Задача № 6. Начальные концентрации веществ в реакции СО(г)+ Н2О(г)= СО2(г)+ Н2(г) были равны (моль/л): с(СО) = 0,5; с(Н2О) = 0,6; с(СО2) = 0,4; с(Н2) = 0,2

Начальные концентрации веществ в реакции СО(г)+ Н₂О(г)= СО₂(г)+ Н₂(г) были равны (моль/л): с (СО) = 0, 5; с (Н₂О) = 0, 6; с (СО₂) = 0, 4; с (Н₂) = 0, 2. Вычислите концентрацию всех участвующих в реакции веществ после того, как прореагировало 60% воды.

Решение:

1. Примем объем системы за 1 литр, тогда количество веществ в начальный момент времени равно их концентрации. Определяем количество воды, которая вступила в реакцию, учитывая, что прореагировало 60%:

n (Н₂О) = 0, 36 моль.

2. Определяем количество СО, которое вступило в реакцию с водой:

по уравнению реакции n (СО) = n (Н₂О); n (СО) = 0, 36 моль.

3. Вычисляем количество реагентов СО и Н₂О, оставшееся в системе после реакции:

n_ост = n_исх – n _{прореаг};

n (СО)_ост = 0, 5 – 0, 36 = 0, 14 моль;

n (Н₂О)_ост = 0, 6 – 0, 36 = 0, 24 моль.

4. Находим количество образовавшихся продуктов реакции:

по уравнению n (СО₂) = n (Н₂) = n (Н₂О);

n (Н₂)_обр = 0, 36 моль; n (СО₂) _обр = 0, 36 моль.

5. Определяем количество продуктов реакции в системе к моменту окончания реакции: n = n _исх + n _обр;

n (СО₂) = 0, 4 + 0, 36 = 0, 76 моль; n (Н₂) = 0, 2 + 0, 36 = 0, 56 моль.

Так как объем системы принят за 1 литр, то концентрации веществ, участвующих в реакции численно равны их количеству:

с (СО) = 0, 14; с (Н₂О) = 0, 24; с (СО₂) = 0, 76; с (Н₂) = 0, 56 моль/л.

Ответ: с (СО) = 0, 14; с (Н₂О) = 0, 24; с (СО₂) = 0, 76; с (Н₂) = 0, 56 моль/л.

Упражнения и задачи для самостоятельного решения.

1. Напишите выражение закона действующих масс (кинетические уравнения) для следующих реакций, предварительно расставив коэффициенты, предполагая, что они являются простыми:

NO + O₂ ® NO₂; NO+Cl₂ ® NOCl₂; Fe + Cl₂ ® FeCl₃;

Fe₂O₃ + H₂ ® Fe + H₂O; CO₂ + C ® CO;

CaO + СО₂ ® CaCO₃; CaCO₃ ® CaO + CO₂.

2. В результате некоторой реакции в единице объема в единицу времени, образовалось 3, 4 г аммиака, а в результате другой реакции в тех же условиях – 3, 4 г фосфина. Одинаковы ли скорости этих реакций?

3. Определите среднюю скорость химической реакции СО₂+Н₂=СО+Н₂О, если через 80 сек. после начала реакции молярная концентрация паров воды была равна 0, 24 моль/л, а через 2 мин. 07 сек. стала равна
0, 28 моль/л. (Ответ: 8, 5× 10^–4 моль/л× с)

4. Как изменится скорость прямой одностадийной реакции

2НI_(г) Н_2(г) + I_2(г), если концентрацию йодоводорода увеличить в
3 раза? (Ответ: увеличит в 9 раз)

5. Во сколько раз изменится скорость реакции НВr + HВrO ® Br₂+H₂O при разбавлении реагирующей смеси в 6 раз?

(Ответ: уменьшить в 36 раз)

6. На сколько градусов надо повысить температуру газообразных реагирующих веществ, чтобы скорость реакции увеличилась в 125 раз, если температурный коэффициент равен 5? (Ответ: на 30^о)

7. Во сколько раз следует увеличить концентрацию кислорода, чтобы при одновременном понижении температуры на 30^оС (g =2) скорость реакции: 2СО+О₂ = 2СО₂ осталась неизменной? (Ответ: 8 раз)

Дополнительные задания

1. Как изменится скорость прямой реакции 2NO+O₂ 2NO₂, если давление в системе увеличить в 3 раза, а температуру оставить неизмененной? (Ответ: увеличить в 27 раз)

2. Растворение образца железа в серной кислоте при 20^оС заканчивается через 15 мин., а при 30^оС такой же образец металла растворяется за
6 мин. За какое время данный образец железа растворяется при 35^оС? (Ответ: 3, 8 мин.)

3. Рассчитайте, как изменится скорость реакции:

Fe₃O₄ + H₂ ® Fe + H₂O при

а) повышении концентрации исходного вещества в 3 раза;

б) повышении давления в 2 раза;

в) понижении температуры на 30^о (g = 3).

Предварительно расставьте коэффициенты в уравнении реакции.

(Ответ: а) 81 раз, б) 16 раз, в) 27 раз)

4. Во сколько раз следует уменьшить концентрацию оксида азота(II), чтобы при одновременном увеличении концентрации кислорода в 9 раз скорость реакции 2NO+O₂ ® 2NO₂ осталась неизменной?

(Ответ: 3 раза)

5. При температуре 100^оС реакция идет 60 мин. Сколько времени идет эта же реакция при 70^оС, если температурный коэффициент равен 3? (Ответ: 27 часов)

6. Как изменится скорость обратимой химической реакции

2NO+О₂ 2NO₂, если увеличить давление в 4 раза?

(Ответ: скорость прямой реакции больше скорости обратной в 4 раза)