Решение.

По формуле (14):

.

Переведем минуты в секунды и получим:

.

Скорость химической реакции зависит от:

1) природы реагирующих веществ;

2) концентрации реагирующих веществ;

3) температуры

4) наличия катализатора.

В некоторых случаях на скорость реакции оказывают влияние давление (если реакция протекает в газовой фазе), природа растворителя (если реакция протекает в растворе) и вид излучения (солнечная энергия, радиоактивное излучение). Скорость гетерогенных реакций зависит также от площади поверхности соприкосновения реагирующих веществ.

1. Зависимость скорости реакции от концентраций реагентов.

Влияние концентраций реагирующих веществ на скорость реакции выражается законом действующих масс:

Скорость химической реакции, протекающей при постоянной температуре в гомогенной среде, пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ в степенях, равных коэффи-циентам, стоящим перед формулами этих веществ в уравнении реакции.

Так, для реакции, протекающей по уравнению:

aA  bB  cC  dD,

скорости прямой и обратной реакций определяются выражениями:

где k₁ и k₂ – константы скоростей прямой и обратной реакций.

Уравнения, выражающие зависимость скорости химических реакций от концентраций реагентов, называют кинетическими.

Коэффициент пропорциональности k называют константой скорости химической реакции.

Величина k зависит от природы реагирующих веществ, температуры и наличия катализатора, но не зависит от концентрации реагирующих веществ. Физический смысл константы скорости реакции заключается в следующем: она равна скорости реакции в случае, если концентрации всех реагирующих веществ равны и составляют 1 моль/л (или произведение концентраций реагентов равно 1).

Например:

H_2(газ)  I_2(газ) ⇄ 2HI_(газ)

;

.

Если система гетерогенна, то концентрация твердой фазы в кинетическом уравнении учитывается в значении константы скорости (т.е., в явном виде в уравнении не присутствует):

S_(тв) + O_2(газ) ⇄ SO_2(газ)

;

.

Пример 2. В сосуде смешали газ А количеством вещества 4,5 моль и газ В количеством вещества 3 моль. Газы А и В реагируют в соответствии с уравнением А  В  С. Через некоторое время в системе образовался газ С количеством вещества 2 моль. Определить количества газов А и В, не вступивших в реакцию.

Решение.

Из уравнения реакции следует, что:

n(A)  n(B)  n(C)  2 моль,

где n ‑ изменение количества вещества в ходе реакции.

Следовательно, в сосуде осталось:

n₂(A)  n₁(А)  n(A); n₂(A)  (4,5  2) моль  2,5 моль;

n₂(B)  n₁(B)  n(B); n₂(B)  (3  2) моль  1 моль.

Пример 3. Реакция протекает по уравнению: 2A  B = C. При начальных концентрациях веществ С(A)  10 моль/л; С(B)  5 моль/л скорость реакции равна 15 моль/лс. Рассчитать константу скорости и скорость прямой реакции в момент времени, когда прореагирует 50% вещества B. Определить, как и во сколько раз изменится скорость химической реакции.

Решение.

Согласно закону действующих масс:

;

Концентрация вещества B, вступившего в реакцию, равна:

С(B)  0,5·5  2,5 моль/л.

Согласно закону стехиометрических соотношений количество прореагировавшего вещества A в 2 раза больше количества вещества B, вступившего в реакцию:

С_пр.(A) = 2C _пр.(B) = 22,5 = 5 моль/л.

После протекания реакции С(A) и С(B) равны:

С(A)  10  5  5 моль/л;

С(B) = 5  2,5 = 2,5 моль/л.

В данный момент скорость прямой реакции будет равна:

Таким образом, скорость химической реакции изменится:

т. е. уменьшится в 8 раз.

На скорость протекания газофазных реакций оказывает влияние давление. В таких случаях вместо концентраций часто используют парциальные давления газов p. Изменение общего давления в системе приводит к симбатному (в такое же число раз) изменению парциальных давлений газов и, следовательно, и их концентраций.

Пример 4. Газофазная реакция протекает в замкнутом сосуде по уравнению: А  2В  2С. Начальные концентрации веществ равны: С₀(A)  1 моль/л; С₀(B)  3 моль/л; С₀(C)  2 моль/л. Рассчитать, как и во сколько раз изменятся скорости прямой и обратной реакций, если давление в системе увеличить в 3 раза.