (г)}  СО_(г).

2. Как изменится скорость химической реакции: O_2(г) + H_2(г)  H₂O_(г), если: а) концентрацию Н₂ уменьшить в 2 раза; б) температуру процесса повысить на 60С (=3)?

3. В какую сторону сместится равновесие химической реакции:

H_2(г)+ O_2(г)  H₂O _(г); Н0, если:

а) снизить температуру;

б) увеличить давление;

в) ввести катализатор;

г) уменьшить концентрацию Н₂О?

4. Составьте выражение константы химического равновесия для процесса 3.

Вариант 5

1. Составьте математическое выражение закона действия масс для следующего процесса: Mg_(к) + O_2(г)  MgO _(к) .

2. Как изменится скорость химической реакции: SO_2(г) + O_2(г)  SO_3(г), если а) концентрацию SO₂ увеличить в 3 раза; б) температуру процесса понизить на 40С (=3)?

3. В какую сторону сместится равновесие химической реакции:

H_2(г) + Br_2(г) HBr_(г); H0, если:

а) снизить температуру;

б) увеличить давление;

в) ввести катализатор;

г) уменьшить концентрацию Br₂?

4. Составьте выражение константы химического равновесия для процесса 3.

Вариант 6

1. Составьте математическое выражение закона действия масс для следующего процесса: H₂S_(г) + SO_{2 (г)}  S_(г) + H₂O_(ж) .

2. Как изменится скорость химической реакции: N_2(г) + O_2(г) NO_(г), если а) концентрацию О₂ уменьшить в 4 раза; б) температуру процесса повысить на 30С (=2)?

3. В какую сторону сместится равновесие химической реакции:

СаСО_3(к)  СаО_(к) + СО_2(г); Н0, если:

а) повысить температуру;

б) увеличить давление;

в) ввести катализатор;

г) увеличить концентрацию СО₂?

4. Составьте выражение константы химического равновесия для процесса 3.

Вариант 7

1. Составьте математическое выражение закона действия масс для следующего процесса: Fe_(к) + CuSO_4(р-р)  Cu_(к) + FeSO_{4 (р-р).}

2. Как изменится скорость химической реакции: N_{2 (г)} + H_{2 (г)}  NH_3(г), если а) концентрацию N₂ увеличить в 2 раза; б) температуру процесса повысить на 40 С (=2)?

3. В какую сторону сместится равновесие химической реакции:

H_{2 (г)} + Сl_2(г)  НСl_(г); Н0, если:

а) снизить температуру;

б) увеличить давление;

в) ввести катализатор;

г) уменьшить концентрацию Сl₂?

4. Составьте выражение константы химического равновесия для процесса 3.

Вариант 8

1. Составьте математическое выражение закона действия масс для следующего процесса: CaO _(к) + CO_2(г)  CaCO_3(к).

2. Как изменится скорость химической реакции:

H₂S_(г) + SO_2(г) S_(к) + H₂O_(ж), если: а) концентрацию H₂S уменьшить в 3 раза; б) температуру процесса повысить на 30С (=2)?

3. В какую сторону сместится равновесие химической реакции:

HI_(г)  H_{2 (г)} + I_2(г); Н0, если:

а) снизить температуру;

б) увеличить давление;

в) ввести катализатор;

г) уменьшить концентрацию HI?

4. Составьте выражение константы химического равновесия для процесса 3.

Вариант 9

1. Составьте математическое выражение закона действия масс для следующего процесса: Са_(к) + Н₂О_(ж)  Са(ОН)_2(р-р) + Н_{2 (г)} .

2. Как изменится скорость химической реакции: CO_{2 (г)} + C _(к)  CO_(г), если а) концентрацию СО₂ уменьшить в 2 раза; б) температуру процесса повысить на 40С (=2)?

3. В какую сторону сместится равновесие химической реакции:

NO_(г) + О_2(г)  NO_2(г); Н0, если:

а) снизить температуру;

б) уменьшить давление;

в) ввести катализатор;

г) уменьшить концентрацию NO₂?

4. Составьте выражение константы химического равновесия для процесса 3.

Вариант 10

1. Составьте математическое выражение закона действия масс для следующего процесса: FeO_(к) + СO_(г)  Fe_(к) + СО_2(г)

2. Как изменится скорость химической реакции: H_2(г) + I_2(г)  HI_(г), если:

а)уменьшить концентрацию Н₂ в 2 раза; б) повысить температуру процесса на 60С (=4)?

3. В какую сторону сместится равновесие химической реакции:

Mg_(к) + CO_2(г)  MgO_(к) + CO_(г); Н0, если:

а) повысить температуру;

б) увеличить давление;

в) ввести катализатор;

г) уменьшить концентрацию СО₂?

4. Составьте выражение константы химического равновесия для процесса 3.

Вариант 11

1. Составьте математическое выражение закона действия масс для следующего процесса:

Fe₂O_3(к)+ CO _(г)  FeO_(к) + CO_{2 (г)}.

2. Как изменится скорость химической реакции: C_(к) + O_2(т)  CO_2(г), если

а) концентрацию О₂ увеличить в 3 раза; б) температуру процесса понизить на 20С (=3)?

3. В какую сторону сместится равновесие химической реакции:

CH_{4 (г)} + O_{2 (г)}  CO_{2 (г)} + H₂O_(г); H0, если

а) повысить температуру;

б) увеличить давление;

в) ввести катализатор;

г) увеличить концентрацию О₂?

