Изменение скорости и константы реакции | Задачи 373 — 377

Факторы, вызывающие изменение скорости и константы реакции

 

 

Задача 373.
Как изменится скорость реакции  2NO + O2 ⇔ 2NO2 если объем реакционного сосуда увеличить в 2 раза: а) уменьшится в 4 раза; б) уменьшится в 8 раз; в) возрастет в 4 раза; г) возрастет в 8 раз?  

Решение:

Уравнение реакции имеет вид:  2NO + O2 ⇔ 2NO2.
До изменения объёма скорость реакции можно выразить уравнением: 

 v = k[NO]2 . [O2], где 

v — скорость реакции,  k — константа скорости реакции, [NO] и [O2] – концентрации исходных веществ.
Вследствие увеличения объёма в системе в 2 раза, соответственно концентрация каждого из реагирующих веществ уменьшится в 2 раза. Следовательно, теперь скорость реакции будет равна: 

v’ = k(1/2[NO])2 . (1/2[O2]) = 1/8k[NO]2 . [O2

Тогда, сравнивая  выражения v  и  v’, находим, что скорость реакции уменьшится в 8 раз    

Ответ: б).


Задача 374.
Чем объясняется повышение скорости реакции при введении в систему катализатора: а) уменьшением энергии активации; б) увеличением средней кинетической энергии молекул; в) возрастанием числа столкновений; г)
остом числа активных молекул?
Решение:
Действие катализатора объясняется тем, что при его участии в реакционной системе возникают нестойкие промежуточные соединения (активированные комплексы), распад которых приводит к образованию продуктов реакции. При этом энергия активации реакции значительно понижается и активными становятся некоторые молекулы (реакционные частицы), энергия которых была недостаточна для осуществления реакции в отсутствии катализатора. В результате, при применении катализатора в реакционной системе общее число активных молекул (частиц) и скорость реакции значительно возрастает.

Таким образом, катализатор приводит к уменьшению энергии активации реакции и росту числа активных молекул (частиц).

Ответ: а); г).


Задача 375.
Какие из перечисленных воздействий приведут к изменению константы скорости реакции: а) изменение давления; б) изменение температуры; в) изменение объема реакционного сосуда; г) введение в систему катализатора; д) изменение концентрации реагирующих веществ?
Решение:
а) Согласно закону действующих масс скорость химической реакции прямо пропорциональна произведению концентрации реагирующих веществ в степенях, равных стехиометрическим коэффициентам. Например, для реакции  mA + nB ⇔ AmBn зависимость скорости реакции от концентрации реагентов А и В выразится в виде:

V = k[A]m . [B]n, где

А, В – молярные концентрации реагирующих веществ;
m, n – стехиометрические коэффициенты;
k – константа скорости реакции — величина, которая зависит от природы реагирующих веществ и равная единице, когда концентрации реагирующих веществ равны единице.
В случае гетерогенных химических реакций в выражение ЗДМ не входит концентрация веществ находящихся в твёрдой фазе, поскольку процесс протекает лишь на их поверхности.

При изменении давления в реакционной системе, в которой присутствуют газообразные вещества, происходит изменение концентрации газообразных реагентов. Значит, при изменении концентрации изменится значение скорости реакции, а значение константы скорости реакции не изменится. 

б) Зависимость скорости реакции (или константы скорости реакции) от температуры может быть выражена уравнением:

Здесь vt  и kt  — скорость и константа скорости реакции при температуре t °С; vt + 10  и kt + 10  те же величины при температуре (t + 100 °С);  — температурный коэффициент скорости реакции, значение которого для большинства реакций лежит в пределах 2 — 4 (правило Вант-Гоффа). В общем случае, если температура изменилась на  °С, последнее уравнение преобразуется к виду: 

Зависимость константы скорости реакции (k) от энергии активации (Ea) выражается уравнением Аррениуса:  или  ,  где

Ea  — энергия активации, k  и k’ — константы скорости реакции, Т – температура в К (298). Учитывая зависимость константы скорости реакции от изменения температуры, получим: 

Из чего следует, что чем меньше энергия активации и выше температура, тем больше константа скорости реакции и  k’/k.

