VI. Примеры выполнения заданий по разделу кинетика химических процессов
Пример 1. Во сколько раз изменится скорость прямой реакции, если концентрацию хлороводорода увеличить в 2 раза.
4HCL (г) + O2 (г) = 2СL2 (г) + 2H2O (г)
Решение. Согласно закону действующих масс зависимость скорости прямой реакции от концентрации хлороводорода и кислорода запишется уравнением V1 = к ∙ [HCL]4 ∙ [O2].
После увеличения концентрации хлороводорода в 2 раза, уравнение скорости прямой реакции запишется V2 = к ∙ [2HCL]4 ∙[O2].
Отсюда
V2 = к ∙ [2HCL]4 ∙ [O2] = к ∙16 ∙ [HCL]4 ∙ [O2] =16.
V
1
к ∙
[HCL]4
∙ [O2]
к ∙
[HCL]4
∙ [O2]
Следовательно, скорость прямой реакции увеличиться в 16 раз.
Пример 2. Во сколько раз изменится скорость прямой реакции, если давление в системе уменьшить в 3 раза.
2SO2(г) + O2(г) <=> 2SO3(г)
Решение. Согласно закону действующих масс зависимость скорости прямой реакции от концентрации исходных веществ запишется уравнением V1 = к ∙ [SO2]2 ∙ [O2]. Так как вещества находятся в газообразном состоянии, то при уменьшении давления в системе в 3 раза концентрации веществ тоже уменьшились в 3 раза. После уменьшения давления в системе (концентрации SO2 и O2 уменьшилась в 3 раза), уравнение скорости прямой реакции запишется V2 = к ∙ [1/3 SO2]2 ∙[1/3O2]. Отсюда
V
1
=
к
∙
[SO2]2
∙
[O2]
= к
∙
[SO2]2
∙
[O2]
= 27.
V
2
к
∙
[1/3
SO2]2
∙
[1/3
O2]
к
∙
[1/3
SO2]2
∙
[1/3
O2]
Следовательно, скорость прямой реакции уменьшится в 27 раз.
Пример 3. Вычислить во сколько раз измениться скорость химической реакции, если температура системы повысилась от 300С до 600С. Температурный коэффициент реакции равен 2.
Решение. Согласно правилу Вант-Гоффа
Следовательно, скорость реакции при температуре 600С больше скорости реакции при температуре 300С в 8 раз.
VII. Примеры выполнения заданий по разделу химическое равновесие
Пример 4. Обратимая реакция протекает по уравнению
2SO2 (г) + O2 (г) <=>2SO3 (г) ∆H 0 = -284 кДж/мол
Как изменить параметры состояния системы (температуру, давление, концентрацию исходных веществ), чтобы сместить равновесие в сторону образования оксида серы (VI). Ответ обосновать. Написать выражение константы равновесия реакции через равновесные концентрации веществ.
Решение. Согласно принципу Ле Шателье для смещения равновесия реакции в сторону образования SO3 (в сторону прямой реакции) необходимо: а) понизить температуру системы, т.к. термохимическое уравнение реакции указывает, что прямая реакция является экзотермической (∆H0 < 0), и протекает с повышением температуры системы; б) повысить давление в системе, т.к. термохимическое уравнение реакции указывает, что прямая реакция сопровождается понижением давления (из трех молей газообразного вещества образуется два моля); в) повышением концентрации SO2 и O2.
Напоминание. Объем одного моля газообразного вещества в нормальных условиях есть постоянная величина равная 22,4л.
Для прямой реакции уравнение запишется Vпр = Кпр▪ [SO2]2▪ [O2];
Для обратной реакции уравнение запишется Vобр = Кобр▪ [SO3]2.
При равновесии, когда скорости прямой и обратной реакций равны
(Vпр = Vобр ) или Кпр▪ [SO2]2▪ [O2] = Кобр▪ [SO3]2
константа равновесия через равновесные концентрации запишется
Кравн. = Кпр / Кобр = [SO3]2 / [SO2]2∙ [О2]
Методические указания к лабораторным занятиям по дисциплине «Химия» по теме «Основные закономерности химических процессов. Раздел Химическая кинетика и равновесие» для студентов специальностей 130501 «Проектирование, сооружение и эксплуатация нефтегазопроводов и нефтегазохранилищ», 150202 «Оборудование и технология сварочного производства» дневной формы обучения
Составитель: канд. хим. наук, доцент Обухов В.М.
Подписано в печать _________2011. Формат 60×90 1/16. Усл. печ. л._____
Тираж 36 экз. Заказ №_____.
Издательство государственного образовательного учреждения
высшего профессионального образования
«Тюменский государственный нефтегазовый университет».