5.3 Примеры решения задач

Пример 1 Вычисление скорости реакции по концентрациям реагирующих веществ.

Реакция между веществами А и В протекает по уравнению 2А + В = С; концентрация вещества А равна 6 моль/л, а вещества В - 5 моль/л. Константа скорости реакции равна 0,5 л²∙моль ^-2∙с^-1. Вычислите скорость химической реакции в начальный момент и в тот момент, когда в реакционной смеси останется 45 % вещества В.

Решение

Согласно закону действующих масс скорость химической реакции прямо пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ в степенях, равных стехиометрическим коэффициентам. Следовательно, для уравнения реакции в нашем примере

Скорость химической реакции в начальный момент равна

= 0,5∙ 6 ² ∙5 = 90,0 моль ∙с ^-1∙ л ^-1

По истечении некоторого времени в реакционной смеси останется 45 % вещества В. т. е. концентрация вещества В станет равной 5,0∙0,45= 2,25 моль/л. Значит, концентрация вещества В уменьшилась на 5,0 - 2,25= 2,75 моль/л. Так как вещества А и В взаимодействуют между собой в соотношении 2:1, то концентрация вещества А уменьшилась на 5,5 моль/л (2,75∙ 2) и стала равной 0,5 моль/л (6,0 - 5,5). Следовательно, ₂ = 0,5∙(0.5)² ∙ 2,25 = 0,28 моль∙с ^-1∙л ^-1.

Пример 2

Как изменится скорость прямой реакции 2СО + О₂ = 2СО₂ если общее давление в системе увеличить в 4 раза?

Решение

Увеличение давления в системе в 4 раза вызовет уменьшение объема системы в 4 раза, а концентрация реагирующих веществ возрастет в 4 раза. Согласно закону действующих масс начальная скорость реакции равна

после увеличения давления

После увеличения давления в 4 раза скорость реакции возросла в 64 раза.

5.4 Необходимый уровень знаний студентов

5.4.1 Знать понятия: скорость химической реакции, катализ и катализатор, константа скорости химической реакции, энергия активации, порядок реакции.

5.4.2 Знать факторы, влияющие на скорость химической реакции.

5.4.3 Уметь выражать связь между скоростью реакции и концентраций реагирующих веществ на основе закона действующих масс.

5.4.4Знать правило Вант - Гоффа, уметь применять его для нахождения скорости химической реакции при повышении температуры на определенное число градусов.

5.5 Задания для самоконтроля

5.5.1 Что называют скоростью химической реакции? От каких факторов она зависит?

5.5.2 Как и почему изменяется скорость химической реакции при изменении температуры?

5.5.3 Что называют энергией активации?

5.5.4 От каких факторов зависит скорость химической реакции в гетерогенных системах?

5.5.5 Что называют катализатором? Какое влияние и почему оказывает катализатор на скорость химической реакции?

5.5.6 Что называют порядком реакции? Запишите кинетическое уравнение для реакции первого порядка.

5.5.7 Изобразите графически зависимость IgC от t для реакции первого порядка.

5.5.8 Константа скорости реакции А + 2В = ЗС равна 0,6 л²∙ моль ^-2∙с ^-1. В результате реакции концентрация вещества В оказалось равной 0,5 моль/л. Вычислите, какова концентрация вещества А и скорость прямой реакции?

5.5.9 На сколько градусов нужно повысить температуру, чтобы скорость реакции возросла в 90 раз? Температурный коэффициент равен 2,7.