Решение.

Согласно закону действующих масс, скорости прямой и обратной реакций при начальных условиях равны:

Увеличение давления в 3 раза для газообразных систем приводит к уменьшению объема газовой смеси в 3 раза. Следовательно, во столько же раз увеличатся концентрации (парциальные давления) всех трех газов, и скорости обеих реакций станут соответственно равны:

Отношения скоростей реакций составляют:

Таким образом, скорость прямой реакции увеличится в 27 раз, обратной  в 9.

2. Зависимость скорости реакции от температуры.

При повышении температуры скорость реакции, как правило, увеличивается. Эта закономерность может быть выражена уравнением:

(17)

где и  скорости реакций при температурах и ;

γ  температурный коэффициент скорости реакции (температур-ный коэффициент Вант-Гоффа), который показывает во сколько раз возрастает скорость реакции при повышении температуры на 10⁰.

Для большинства реакций  = 2-4. В таких случаях выполняется правило Вант-Гоффа:

При повышении температуры на каждые 10⁰ скорость химической реакции возрастает в 2-4 раза.

Для ферментативных процессов, протекающих в биосистемах,  больше 4 (обычно около 7).

Пример 5. Определить, во сколько раз увеличится скорость химической реакции при повышении температуры от 10⁰C до 80⁰С, если температурный коэффициент скорости  равен 2.

Решение.

Из правила Вант-Гоффа:

Скорость реакции увеличится в 128 раз.

Пример 6. При температуре 50⁰С реакция протекает за 2 мин 15 с. Определить, за какое время закончится эта реакция при температуре 70⁰С, если  = 3.

Решение.

В соответствии с правилом Вант-Гоффа:

т.е. скорость реакции увеличивается в 9 раз.

Время протекания реакции () обратно пропорционально скорости реакции:

Отсюда получаем:

Учитывая, что  135 с (2 мин 15 с), определяем время реакции при температуре :

Пример 7. Определить, на сколько градусов необходимо повысить температуру, чтобы повысить скорость реакции в 27 раз, если  = 3.

Решение.

Из правила Вант-Гоффа:

,

получаем:

.

Представим 27 как 3³ и запишем:

Так как основания степеней равны, то равны и показатели:

Отсюда:

.

Таким образом, температуру необходимо повысить на 30⁰С.

Задание для самостоятельной работы

1. Реакция между веществами А и В выражается уравнением 2А  В  С. Начальные концентрации веществ равны: С(А)  0,4 моль/л; С(В)  0,8 моль/л; k  0,6. Найти начальную скорость и скорость реакции в момент времени, когда концентрация вещества А уменьшится на 0,2 моль/л.

2. Определить, как и во сколько раз изменятся скорости прямой и обратной реакций, протекающих в газовой фазе и подчиняющихся уравнениям:

а) при увеличении давления в системе в 2 раза;

б) при увеличении объема резервуара в 3 раза.

3. Рассчитать, во сколько раз увеличится скорость химической реакции при повышении температуры от 20⁰C до 40⁰С, если температурный коэффициент скорости  равен 2,5.

4. Определить, на сколько градусов необходимо повысить температуру, чтобы скорость реакции увеличилась в 64 раз, если  = 4.