ХІМІЯ - Комплексна підготовка до зовнішнього незалежного оцінювання

РОЗДІЛ І. ЗАГАЛЬНА ХІМІЯ

4. Хімічна реакція

Приклади розв’язування типових задач

І. Швидкість хімічної реакції

Формули і поняття, які використовуються:

де v₁ — швидкість прямої реакції,

v₂ — швидкість зворотної реакції,

A, Б — реагенти реакції,

B, Г — продукти реакції,

с(А), с(Б) — концентрації реагентів,

с(В), с(Г) — концентрації продуктів реакції,

[А], [Б], [В], [Г] — рівноважні концентрації речовин А, Б, В, Г,

а, б, в, г — стехіометричні коефіцієнти,

k₁, k₂ — константи швидкостей прямої та зворотної реакцій,

К — константа рівноваги.

де v_t2 — швидкість реакції за температури t₂,

v_t1 — швидкість реакції за температури t₁,

γ — температурний коефіцієнт (γ = 2...4).

т («тау») — тривалість реакції, с.

Задача 1. Як зміниться швидкість реакції, температурний коефіцієнт якої 2, при підвищенні температури з 10 до 40 °С?

Розв’язання

З формули

можна обчислити, у скільки разів зміниться швидкість реакції:

Підставимо значення в цю формулу і проведемо обчислення:

Відповідь: швидкість реакції збільшиться у 8 разів.

Задача 2. Визначте температурний коефіцієнт реакції, якщо при підвищенні температури з 20 до 60 °С її швидкість збільшилась у 256 разів.

Розв’язання

У формулу

підставляємо відомі значення:

Відповідь: температурний коефіцієнт реакції становить 4.

Задача 3. При 30 °С реакція відбувається за 3 хвилини. Скільки часу буде відбуватися ця реакція при 60 °С? Температурний коефіцієнт становить 3.

Дано:

Розв’язання

1. З формули, яка випливає з правила Вант-Гоффа розрахуємо, у скільки разів зросте швидкість реакції при підвищенні температури від 30 до 60 °С:

2. Отже, швидкість зросте у 27 разів, а час реакції (т₂) відповідно зменшиться у стільки ж разів:

Відповідь: реакція завершиться за 6,7 с.

Задача 4. Як зміниться швидкість прямої реакції якщо об’єм газової суміші зменшити у 3 рази?

Дано:

Розв’язання

1. Якщо припустити, що початкові концентрації азоту і водню (с₀) відповідно становлять а моль/л і b моль/л, то кінетичне рівняння для визначення швидкості прямої реакції буде таким:

2. Зменшення об’єму газової суміші в 3 рази приведе до підвищення концентрації реагентів також у 3 рази: c₁(N₂) = 3а моль/л, а с₁(Н₂) = 3b моль/л. Кінетичне рівняння:

3. Для того щоб розрахувати, у скільки разів швидкість прямої реакції змінилась, поділимо вираз для швидкості після зменшення об’єму суміші (II) на вираз для початкової швидкості (І):

Відповідь: швидкість прямої реакції збільшиться у 81 раз.

Задача 5. Як зміниться швидкість прямої реакції якщо тиск у системі підвищити в 3 рази?

Дано:

Розв’язання

1. Припустимо, що початкові концентрації SO₂ і O₂ становлять відповідно а моль/л і b моль/л. Тоді кінетичне рівняння для визначення швидкості прямої реакції становитиме:

2. Підвищення тиску в 3 рази приведе до підвищення концентрації регентів у стільки ж разів: c₁(SO₂) = 3а моль/л, а c₁(O₂) = 3b моль/л. Кінетичне рівняння:

3. Для того щоб розрахувати, у скільки разів швидкість прямої реакції змінилась, поділимо вираз для швидкості після підвищення тиску суміші (II) на вираз для початкової швидкості (І):

Відповідь: швидкість прямої реакції збільшиться у 27 разів.

Задача 6. У скільки разів потрібно підвищити тиск, щоб швидкість реакції утворення нітроген(ІV) оксиду відповідно до реакції збільшилась у 1000 разів?

Дано:

Розв’язання

1. Припустимо, що початкові концентрації NO і O₂ становлять відповідно а моль/л і b моль/л. Тоді кінетичне рівняння для визначення швидкості прямої реакції становитиме:

2. Підвищення тиску в системі приводить до відповідного зменшення об’єму і підвищення концентрації реагентів (у таку ж кількість разів). Отже, припустивши, що тиск підвищили в xразів, одержимо:

Тоді кінетичне рівняння для швидкості реакції після підвищення тиску матиме такий вигляд:

3. Ураховуючи, що одержимо:

Відповідь: тиск треба підвищити в 10 разів.