химический каталог




Сборник задач и упражнений по химии

Автор Лебедева М.И., Анкудимова И.А.

цию веществ моль/дм3, к -константа скорости реакции, зависящая от природы реагирующих веществ.

Для реакции типа: А + 2В <-> АВ2 по закону действия масс можно записать:

и = к [А] [В]2. (4.2.3)

П р и м е р 52 Во сколько раз изменится скорость прямой и обратной реакции в системе:

2S02W + 02(г) = 2803(г),

если объем газовой смеси уменьшить в три раза? В какую сторону сместится равновесие системы?

Решение Обозначим концентрации реагирующих веществ: [S02] = a, [02] = b, [S03] = с. Согласно закону действия масс скорости (и) прямой и обратной реакции до изменения объема будут равны:

ипр= ka2 b; иобр = k1C2.

После уменьшения объема гомогенной системы в три раза концентрация каждого из реагирующих веществ увеличится в три раза: [S02] = 3a, [02]= 3b; [S03] = 3c. При этих концентрациях скорости (и) прямой и обратной реакции примут значения:

Откуда:

и'пр = к (3a)2 (3b) = 27ka2b; и'обр = к1(3с)2 = 9к1с2.

ипр = 27ka 2b = _иоб1 = 9к1с2 = 9 ипр ka2b ' иобр к1с2

Так как, скорость прямой реакции увеличилась в 27 раз, а обратной -только в 9 раз, следовательно, равновесие системы сместилось в сторону образования S03.

При гетерогенных реакциях концентрации веществ, находящихся в твердой фазе, обычно не изменяются в ходе реакции и поэтому не включаются в уравнение закона действия масс.

П р и м е р 53 Напишите выражения закона действия масс для реакций: а) 2№(г) + С12(г) = 2№С1(г); б) СаС03(кр) = Са0(кр) + Овд.

Решение а) и = к [N0]2[C12].

б) Поскольку карбонат кальция - твердое вещество, концентрация которого не изменяется в ходе реакции, искомое выражение будет иметь вид: и = к, т.е. в данном случае скорость реакции при определенной температуре постоянна.

П р и м е р 54 Как изменится скорость реакции:

2№(г) + 02(г) = 2№ад;

если уменьшить объем реакционной смеси в 3 раза?

Решение До изменения объема скорость реакции выражалась уравнением:

и = к [N0]2 [02].

Вследствие уменьшения объема концентрация каждого из реагирующих веществ возрастет в три раза. Следовательно: и' = к (3[N0])2 (3[О2]) = 27к [N0]2 [О2].

Сравнивая выражения для и и и', находим, что скорость реакции возрастает в 27 раз.

Зависимость скорости реакции (или константы скорости реакции) от температуры может быть выражена уравнением:

и/ + 10 / и/ = к/ + 10 / kt = УЛ//10, (4.2.4),

где и/ и к/ - скорость и константа скорости реакции при температуре / °С; и/ + 10 и к/ + 10 - те же величины при температуре (/ + 10) °С; у - температурный коэффициент скорости реакции, значение которого для большинства реакций равно 2 - 4 (правило Вант-Гоффа). В общем случае, если температура изменилась на / град., последнее уравнение преобразуется к виду:

и/ + Л/ / и/ = к/ + Л/ / к/ = уЛ//10

или

и/2 =и, у 10 . (4.2.5)

П р и м е р 55 Температурный коэффициент скорости реакции равен 2,8. Во сколько раз возрастет скорость реакции при повышении температуры от 20 до 75 °С?

Решение Поскольку Л/ = 55 °С, то обозначив скорость реакции при 20 и 75 °С соответственно через и и и', можем записать:

и/и' = 2,855/10 = 2,85,5;

^и'7и = 5,5 - 1g 2,8 = 5,5 - 0,447 = 2,4584.

Откуда: и'/и = 287. Скорость реакции увеличится в 287 раз.

П р и м е р 56 Растворение образца цинка в соляной кислоте при 20 °С заканчивается через 27 минут, а при 40 °С такой же образец металла растворяется за 3 минуты. За какое время данный образец цинка растворится при 55 °С?

Решение Растворение цинка в соляной кислоте описывается уравнением:

Zn + 2НС1 = ZnC12 + Н2Т.