Таким образом, изменение температуры реакционной среды приводит к изменению константы скорости реакции.

в) Изменение объёма жидкой или газообразной системы приводит к изменению конценрации газообразных веществ и веществ, находящихся в жидкой фазе. Следовательно, при изменении концентрации реагирующих веществ, исходя из выражения ЗДМ реакции, изменится только значение скорости процесса, а величина k останется постоянной. Величина константы скорости реакции зависит от природы реагентов и не зависит от изменения концентрации их в реакционной системе.

г) Введение в систему катализатора приводит к увеличению скорости реакции, но концентрации веществ остаются прежними, значит, изменится и значение константы скорости реакции, оно целочисленно станет больше. Катализатор снижает энергию активации реакции, что можно описать с помощью уравнения Аррениуса:  где

Ea‘ и Ea»  — изменение энергии активации в реакционной системе после введения катализатора.

д) Изменение концентрации реагирующих веществ, исходя из выражения ЗДМ реакции, изменится только значение скорости процесса, а величина k останется постоянной.

Вывод:
Константа скорости реакции – это величина, зависящая от природы реагирующих веществ, от температуры и от присутствия катализаторов, но не зависит от концентрации реагирующих веществ.

Ответ: б); г).


Задача 376.
Какое влияние оказывает перемешивание на скорость протекания гетерогенной химической реакции: а) во всех случаях увеличивает скорость реакции; б) в некоторых случаях увеличивает скорость реакции; в) не влияет на скорость реакции?
Решение:
В ходе гетерогенной реакции можно выделить три стадии:
1. Подвод реагирующего вещества;
2. Химические реакции на поверхности;
3. Отвод продукта реакции то поверхности.
Скорость гетерогенной реакции – это количество вещества, вступающего в реакцию или образующегося при реакции за единицу времени на единице площади поверхности фазы.

При перемешивании системы скорость переноса веществ и отвода продуктов реакции увеличивается, соответственно, должна увеличиваться и скорость реакции. Действительно, при перемешивании, скорость реакции увеличивается, если химическая стадия реакции требует небольшой энергии активации. Так реакция горения угля C(тв) + О2(г) ⇔ СО2(г)  протекает тем быстрее, чем интенсивнее идёт конвекция в системе. Однако, есть реакции, скорость которых не увеличивается при перемешивании, например, реакция окисления железа кислородом влажного воздуха не ускоряется при увеличении подачи воздуха к поверхности металла, поскольку здесь энергия активации химической стадии процесса значительна. 

Стадия, определяющая скорость протекания реакции, называется лимитирующей стадией. В реакции горения угля лимитирующей стадией является перенос вещества, а в реакции окисления железа собственно химическая реакция. Таким образом, перемешивание (конвекция) в некоторых случаях увеличивает скорость гетерогенной реакции, а именно, если стадия переноса веществ является лимитирующей, т.е. энергия активации стадии подвода и отвода веществ невелика.

Ответ: б). 


Задача 377.
Увеличение скорости реакции с повышением температуры, вызывается главным образом: а) увеличением средней кинетической энергии молекул; б) возрастанием числа активных молекул; в) ростом числа столкновений?
Решение:
Зависимость скорости реакции (или константы скорости реакции) от температуры может быть выражена уравнением: 

Здесь vt  и kt  — скорость и константа скорости реакции при температуре t °С; v(t + 10)  и k(t + 10)  те же величины при температуре (t + 100 °С);  — температурный коэффициент скорости реакции, значение которого для большинства реакций лежит в пределах 2 — 4 (правило Вант-Гоффа). В общем случае, если температура изменилась на  °С, последнее уравнение преобразуется к виду:

Естественно, при повышении температуры системы увеличивается и кинетическая энергия молекул (частиц) и возрастает число столкновений молекул (частиц) реагирующих веществ. Но от этого правила наблюдаются отклонения для гетерогенных реакций, так как скорость их мало изменяется с температурой, и для биохимических реакций, для которых при повышении температуры всего лишь на один градус скорость реакции увеличивается в десятки и сотни раз.

