Типовые задачи и алгоритмы их решения

Задача 1. Как изменится скорость реакции образования оксида серы (VI):

2SO_2(Г)+O_2(Г)→SO_3(Г):

а) при увеличении концентрации SO₂ в 3 раза;

б) при увеличении внешнего давления в 2 раза;

в) каков физический смысл константы скорости и от каких факторов она зависит?

Решение. Записываем кинетическое уравнение реакции (закон действия масс) согласно уравнению (4.1):

:

а) после увеличения концентрации SO₂ в 3 раза

.

Таким образом, при увеличении концентрации SO₂ в 3 раза скорость прямой реакции возрастает в 9 раз;

б) при увеличении внешнего давления в 2 раза объем системы уменьшится в 2 раза, а концентрация каждого из реагирующих веществ на единицу объема увеличится в 2 раза. Скорость реакции станет равной

.

Скорость возросла в 8 раз;

в) физический смысл константы скорости реакции – это скорость реакции при концентрациях реагирующих веществ равных 1 моль. Зависит «k» от природы веществ и температуры.

Задача 2. Процесс образования гидрокарбоната магния идет по уравнению

MgCO_3(ТВ)+Н₂О_(Ж)+СО_2(Г)↔Mg(HCO₃)_2(Ж).

Как изменится скорость реакции при уменьшении внешнего давления в 3 раза? Изменится ли скорость? Изменится ли скорость этой реакции при увеличении массы карбоната магния?

Решение. В случае гетерогенных реакций в уравнение закона действия масс входят концентрации только тех веществ, которые находятся в газовой фазе или растворе. Концентрация веществ в твердой фазе на единице поверхности является постоянной величиной и входит в константу скорости, поэтому кинетическое уравнение для реакции образования Mg(HCO₃)₂ будет иметь вид

.

После уменьшения давления в 3 раза концентрация реагирующих веществ уменьшится в 3 раза:

= .

Таким образом, при уменьшении давления в 3 раза скорость реакции уменьшается в 9 раз.

Так как концентрация вещества на единице поверхности твердой фазы является постоянной величиной, то увеличение массы MgCO₃ не изменит скорость данной реакции.

Задача 3. Реакция при температуре 20 ⁰С протекает за 45 с. Температурный коэффициент скорости реакции равен 3. Какое время потребуется для завершения этой реакции при 40 ⁰С?

Решение. Согласно уравнению Вант-Гоффа (4.2)

Скорость реакции возрастает в 9 раз, следовательно, время протекания реакции уменьшается во столько же раз и при 40 ⁰С реакция закончится за 5 с. (45:9 = 5).

Задача 4. Напишите выражение для константы равновесия гомогенной системы

N_2(Г) + 3 Н_2(Г) ↔ 2NH_3(Г).

От каких факторов зависит константа равновесия? Как следует изменить концентрацию всех веществ, чтобы равновесие сместилось в сторону прямой реакции?

Решение. Состояние равновесия системы характеризуется константой равновесия, которая показывает отношение произведения концентраций конечных веществ к произведению концентраций начальных веществ, причем концентрации взяты в степенях равных стехиометрическим коэффициентам в уравнении реакции

(4.3)

Константа равновесия зависит от природы реагентов и температуры.

Чтобы сместить равновесие в сторону прямой реакции, надо увеличить концентрацию начальных веществ или уменьшить концентрацию конечных веществ, т.е. для смещения равновесия данной реакции вправо необходимо увеличить концентрацию азота и водорода или уменьшить концентрацию аммиака.

Задача 5. В системе

СаСО_3(Т) ↔ СаО_(Т) + СО_2(Г), ΔН>0

установилось состояние равновесия. В сторону какой реакции – прямой или обратной – оно сместится при удалении СО₂ и при увеличении температуры (для решения пользуйтесь табл. 4.1)?

Таблица 4.1