Примеры решения типовых задач

Задача1. Написать выражение закона действующих масс для реакцийа) 2NO_(г) + Cl_2(г) → 2NOCl_(г);

б) CaCO_3(к) → CaO_(к) + CO_2(г).

Решение: а) υ =kC²_NOC_Cl2

б) поскольку карбонат кальция — твердое вещество, концентрация которого не изменяется в ходе реакции, искомое выражение будет иметь вид: υ = k, т. е. в данном случае скорость реакции при определенной темпера-туре постоянна.

Задача2. Как изменится скорость реакции2NO_(г)+O_2(г)→ 2NO_2(г), если:

а) увеличить давление в системе в 3 раза; б) уменьшить объем системы в 3 раза; в) повыcить концентрацию NO в 3 раза?

Решение. До изменения давления, объема системы и концентрации NO ско-рость реакции выражалась согласно ЗДМ (1.3)

υ ₀=kC²_NOC_O2,

где C_NO и C_O2 — начальные концентрации реагентов;

а) вследствие увеличения давления в системе в 3 раза концентрация каждого из реагирующих веществ возрастет тоже в 3 раза. Для расчета скорости реакции в выражение (1.3) подставляют наличные на данный момент времени концен-трации веществ, поэтому

υ ₁=k(3C²_NO)²3C_O2=27kC²_NOC_O2.

Увеличение скорости реакции по отношению к первоначальной определяется соотношением υ ₁ / υ ₀ = 27(kC ²_NO C _{O 2})/(kC ²_NO C _O2) = 27;

б) уменьшение объема системы в 3 раза эквивалентно увеличению давления в системе в 3 раза, следовательно, скорость реакции тоже возрастает в 27 раз;

в) при повышении концентрации NO в 3 раза скорость реакции станет равна υ ₂=k(3C²_NO)²C_O2=9kC²_NOC_O2.Сравнивая выражения для υ ₀и υ ₂, находим, чтоскорость реакции возрастает в 9 раз.

Ответ: а)и б)возрастает в27раз; в)возрастает в9раз.

Задача3. При353К реакция заканчивается за20с.Сколько времени длитсяреакция при 293 К, если γ = 2, 5.

Решение. Между скоростью протекания химических реакций и их продол-жительностью существует обратно пропорциональная зависимость υ _T1/ υ _T2= τ ₁/ τ ₂, где τ ₁и τ ₂–время протекания реакции при температурахT₁иT₂.

Правило Вант-Гоффа в данном случае может записаться в виде

_{τ 1 / τ 2 = γ} ^(T2 ^{− T}1 ^{) /10} _{, откуда τ 1 = τ 2 γ} ^(T2 ^{− T}1 ^{) /10} _{= 20 ⋅ 2, 5}^{(353− 293) /10} _{= 20 ⋅ 2, 5}⁶ _;

lg τ ₁ = lg20+6lg2, 5=1, 3+6 ⋅ 0, 3979=3, 6884; τ ₁ = 4879c=1 ч 29 мин 19 с.

Ответ: при температуре293К реакция заканчивается за1ч21мин19с.

Задача4. Вычислить константу равновесия реакции

^2NO(ã) ^+O2(ã) ^2NO2(ã) ^,

если известны начальные концентрации реагентов (моль/л): C⁰_NO = 4; C⁰_O2 = 2, а к

моменту наступления равновесия в смеси осталось 20% первоначального коли-чества NO. Каково давление газовой смеси при равновесии, если реакция проте-кает в замкнутом сосуде при постоянной температуре и давлении

P_нач = 2, 026 ⋅ 10⁵ Па?

Решение. К моменту равновесия концентрации реагентов понизятся, а кон-центрация продукта реакции увеличится. По уравнению реакции на каждые 2 моля NO расходуется 1 моль O₂ и образуется 2 моляNO₂, поэтому, если пони-

жение концентраций исходных веществ обозначить C_NO и C_O2, а увеличение

Если известно изменение концентрации хотя бы одного из реагирующих ве-ществ, соотношение (1.17) позволяет рассчитать исходные или равновесные (ко-нечные) концентрации всех веществ.

Так, по условию задачи в реакцию вступило 80%, т.е. 3, 2 моля NO, следова-