4.2.2. Химическая кинетика и катализ

229. От каких факторов зависит скорость а) гомогенной, б) гетерогенной химической реакции?

230. В результате некоторой реакции в единице объема в единицу времени образовалось 3,4 г аммиака, а в результате другой реакции в тех же условиях — 3,4 г фосфина. Одинаковы ли скорости этих реакций? Ответ поясните.

231. Определите среднюю скорость химической реакции CO₂ + H₂ = CO + H₂O, если через 80 с после начала реакции молярная концентрация воды была равна 0,24 моль/л, а через 2 мин 07 с стала равна 0,28 моль/л.

232. Как изменится скорость образования оксида азота (IV) в соответствии с реакцией: 2NO + O₂ <=> 2NO₂, если давление в системе увеличить в 3 раза, а температуру оставить неизменной?

233. Скорость некоторой реакции увеличивается в 2,5 раза при повышении температуры на каждые 10 C в интервале от 0 до 60 C. Во сколько раз увеличится скорость при повышении температуры от 20 до 45 C?

234. Как действует катализатор на химическое равновесие?

235. Растворение образца железа в серной кислоте при 20 C заканчивается через 15 минут, а при 30 C такой же образец металла растворяется за 6 минут. За какое время данный образец железа растворится при 35 C?

236. При увеличении температуры от 0 C до 13 C скорость некоторой реакции возросла в 2,97 раза. Чему равна энергия активации этой реакции?

237. В каком из двух случаев скорость реакции увеличится в большее число раз: при нагревании от 0 C до 11 C или при нагревании от 11 C до 22 C? Ответ обоснуйте с помощью уравнения Аррениуса.

Рис. 3. Соотношение между энергией активации и изменением теплового эффекта реакции.

238. На рис. 3 представлен график, иллюстрирующий соотношение между энергией активации и тепловым эффектом реакции A + B = AB + Q. Исходя из графика, определите, чему равна энергия активации (кДж/моль) вышеуказанной реакции.

Рис. 4. Снижение энергии активации при каталитической реакции.

239. Механизм действия катализатора заключается в том, что он изменяет “путь процесса” реагенты  продукты, причем новый путь характеризуется меньшей высотой энергетического барьера, т.е. меньшей энергией активации по сравнению с энергией активации некатализируемой реакции A + B = AB + Q (рис. 4 сравните с рис. 3). Исходя из графика на рис. 4, определите, чему равна энергия активации (кДж/моль) вышеуказанной реакции в присутствии катализатора (пунктирная кривая).

240. Энергия активации некоторой реакции в отсутствие катализатора равна 80 кДж/моль, а в присутствии катализатора энергия активации уменьшается до значения 53 кДж/моль. Во сколько раз возрастает скорость реакции в присутствии катализатора, если реакция протекает при 20 С?

241. Кинетические измерения показали, что скорость реакции 2NO + O₂ = 2NO₂ описывается уравнением:

v = kC_NO2C_O2.

Определите, в каком молярном отношении надо ввести NO и O₂ в реакцию, чтобы скорость реакции была максимальной.

4.2.3. Обратимые и необратимые реакции. Состояние химического равновесия.

242. Как будет влиять увеличение температуры на состояние равновесия в следующих реакциях: а) H₂ + Cl₂ <==> 2HCl + Q; б) H₂ + I₂ <==> 2HI – Q?

243. Как будет влиять увеличение давления на состояние равновесия в следующих реакциях: а) H₂ + Br₂ <==> 2HBr; б) 2NO + O₂ <==> 2NO₂; в) N₂O₄ <==> 2NO₂?

244. Какие факторы способствуют смещению равновесия в сторону образования продуктов в реакциях:

а) CO_2(г) + C_(тв) <==> 2CO – 72,6 кДж;

б) Fe₂O_3(тв) + 3H_2(г) <==> 2Fe_(тв) + 3H₂O_(г) – 89,6 кДж;

в) H_2(г) + S_(ж) <==> H₂S_(г) + 20,9 кДж?

245. Рассчитайте константу равновесия при некоторой заданной температуре для обратимой реакции CO + H₂O <==> CO₂ + H₂, учитывая, что в состоянии равновесия концентрации участвующих в реакции веществ были равны: [CO] = 0,16 моль/л, [H₂O] = 0,32 моль/л, [CO₂] = 0,32 моль/л, [H₂] = 0,32 моль/л.

246. Для каких из указанных реакций уменьшение объема сосуда приведет к смещению равновесия в том же направлении, что и понижение температуры:

а) N₂ + O₂ <==> 2NO – Q;

б) CO₂ + C_(тв) <==> 2CO – Q;

в) 2CO + O₂ <==> 2CO₂ + Q;

г) CO + H₂O_(г) <==> CO₂ + H₂ + Q?