Поскольку во всех трех случаях растворяется одинаковое количество образца, то можно считать, что средняя скорость реакции обратно пропорциональна времени реакции. Следовательно, при нагревании от 20 °С до 40 °С скорость реакции увеличивается в 27/3 = 9 раз. Это означает, что коэффициент в уравнении Вант-Гоффа

и1 = у((2-/1 )/10 ,

который показывает, во сколько раз увеличивается скорость реакции и при увеличении температуры на 10 °С, равен 3. Значит при нагревании до 55 °С скорость реакции увеличивается в 3(55 - 40)10 = 5,2, а время реакции составит 3/5,2 = 0,577 мин, или 34,6 с.

П р и м е р 57 Энергия активации некоторой реакции в отсутствие катализатора равна 32,3-103 Дж/моль, а в присутствии катализатора она равна 20,9-103 Дж/моль. Во сколько раз возрастет скорость этой реакции в присутствии катализатора при 25 °С.

Решение Энергию активации реакции без катализатора обозначим Еа, а в присутствии катализатора Еа. Соответственно константы скорости этой

реакции равны к и к; отношение к/к показывает, во сколько раз скорость реакции в присутствии катализатора больше скорости этой же реакции без катализатора. Используя уравнение Аррениуса, запишем

к е

Еа

—— Е -Е

к

е RT

откуда

л к _ ~, к Еа Еа

1n— = 2,31g— = — -;

к к RT

1g — = Еа - Еа к 2,3RT '

Подставив соответствующие значения величин из условия задачи, получим

, к' (32,3 - 20,9) -103 „

1g— = — — = 2 .

к 2,3 - 8,314 - 298

Таким образом, к /к = 102 = 100, т. е. при данной температуре реакция протекает в 100 раз быстрее в присутствии катализатора

Задачи

331 Напишите выражение для скорости прямой реакции:

а) 2А + В О А2В;

б) N20D + 3Н2(г) О 2NHз(г);

в) С02(г) + С(кр) О 2С0(г);

г) Fe304oКак изменятся скорости прямых реакций (а) и (б) при увеличении концентрации исходных веществ в два раза?

332 Во сколько раз увеличится скорость реакции взаимодействия водорода и брома Н2(г) + Вг2(г) О 2НВГ(г), если концентрации исходных веществ увеличить в 2 раза?

333 Чему равна скорость обратной реакции:

С0(г) + Н20(г) О С02(г) + Н2(г>

если концентрации [С02] = 0,30 моль/дм3; [Н2] = 0,02 моль/дм3; к = 1?

334 Начальная концентрация исходных веществ в системе: С0(г) + + С12(г) О СОС12(г) была равна (моль/дм3): [С0] = 0,3; [СЩ = 0,2. Во сколько раз увеличится скорость реакции, если повысить концентрации: С0 до 0,6 моль/дм3, а С12 до 1,2 моль/дм3?

335 Концентрации N0 и 02, образующих N02, были соответственно равны 0,03 и 0,05 моль/дм3. Чему равна скорость прямой реакции?

336 Как изменится скорость прямой реакции:

4№%) + 502(г) О 4№(г) + 6Н20(г),

если увеличить давление системы в два раза?

337 Как изменится скорость прямой реакции:

2С0(г) + 02(г) О 2С02(г),

если увеличить давление системы в три раза?

338 Как изменится скорость реакции горения серы:

8(г) + 02(г) О 802(г>

если уменьшить объем системы в 5 раз?

339 Как изменится скорость химической реакции:

2А1(кр) + 3С12(г) = 2А1С13(кр),

если давление системы увеличится в 2 раза?

340 Во сколько раз увеличится скорость реакции, если температура повысилась на 30°, а температурный коэффициент равен 3?

341 Вычислите температурный коэффициент скорости некоторых реакций, если при повышении температуры:

а) от 283 до 323 К скорость реакции увеличилась в 16 раз;

б) от 323 до 373 К скорость реакции увеличилась в 1200 раз.

342 На сколько градусов нужно повысить температуру, чтобы скорость реакции увеличилась в 81 раз, если температурный коэффициент скорости равен 3?

343 Чему равен температурный коэффициент скорости реакции, если при увеличении температуры на 30 °С скорость возрастает в 27 раз?

344 Во сколько раз возрастает скорость реакции при повышении температуры на 50 °С, если у = 2?

345 На сколько градусов надо повысить температуру реакции, чтобы ее скорость увеличилась в 729 раз (у = 3)?

346 При увеличении температуры реакции на 60 °С скорость реакции возросла в 64 раза. Определите температурный коэффициент (у).

347 При повышении температуры на 20° скорость реакции возросла в 9 раз. Чему равен температурный коэффициент этой реакции и во сколько раз увеличится ее скорость при повышении температуры на 30° и на 100°?

