АвтоАвтоматизацияАрхитектураАстрономияАудитБиологияБухгалтерияВоенное делоГенетикаГеографияГеологияГосударствоДомДругоеЖурналистика и СМИИзобретательствоИностранные языкиИнформатикаИскусствоИсторияКомпьютерыКулинарияКультураЛексикологияЛитератураЛогикаМаркетингМатематикаМашиностроениеМедицинаМенеджментМеталлы и СваркаМеханикаМузыкаНаселениеОбразованиеОхрана безопасности жизниОхрана ТрудаПедагогикаПолитикаПравоПриборостроениеПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРадиоРегилияСвязьСоциологияСпортСтандартизацияСтроительствоТехнологииТорговляТуризмФизикаФизиологияФилософияФинансыХимияХозяйствоЦеннообразованиеЧерчениеЭкологияЭконометрикаЭкономикаЭлектроникаЮриспунденкция

Примеры решения задач. 1.1. Вычисление скорости химических реакций

Читайте также:
  1. C) Любой код может быть вирусом для строго определенной среды (обратная задача вируса)
  2. I. Постановка задачи маркетингового исследования
  3. I. ПРЕДМЕТ И ЗАДАЧИ
  4. II. Основные задачи и функции Отдела по делам молодежи
  5. II. Цели и задачи конкурса
  6. III. Задачі
  7. III. ЗАДАЧІ
  8. III. Описание основных целей и задач государственной программы. Ключевые принципы и механизмы реализации.
  9. III. Принятие решения, заполнение протоколов и комментарии
  10. L Перевірка виконання домашньої задачі.
  11. V2: Предмет, задачи, метод патофизиологии. Общая нозология.
  12. VII. Вирішіть задачі:.

1.1. Вычисление скорости химических реакций

Пример 1. Как запишется закон действия масс для реакции горения угля

С + O2 → СО?

Решение: В случае гетерогенных реакций в уравнения закона действия масс входят концентрации только тех веществ, которые находятся в газовой фазе или в растворе. Концентрация вещества, находящегося в твердой фазе, обычно представляет собою постоянную величину и поэтому входит в константу скорости.

W = k' · const · [O2] = k · [O2], где k = k' · const.

Пример 2. Написать выражение закона действия масс для реакций

а) 2NO (г.) + Cl2 (г.) → 2NOCl (г.);

б) CaCO3 (к.) → СaO (к.) + CO2 (г.).

Решение: а) v = k[NO]2[Cl2];

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

Пример 3. Предскажите, как изменится скорость газовой реакции A + 2B + 3D → F при повышении общего давления в 3 раза.

Решение: Пусть W1–скорость при некотором первоначальном давлении рA, рB, рD: W1 = k рA рB2рD3.

Пусть W2 – скорость при концентрациях . Тогда скорость возрастет:

Таким образом, увеличение общего давления в 3 раза приводит к увеличению парциальных давлений компонентов в то же число раз, что скажется в 729-кратном увеличении скорости.

Пример 4. Как изменится скорость реакции

2NO (г.) + O2 (г.) = 2NO2 (г.),

если уменьшить объем реакционного сосуда в 3 раза?

Решение: До изменения объема скорость реакции выражалась уравнением

v = k[NO]2[O2].

Вследствие уменьшения объема концентрация каждого из реагирующих веществ возрастет в 3 раза. Следовательно,

v' = k(3[NO])2(3[O2]) = 27k[NO]2[O2].

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

1.2. Влияние температуры и природы веществ на скорость реакции

Пример 1. Температурный коэффициент скорости реакции равен 2,8. Во сколько раз возрастет скорость реакции при повышении температуры от 20 до 750С?

Решение: Поскольку Δt = 550С, то обозначив скорость реакции при 20 и 750С соответственно через v и v', можем записать:

v'/v = 2,855/10 =2,85,5; lg(v'/v) = 5,5lg2,8 = 5,5.0,447 = 2,458.

