5. Скорость химических реакций
И ХИМИЧЕСКОЕ РАВНОВЕСИЕ
УРОВЕНЬ А
Написать формулу связи Кр с термодинамическими функциями.
Ответ: ∆rGº(298 K) = ∆rHº(298 K) – T∆rSº(298 K) = –2,3 RT lg Kp .
2. Написать формулу зависимости скорости реакции от температуры и Еакт.
Ответ:
.
3. Написать формулу зависимости скорости реакции от присутствия в системе катализатора.
Ответ:
.
УРОВЕНЬ В
Реакция между веществами А и В описывается уравнением
А(г) + 2В(г) = 2С(г).
Константа скорости этой реакции равна 0,1. Начальные концентрации реагирующих веществ со(А) = 0,4 моль/л, со(В) = 0,8 моль/л. Вычислить начальную скорость реакции и определить во сколько раз она изменится, если концентрация вещества А уменьшится на 0,1 моль/л.
|
Дано: Уравнение реакции, К = 0,1
с
с
с на 0,1 моль/л |
Решение
В простейших одностадийных реакциях скорость пропорциональна концентрациям реагирующих веществ в степенях, равных их стехиометрическим коэффициентам в уравнении реакции.
= 0,1∙0,4·0,82 = = 0,0256 моль/(л∙с). |
|
Vнач
– ?
|
=
0,4 моль/л
=
0,8 моль/л
уменьшается
=
K·с
·
=
= ?Исходные вещества реагируют между собой согласно стехиометрическим коэффициентам в уравнении реакции.
1Моль а – 2 моль в
0,1 Моль а – х моль в
х
=
моль.
Следовательно, уменьшение концентрации вещества А на 0,1 моль/л сопровождается уменьшением концентрации вещества В на 0,2 моль/л, тогда:
Vкон
= К·сА·
.
=
0,1(0,4 – 0,1)(0,8 – 0,2)2
= 0,0108 моль/(л·с).
В связи с уменьшением концентрации реагирующих веществ в ходе реакции скорость реакции уменьшается:
=
2,37,
т.е. скорость реакции уменьшилась в 2,37 раза.
Ответ:
=
0,0256 моль/(л∙с).
При уменьшении концентрации вещества А на 0,1 моль/л, скорость реакции уменьшилась в 2,37 раза.
Энергия активации некоторой реакции равна 60 кДж/моль. Во сколько раз изменится скорость реакции: а) при повышении температуры от 320 до 360 К? б) если она протекает при 298 К в присутствии катализатора (Еак (кат)= 48 кДж/моль)?
|
Дано: Еак = 60 кДж/моль а) Т1 = 320 К, Т2 = 360 К б) Т = 298 К,
|
Решение а) Из уравнения Аррениуса получаем
где 103 – коэффициент пересчета килоджоулей в джоули, тогда
|
|
а)
б)
|
=
48кДж/моль 
=
;
=
1,09,
=101,09
= 12,3 раза.
– ?
– ?
б) Зависимость скорости реакции от наличия катализатора выражается уравнением
=
2,103,
откуда
= 101,03=
127.
Ответ:
а) при повышении температуры от 320 до 360 К скорость реакции возрастает в 12,3 раза;
б) в присутствии катализатора скорость реакции возрастает в 127 раз.
Используя справочные данные по ΔfHº(298 K) и Sº(298 K) веществ, определить температуру, при которой константа равновесия реакции CO2(г) + C(к) <=> 2CO(г) равна единице. Записать выражение для константы равновесия данной реакции.
|
Дано: Уравнение реакции, Кр = 1 |
Решение
CO2(г)
+ C(к)
<=>
2CO(г),
|
|
Т – ? |
.Твердые вещества в выражение Кр не включаются.
Значения ΔfHº(298 K) и Sº (298 K) веществ берем из таблицы.
|
|
CO2(г) + |
C(к) = |
2CO(г) |
|
ΔfHº(298K), кДж/моль |
–393,5 |
0 |
2∙(–110,5) |
|
Sº(298K), Дж/(моль·К) |
213,7 |
5,7 |
2∙(197,5) |
ΔrHº(298 K) – TΔrSº (298 K) = –2,303RTlgKp.
По условию Кр = 1, следовательно, lgKp = 0, тогда
ΔrH°(298 K) – TΔrS°(298 K) = 0,
T
=
,
где 103 – коэффициент пересчета килоджоулей в джоули.
ΔrHº(298 K) = 2ΔfHº(298 K, CO(г)) – [ΔfHº(298 K, CO2(г)) +
+ ΔfHº(298 K, Cк)]
ΔrHº(298 K) = 2(–110,5) – [(–393,5) + 0] = 172,5 кДж.
ΔrSº(298 K) = 2 Sº(298 K, CO(г)) – [Sº(298 K, CO2(г)) + Sº(298 K, C(k))] =
= 2·197,5 – (213,7 + 5,74) = 175,56 Дж/К.
Т
=
=
982,6 K.
Ответ: Кр = 1 при 982,6 К.