4. Составьте выражение константы химического равновесия для процесса 3.

Вариант 12

1. Составьте математическое выражение закона действия масс для следующего процесса: SO_{2 (г)} + Li₂O_(к)  Li₂SO_3(к).

2. Как изменится скорость химической реакции: Н_2(г) + S_(к)  Н₂S _(г), если:

а) концентрацию Н₂ уменьшить в 4 раза; б) температуру процесса повысить на 30 С (=2)?

3. В какую сторону сместится равновесие химической реакции:

SnO _(к) + H_{2 (г)}  Sn_(к) + H₂O _(г); Н0, если:

а) повысить температуру;

б) уменьшить давление;

в) ввести катализатор;

г) уменьшить концентрацию Н₂?

4. Составьте выражение константы химического равновесия для процесса 3.

Вариант 13

1. Составьте математическое выражение закона действия масс для следующего процесса: CaO_(к) + CO_2(г)  СaCO_3(к).

2. Как изменится скорость химической реакции:

H₂S_(г) + O_2(г)  S_(к) + H₂O_(г), если: а) концентрацию сероводорода увеличить в 2 раза; б) температуру процесса повысить на 40С ( = 2)?

3. В какую сторону сместится равновесие химической реакции:

С_(к) + H₂O_(г)  CO_(г) + H_2(г); Н0, если

а) повысить температуру;

б) уменьшить давление;

в) внести катализатор;

г) уменьшить концентрацию СО?

4. Составьте выражение константы химического равновесия для процесса 3.

Вариант 14

1. Составьте математическое выражение закона действия масс для следующего процесса: Н₂О_(ж) + Li₂O_(к)  LiOH_(р-р).

2. Как изменится скорость химической реакции: H_2(г)+ Cl_2(г) HCl_(г), если: а)концентрацию Н₂ увеличить в 2 раза; б) температуру процесса повысить на 30С ( = 2)?

3. В какую сторону сместится равновесие химической реакции:

Н_2(г) + С_{(графит)}  СН_4(г); Н0, если:

а) снизить температуру;

б) уменьшить давление;

в) внести катализатор;

г) уменьшить концентрацию Н₂?

4. Составьте выражение константы химического равновесия для процесса 3.

Вариант 15

1. Составьте математическое выражение закона действия масс для следующего процесса: Cu_(к) + HNO_3(р-р) Cu(NO₃)_2(р-р) + NO_(г) + H₂O_(ж).

2. Как изменится скорость химической реакции: H₂S_(г)+O_2(г)SO_2(г)+H₂O_(г), если: а) концентрацию О₂ уменьшить в 3 раза; б) температуру процесса повысить на 40С (=3)?

3. В какую сторону сместится равновесие химической реакции:

СН_4(г) + Н₂О_(г) СО_(г) + Н_2(г); Н0, если

а) снизить температуру;

б) уменьшить давление;

в) внести катализатор;

г) увеличить концентрацию Н₂.

4. Составьте выражение константы химического равновесия для процесса 3.

Тестовые задания для самоконтроля

1. Как изменится скорость химической реакции А + 2В = АВ₂, если концентрацию вещества В увеличить в 2 раза?

1. увеличится в 2 раза;

2. уменьшится в 2 раза;

3. увеличится в 4 раза.

2. Как называется реакция, которая идет на границе раздела фаз?

1. гомогенная;

2. гетерогенная;

3. экзотермическая.

3. Как изменится скорость реакции при повышении температуры на 20^о, если температурный коэффициент реакции равен 3?

1. увеличится в 3 раза;

2. уменьшится в 9 раз;

3. увеличится в 9 раз.

4. В какую сторону сместится равновесие реакции: 2CO_(г) + O_2(г) =2CO_2(г); - ∆Н, при а) повышении давления, б) понижении температуры?

1. а) →, б) →;

2. а)←, б)←;

3. а) →, б) ←.

5. Скорость реакции увеличивается в 2-4 раза при повышении температуры на каждые 10^о - это:

1. закон действия масс;

2. принцип Ле-Шателье;

3. правило Вант-Гоффа.

6. Скорость реакции пропорциональна концентрации реагирующих веществ в степени их стехиометрических коэффициентов – это:

1. Закон действия масс;

2. Правило Вант-Гоффа;

3. Принцип Ле-Шателье.

7. Константа скорости химической реакции не зависит от…

1. природы реагирующих веществ;

2. концентрации реагирующих веществ;

3. температуры.

8. Если на систему, находящуюся в равновесии, оказывается внешнее воздействие, то равновесие смещается в таком направлении, которое ослабляет внешнее воздействие –

1. закон действия масс;

2. принцип Ле-Шателье;

3. правило Вант-Гоффа.

9. Состояние химического равновесия не зависит от:

1. концентрации реагирующих веществ;

2. присутствия катализатора;

3. температуры.

10. Механизм действия катализатора объясняется …

1) увеличением доли активных молекул;

2) увеличением скорости движения молекул;

3) понижением энергии активации реакции за счет образования промежуточного комплекса катализатора с реагирующим веществом.

Ключи к тестовым заданиям

№ вопроса	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
№ ответа	3	2	3	1	3	1	2	2	2	3