Отсюда v'/v = 287. Скорость реакции увеличится в 287 раз.

Пример 2. Энергия активации некоторой реакции в отсутствие катализатора равна 75,24 кДж/моль, а с катализатором – 50,14 кДж/моль. Во сколько раз возрастет скорость реакции в присутствии катализатора, если реакция протекает при 250С?

Решение: Обозначим энергию активации реакции без катализатора через Еа, а с катализатором – через Е′а; соответствующие константы скорости реакции обозначим через k и k'. Используя уравнение Аррениуса, находим:

Отсюда:

;

Подставляя в последнее уравнение данные задачи, выражая энергию активации в джоулях и учитывая, что Т = 298 К, получим

Окончательно находим: k'/k = 2,5.104.

1.3. Вычисление константы химического равновесия

Пример. При некоторой температуре константа диссоциации йодоводорода на простые вещества равна 6,25.10-2. Какой процент HI диссоциирует при этой температуре?

Решение: Уравнение реакции диссоциации HI:

2 HI ↔ H2 + I2

Обозначим начальную концентрацию HI через С моль/л. Если к моменту наступления равновесия из каждых С молей йодоводорода диссоциировано х молей, то при этом, согласно уравнению реакции, образовалось 0,5х моль H2 и 0,5х моль I2. Таким образом, равновесные концентрации составляют

[HI] = (С – х) моль/л; [H2] = [I2] = 0,5х моль/л.

Подставим эти значения в выражение константы равновесия реакции:

;

Извлекая из обеих частей уравнения квадратный корень, получим 0,25 = 0,5х/(С – х), откуда х = 0,333 С.

Таким образом, к моменту наступления равновесия диссоциировало 33,3% исходного количества йодоводорода.

1.4. Вычисление равновесных концентраций

Пример. В системе А (г.) + 2В (г.) = С (г.) равновесные концентрации равны: [A] = 0,06 моль/л; [B] = 0,12 моль/л; [C] = 0,216 моль/л. Найти константу равновесия реакции и исходные концентрации веществ А и В.

Решение: Константа равновесия данной реакции выражается уравнением

Подставляя в него данные задачи, получаем

Для нахождения исходных концентраций веществ А и В учтем, что, согласно уравнению реакции, из 1 моль А и 2 моль В образуется 1 моль С. Поскольку по условию задачи в каждом литре системы образовалось 0,216 моль вещества С, то при этом было израсходовано 0,216 моль А и 0,216·2 = 0,432 моль В.

 

Исходные вещества А В С
Равновесные концентрации [A]p = 0,06 моль/л [B]р = 0,12 моль/л [C]р = 0,216 моль/л
Соотношение реагирующих веществ      
Количество израсходованного/обра- Зовавшегося вещества в 1 л 0,216 0,216 ∙ 2 = 0,432 0,216
Исходные концентрации [A]0 = 0,06 + 0,216 = 0,276 моль/л [B]0 = 0,12 + 0,432 = 0,552 моль/л  

 

Таким образом, исходные концентрации равны: [A]0 = 0,276 моль/л;

[B]0 = 0,552 моль/л.

1.5. Направление смещения равновесия

Пример. В каком направлении сместится равновесие в системах

а) СО (г.) + Cl2 (г.) ↔ СОСl2 (г.),

б) Н2 (г.) + I2 (г.) ↔ 2 HI (г.),

если при неизменной температуре увеличить давление путем уменьшения объема газовой смеси?

Решение: а) протекание реакции в прямом направлении приводит к уменьшению общего числа молей газов, т.е. к уменьшению давления в системе. Поэтому, согласно принципу Ле-Шателье, повышение давления вызывает смещение равновесия в сторону прямой реакции;

б) протекание реакции не сопровождается изменением числа молей газов и не приводит, следовательно, к изменению давления. В этом случае изменение давления не вызывает смещения равновесия.


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 |

Поиск по сайту:



Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Студалл.Орг (0.005 сек.)