Аррениус дал более точное выражение для зависимости константы скорости реакции от температуры: 

Как показывает практика, элементарный акт реакции протекает не при всяком столкновении молекул (частиц) реагирующих веществ: реагируют только те молекулы (частицы), которые обладают достаточной энергией, чтобы разорвать или ослабить связи в исходных молекулах (частицах) и тем самым создать возможность образования новых молекул (частиц). Поэтому каждая реакция характеризуется определённым барьером энергии; для преодоления барьера необходима энергия активации – избыточная энергия, которой должны обладать молекулы (частицы) для того чтобы их столкновение было эффективным. С ростом температуры число активных молекул (частиц) быстро увеличивается, что и приводит к резкому возрастанию скорости реакции.

Ответ: б).


🌟 Видео

Скорость реакции. Химия – ПростоСкачать

Скорость реакции.  Химия – Просто

Зависимость скорости реакции от концентрации реагентовСкачать

Зависимость скорости реакции от концентрации реагентов

Влияние концентрации на скорость химических реакций. 10 класс.Скачать

Влияние концентрации на скорость химических реакций. 10 класс.

Урок 373. Задачи на волновое движение - 1Скачать

Урок 373. Задачи на волновое движение - 1

Скорость химических реакций. 9 класс.Скачать

Скорость химических реакций. 9 класс.

Вычисление константы скорости реакции | Задачник по химии ГлинкаСкачать

Вычисление константы скорости реакции | Задачник по химии Глинка

задачи на порядок хим реакцииСкачать

задачи на порядок хим реакции

Скорость химической реакции. Практическая часть. 10 класс.Скачать

Скорость химической реакции. Практическая часть. 10 класс.

Скорость химической реакцииСкачать

Скорость химической реакции

Определение порядка реакции методом подбора кинетического уравненияСкачать

Определение порядка реакции методом подбора кинетического уравнения

Задачи на скорость реакции в зависимости от концентрации реагентовСкачать

Задачи на скорость реакции в зависимости от концентрации реагентов

3 1 Константа химической реакцииСкачать

3 1  Константа химической реакции

Решение задач на тему: "Нахождение константы равновесия и равновесных концентраций". 1ч. 10 класс.Скачать

Решение задач на тему: "Нахождение константы равновесия и равновесных концентраций". 1ч. 10 класс.

Скорость химических реакций. Видеоурок по химии 9 класс.Скачать

Скорость химических реакций. Видеоурок по химии 9 класс.

Теория. Импульс. Энергия | 1 урок курса "На марс+" | ЕГЭ по физике 2024 | Саня ЭбонитСкачать

Теория. Импульс. Энергия | 1 урок курса "На марс+" | ЕГЭ по физике 2024 | Саня Эбонит

Задачи на Скорость химической реакции. Часть 1.Скачать

Задачи на Скорость химической реакции. Часть 1.

Влияние температуры на скорость химических реакций. 10 класс.Скачать

Влияние температуры на скорость химических реакций. 10 класс.

Расчет скорости химической реакции по текущим концентрациям реагентов. Химия для поступающих.Скачать

Расчет скорости химической реакции по текущим концентрациям реагентов. Химия для поступающих.

Химическое равновесие. Константа равновесия. 10 класс.Скачать

Химическое равновесие. Константа равновесия.  10 класс.

Влияние температуры на скорость реакцииСкачать

Влияние температуры на скорость реакции
Поделиться или сохранить к себе:
Конспекты лекций по химии