5. Химическая кинетика и равновесие

Скорость реакции оценивается по изменению концентраций участвующих в реакции веществ , где с — концентрация, моль/л, t — время, с. Для одностадийной реакции A + B → P основной закон химической кинетики (закон действующих масс) имеет вид: v = k c_A c_B, где k — константа скорости реакции.

Влияние температуры на скорость реакции определяется уравнением Аррениуса: , где E_a — энергия активации. Если известны константы скорости реакции при двух температурах, то .

Для приближенных расчетов используют правило Вант-Гоффа: , где  — температурный коэффициент.

Для обратимой реакции aA + bB cC + dD константа равновесия имеет вид: .

Принцип Ле-Шателье: если на систему, находящуюся в состоянии химического равновесия, оказывается внешнее воздействие, то равновесие смещается так, чтобы компенсировать это воздействие.

5.1. Определите порядок реакции и рассчитайте, как изменится начальная скорость гомогенных химических реакций согласно закону действующих масс:

1. 2H₂O₂  2H₂O + O₂; v = k [H₂O₂]; если разбавить раствор в 4 раза

2. 2NO₂  2NO + O₂; v = k [NO₂]²; если уменьшить давление в 2 раза

3. 2N₂O  2N₂ + O₂; v = k [N₂O]; если уменьшить объем в 3 раза

4. 2NO + H₂  N₂O + H₂O; v = k [NO]² [H₂]; если увеличить давление в 2 раза

5. 2O₃  3O₂; v = k [O₃]; если увеличить давление в 2 раза

6. I₂ + H₂O  HI + HIO; v = k [I₂]; если разбавить раствор водой в 4 раза

7. 2NO + Cl₂  2NOCl; v = k [NO]² [Cl₂]; если увеличить давление в 3 раза

8. C₂H₂ + H₂  C₂H₄; v = k [C₂H₂] [H₂]; если увеличить давление в 2 раза

9. 2NO + O₂  2NO₂; v = k [NO]² [O₂]; если увеличить концентрацию NO в 3 раза

10. CO + Cl₂  COCl₂; v = k [CO] [Cl₂]^3/2; если увеличить концентрации реагирующих веществ в 4 раза

11. HCHO  H₂ + CO; v = k [HCHO]²; если уменьшить объем в 2 раза

12. 2F₂O  2F₂ + O₂; v = k [F₂O]²; если увеличить давление в 2 раза

13. H₂ + I₂  2HI; v = k [H₂] [I₂]; если увеличить концентрацию водорода в 3 раза

14. H₂ + Br₂  2HBr; v = k [H₂][Br₂]^1/2; если уменьшить давление в 4 раза

15. 2ICl + H₂  2HCl + I₂; v = k [ICl] [H₂]; если увеличить объем в 3 раза

16. C₂Cl₄ + Cl₂  C₂Cl₆; v = k [Cl₂]^3/2; если увеличить концентрацию С₂Cl₄ в 3 раза

17. 2NO + 2H₂  N₂ + 2H₂O; v = k [NO]² [H₂]; если уменьшить концентрацию водорода в 3 раза

18. 2HI  H₂ + I₂; v = k [HI]²; если увеличить объем в 2 раза

19. HCOOH  H₂O + CO; v = k [HCOOH]; если увеличить концентрацию HCOOH в 3 раза

20. 2NO + Br₂  2NOBr; v = k [NO]² [Br₂]; если уменьшить давление в 3 раза

5.2. Рассчитайте, как изменится скорость реакции при изменении температуры:

1. при повышении температуры от 20ºС до 50ºС, если при 10ºС k = 6 c^–1, а при 20ºС k = 18 c^–1

2. при повышении температуры от 290 K до 300 К, если E_a = 50,1 кДж/моль

3. при повышении температуры от 20ºС до 60ºС, если  = 2

4. при повышении температуры от 20ºС до 60ºС, если при 30ºС k = 1,5 с^–1, а при 50ºС k = 6 с^–1

5. при понижении температуры от –100ºС до –200ºС, если E_a = 20 кДж/моль

6. при повышении температуры от 300 К до 350 К, если  = 3

7. при повышении температуры от 400 К до 500 К, если E_a = 60,3 кДж/моль

8. при повышении температуры от 500 К до 1000 К, если E_a = 38,2 кДж/моль

9. при понижении температуры от 90ºС до 30ºС, если  = 2

10. при понижении температуры от 25ºС до 10ºС, если  = 2

11. при повышении температуры от 300 К до 320 К, если E_a = 60,4 кДж/моль

12. при повышении температуры от 27ºС до 37ºС, если E_a = 10 кДж/моль

13. при понижении температуры от –10ºС до –50ºС, если E_a = 25 кДж/моль

14. при повышении температуры от 320 К до 350 К, если при 320 К k = 10 с^–1, а при 330 K k = 25 c^–1

15. при повышении температуры от 25ºС до 50ºС, если  = 3

16. при понижении температуры от 250 К до 220 К, если E_a = 35,7 кДж/моль

17. при повышении температуры от 260 К до 400 К, если E_a = 30,8 кДж/моль

18. при повышении температуры от 60ºС до 100ºС, если  = 3

19. при повышении температуры от 200 К до 220 К, если E_a = 16,9 кДж/моль

20. при понижении температуры от 180 К до 20 К, если E_a = 4,2 кДж/моль