247. Равновесие реакции N₂ + 3H₂ <==> 2NH₃ устанавливается при следующих концентрациях участвующих в них веществ: [N₂] = 0,01 моль/л, [H₂] = 2,0 моль/л, [NH₃] = 0,4 моль/л. Вычислите константу равновесия и исходные концентрации азота и водорода.

248. В 0,2 М растворе фосфористой кислоты H₃PO₃ концентрация ионов H⁺ равна 0,05 М. Вычислите константу диссоциации H₃PO₃, предполагая, что второй протон не отщепляется.

249. Обратимая реакция описывается уравнением: A + B <==> 2C. Смешали по одному молю всех веществ. После установления равновесия в смеси обнаружено 1,5 моль вещества C. Найти константу равновесия.

250. Дана схема превращений:

которая описывает образование тио- и изотиомочевины при нагревании роданида аммония. В начальный момент времени концентрации веществ равны: [A] = a моль/л, [B] = [C] = 0. Константа равновесия в последней реакции K > 1. На одном графике изобразите (качественно) зависимости концентраций всех веществ от времени.

251. Рассчитайте равновесные концентрации веществ, участвующих в реакции CO + H₂O  CO₂ + H₂, если исходные концентрации веществ равны: [CO] = 0,1 моль/л, [H₂O] = 0,4 моль/л, а константа равновесия при данной температуре равна 1.

252. Концентрация аммиака в замкнутом сосуде при 0 C равна 1 моль/л. При нагревании сосуда до 546 C давление внутри увеличилось в 3,3 раза. Определите константу равновесия для реакции разложения аммиака при 546 C.

253. Как изменится массовая доля хлорида калия в насыщенном водном растворе, находящемся в равновесии с кристаллами соли, при а) повышении температуры, б) повышении давления, в) введении в раствор твердого нитрата калия, если при 10 C массовая доля соли в насыщенном растворе равна 23,8%, плотности насыщенного раствора, кристаллов соли и воды равны, соответственно, 1,16, 1,99 и 0,999 г/см³, а образование 100 мл насыщенного раствора из кристаллов и воды сопровождается поглощением 1,6 кДж теплоты?

254. При нагревании до некоторой температуры 36 г уксусной кислоты и 7,36 г 100%-ного этанола в присутствии серной кислоты получена равновесная смесь. Эта смесь при действии избытка раствора хлорида бария образует 4,66 г осадка, а при действии избытка раствора гидрокарбоната калия выделяет 12,1 л оксида углерода (IV) (при норм. усл.). Найдите количество сложного эфира (в молях) в равновесной смеси, которая образуется при нагревании до той же температуры 150 г уксусной кислоты и 200 мл 90%-ного этанола (плотность 0,82 г/мл) в присутствии серной кислоты в качестве катализатора.

255. Один моль смеси этилена с водородом, имеющей плотность по водороду 9, нагрели в замкнутом сосуде с платиновым катализатором при 350 С, при этом давление в сосуде уменьшилось на 20%. Рассчитайте выход реакции в % от теоретического. На сколько процентов уменьшится давление в сосуде, если для проведения эксперимента в тех же условиях использовать один моль смеси тех же газов, имеющей плотность по водороду 10?

256. Оксид углерода (II) смешали с водородом в молярном отношении 1:4 при давлении 10 МПа и температуре 327 C в замкнутом реакторе, предназначенном для синтеза метанола. После окончания процесса давление газов в реакторе при неизменной температуре уменьшилось на 10%. Определите объемную долю паров метанола в реакционной смеси и процент превращения оксида углерода (II) в метанол.

257. Плотность по пропану газовой смеси, состоящей из этилена и паров воды, до пропускания через контактный аппарат для синтеза этанола была равна 0,5, а после пропускания стала равна 0,6. Определите объемную долю паров этанола в реакционной смеси и процент превращения этилена в этанол.

258. Смесь формальдегида и водорода имеет плотность по гелию 2,6. После пропускания этой смеси над нагретым катализатором и охлаждения газовой смеси ее плотность по гелию составила 1,2. Рассчитайте выход продукта реакции.

259. Смесь аммиака и метиламина, в которой на 1 атом азота приходится 4 атома водорода, поместили в реактор с 9-кратным объемом кислорода. Герметически закрытый реактор нагрели, после полного завершения реакции горения реактор охладили до первоначальной температуры. Как изменилось давление в реакторе?

260. Смесь уксусного альдегида и водорода с относительной плотностью по воздуху 0,475 пропустили над нагретым никелевым катализатором. Реакция прошла с выходом 47,5%. Вычислите плотность по водороду газовой смеси на выходе из реактора.