1.2.2 Задачи с использованием закона Вант-Гоффа

Пример 1

Как изменится скорость гомогенной реакции при повышении температуры от 67⁰до 97⁰при температурном коэффициенте, равном четырём?

Решение

Запишем формулу закона Вант-Гоффа:

.

Подставим известные данные: =4^30/10 =4³=64, гдеt₂-конечная температура (97⁰), аt₁-начальная температура (67⁰). Следовательно при повышении температуры от 67⁰до 97⁰скорость гомогенной реакции увеличится в 64 раза.

Пример 2

Рассчитайте, чему равен температурный коэффициент скорости, если известно, что при понижении температуры от 150⁰до 120⁰ скорость реакции уменьшилась в 27 раз.

Решение

Запишем формулу закона Вант-Гоффа

и выразим из неё :

. Подставим данные ==3,

где t₂=120, t₁=150 (температура понижается ), а отношение конечной скорости к начальной, т. к. при уменьшении температуры скорость уменьшается.

______________________________________________________________________

СОВЕТ: помните, что значение не должно выходить за пределы 2-4

1.2.3 Задачи с использованием закона объёмных отношений

Формулировка закона: если в реакцию вступают газообразные вещества и такие же вещества образуются в результате реакции, то их обёмы относятся друг к другу как небольшие целые числа, равные стехиометрическим коэффициентам в уравнении реакции перед формулами этих веществ.Например, для гомогенной реакцииaA + bB = cC + dD формула будет выглядеть следующим образом:

.

Этот закон относится к основным законам химии и может быть использован в химической кинетике применительно к концентрации.

Пример 1

Реакция идет по уравнению 2Н_2(г)+O_2(г)=2Н₂O_(г). Концентрации исходных веществ до начала реакции были [Н₂]=0,06 моль/л, [O₂]=0,02 моль/л. вычислите концентрации этих веществ в момент, когда [Н₂O]=0,01 моль/л.

Решение

В этой реакции Н_2(г)иO_2(г) относятся к исходным веществам, концентрация которых с течением времени уменьшается по мере того, как эти вещества расходуются, аН₂O_(г)– к продуктам реакции, концентрация которых с течением времени увеличивается по мере того, как эти вещества образуются. Из закона объёмных отношений следует, что один объёмО₂взаимодействует с двумя объёмамиН₂ и при этом образуется два объёмаН₂O, т. е. если получается 0,01 моль/лН₂O, то расходуется столько жеН₂и в два раза меньшеО₂. В виде формулы это можно записать следующим образом:

: отсюдаx=0,01моль/л,

где обр-образованное иизр-израсходованное;

: отсюдаx=0,005 моль/л.

Таким образом концентрации этих веществ в момент, когда [Н₂O]=0,01 моль/л будет равна: [H₂]=[H₂]_нач-[H₂]_изр=0,06-0,01=0,05моль/л и [O₂]=[O₂]_нач-[O₂]_изр=0,02-0,005=0,015 моль/л (где нач- начальная концентрация веществ).

Пример 2

До начала реакции концентрации исходных веществ в гомогенной системе K+2L=3M+F были равны: [K]=0,5 моль/л, [L]=0,12 моль/л. Найдите концентрации всех веществ на тот момент времени, когда концентрацияL уменьшилась в три раза.

Решение

При уменьшении концентрации L в три раза, на данный момент времени она будет равна [L] = [L]_нач / 3 = 0,12 / 3 =0,4 моль/л. Следовательно, в ходе реакции израсходовалось некоторое количество веществаL: [L]_изр= [L]_нач-[L] = 0,12 – 0,4 = 0,8 моль/л. В случае определения концентрации веществаКследует помнить, что веществоL не расходуется само по себе, а вступает в реакцию сКв соотношении2к1, т. е., отсюдах= 0,4 моль/л.

Значит, на данный момент времени концентрация вещества К будет равна [К] = [К]_нач - [К]_изр = 0,5 – 0,4.= 0,1 моль/л. Также по закону объёмных отношений можно найти и концентрации образованных веществM и F:

, отсюда х = 0,12 моль/л.

Концентрацию вещества Fможно найти таким же образом по концентрацииKилиL, а можно и полученной концентрацииМ:

, отсюда х = 0,4 моль/л

Поскольку не были даны исходные концентрации этих веществ, то мы можем считать, что начальная концентрация продуктов реакции равна нулю. Следовательно, на тот момент времени, когда концентрация L уменьшилась в три раза, концентрации других веществ будут равны: [К] = 0,1 моль/л;[M] = 0,12 моль/л; [F] =0,4 моль/л.

______________________________________________________________________

СОВЕТ: в формулу закона необходимо подставлять не начальные или конечные концентрации для исходных веществ, а именно израсходованные, прореагировавшие.