348 Как изменится скорость образования оксида азота(1У) в соответствии с реакцией:

2№(г) + 02(г) = 2№ад;

если давление в системе увеличить в 3 раза, а температуру оставить неизменной?

349 Во сколько раз увеличится скорость химической реакции Н2 + + J2 О 2HJ при повышении температуры от 20 до 170 °С, если было установлено, что при повышении температуры на каждые 25 град. скорость реакции увеличивается в 3 раза?

350 Скорость некоторой реакции увеличивается в 2,5 раза при повышении температуры на 10 град. Во сколько раз увеличится скорость при повышении температуры от 10 до 55 °С?

351 Скорость некоторой реакции увеличивается в 3,5 раза при повышении температуры на 20 град. Во сколько раз увеличится скорость при повышении температуры от 20 до 85 °С?

4.3 ХИМИЧЕСКОЕ РАВНОВЕСИЕ. СМЕЩЕНИЕ ХИМИЧЕСКОГО

РАВНОВЕСИЯ

При протекании химической реакции концентрации исходных веществ уменьшаются; в соответствии с законом действия масс, это приводит к уменьшению скорости реакции. Если реакция обратима, т.е. может протекать как в прямом, так и в обратном направлении, то с течением времени скорость обратной реакции будет возрастать, так как увеличиваются концентрации продуктов реакции. Когда скорости прямой и обратной реакций становятся одинаковыми, наступает состояние химического равновесия и дальнейшего изменения концентраций, участвующих в реакции веществ не происходит.

В случае обратимой химической реакции:

А + В О С + D

зависимость скоростей прямой (ипр) и обратной (иобр) реакций от концентраций реагирующих веществ выражается соотношениями:

ипр = к [А][В]; иобр = к [C][D].

В состоянии химического равновесия ипр = иобр, т.е.:

ипр = кпр [А] [В]; иобр = кобр [С] [D].

Откуда:

^ = IC1^ = K, (4.3.1.)

кобр [А][В]

где K - константа равновесия.

Концентрации, входящие в выражение константы равновесия, называются равновесными концентрациями. Константа равновесия - постоянная при данной температуре величина, выражающая соотношение между равновесными концентрациями продуктов реакции (числитель) и исходных веществ (знаменатель). Чем больше константа равновесия, тем "глубже" протекает прямая реакция, т.е. тем больше выход ее продуктов.

В общем случае, для химической реакции, протекающей по схеме: aA + ЬВ + ...= сС + dD +

справедливо выражение для константы равновесия:

K = [С]с [D]d / [A]a [В]ь .

страница 12
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35

Скачать книгу "Сборник задач и упражнений по химии" (1.54Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [прайс-листы]  [форум]  [обратная связь]

 

 

Реклама
4 декабря ирландское шоу rhythm of the dance в москве
динамимеа цен матрасы серта
скамья чугунная парковая
обучение на холодильщика сургуте

Рекомендуемые книги

Введение в химию окружающей среды.

Книга известных английских ученых раскрывает основные принципы химии окружающей среды и их действие в локальных и глобальных масштабах. Важный аспект книги заключается в раскрытии механизма действия природных геохимических процессов в разных масштабах времени и влияния на них человеческой деятельности. Показываются химический состав, происхождение и эволюция земной коры, океанов и атмосферы. Детально рассматриваются процессы выветривания и их влияние на химический состав осадочных образований, почв и поверхностных вод на континентах. Для студентов и преподавателей факультетов биологии, географии и химии университетов и преподавателей средних школ, а также для широкого круга читателей.

Химия и технология редких и рассеянных элементов.

Книга представляет собой учебное пособие по специальным курсам для студентов химико-технологических вузов. В первой части изложены основы химии и технологии лития, рубидия, цезия, бериллия, галлия, индия, таллия. Во второй части книги изложены основы химии и технологии скандия, натрия, лантана, лантаноидов, германия, титана, циркония, гафния. В третьей части книги изложены основы химии и технологии ванадия, ниобия, тантала, селена, теллура, молибдена, вольфрама, рения. Наибольшее внимание уделено свойствам соединений элементов, имеющих значение в технологии. В технологии каждого элемента описаны важнейшие области применения, характеристика рудного сырья и его обогащение, получение соединений из концентратов и отходов производства, современные методы разделения и очистки элементов. Пособие составлено по материалам, опубликованным из советской и зарубежной печати по 1972 год включительно.

 

 



Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100

Copyright © 2001-2012
(23.10.2017)