Химия. Примеры решения задач контрольной работы

Контрольная работа №3 по инженерной графике Машиностроительное черчение Сборочные чертежи

СКОРОСТЬ ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ

Примеры решения задач

Пример 1. Во сколько раз изменится скорость прямой и обратной реакции в системе

2NО (г) +О2 (г) ↔ 2NО2 (г), если объем газовой смеси уменьшить в три раза?

Решение. Обозначим концентрации реагирующих веществ: =а, =b, =с. Согласно закону действия масс скорости (v) прямой и обратной реакции до изменения объема

 vпр.= kпр.а2b; vобр. = kобр.c2;

После уменьшения объема гомогенной системы в три раза концентрация каждого из реагирующих веществ увеличится в три раза: =За, =3b, =3с. При новых концентрациях скорости (v’) прямой и обратной реакции:

 = kпр. (За)2 (3b) = 27kпр.а2b;

 = kобр. (3с)2 = 9kобр.c2.

Отсюда = = 27; = = 9.

Следовательно, скорость прямой реакции увеличилась,. в 27 раз

Пример 2. Вычислите, во сколько раз увеличится скорость реакции, протекающей в газовой фазе, при повышении температуры от 50 до 70°С, если температурный коэффициент реакции равен 3.

Решение. Зависимость скорости химической реакции от температуры определяется эмпирическим правилом Вант-Гоффа по формуле:

   = ;

  =  =  = 9.

Следовательно, скорость реакции (), протекающей при температуре 70°С, увеличилась по сравнению со скоростью реакции (), протекающей при температуре 50°С, в 9 раз.

Пример 3. Энергия активации реакции равна 33кДж/моль. Во сколько раз увеличится скорость реакции при нагревании реакционной смеси с 25 до 60оС?

Решение. Зависимость константы скорости химической реакции от температуры определяется уравнением Аррениуса:

,

где Еа - энергия активации реакции;

 А - константа для данной реакции.

Записав выражения для констант скорости данной реакции k2 и k1 при температурах соответственно Т2 и Т1 и разделив первое уравнение на второе, получим:

  или 

  отсюда ,

т.е. скорость данной реакции увеличится в 4 раза.

Пример 4. Начальные концентрации исходных веществ в реакции

СН4 (г) +2Н2S(г) → CS2(г),+ 4H2(г)

были равны 0,3моль/л СН4 и 0,5моль/л Н2S. Найдите концентрации этих веществ в тот момент, когда образовалось 0,16 моль/л Н2. Как изменилась при этом скорость реакции?

Решение.  По закону действия масс скорость данной реакции описывается уравнением:

Начальная скорость реакции равна:

,

где  - константа скорости реакции, не зависящая от концентраций ее участников.

В начальный момент времени продукты реакции отсутствовали, т.е.начальные концентрации CS2 и H2 были равны 0. Расчет по уравнению реакции:

 х у 0,16моль

СН4 (г) +2Н2S(г) → CS2(г),+ 4H2(г)

 1моль 2моль 4моль

дает, что на образование 0,16 моль Н2 должно расходоваться

  и   

Поэтому к тому моменту, когда в системе образуется 0,16моль Н2, концентрации исходных веществ уменьшатся и составят:  и

 

Соответственно, скорость реакции к этому моменту также уменьшится и будет равна:

Отношение  , т.е. скорость реакции уменьшится в 1,6 раза.

Контрольные задания

121. При 509оС скорость реакции 2HI→ H2 + I2 составила 5,8·10-4 моль/(л∙мин). Вычислите концентрацию НI, если концентрации I2 равна 0,11 моль/л, а константа скорости реакции составляет 0,0047 л/(моль∙мин). 

Ответ: 0,35 моль/л.

122. При увеличении температуры в системе на 45о скорость гомогенной реакции возросла в 65 раз. Вычислите температурный коэффициент скорости реакции. Как изменится скорость данной реакции при охлаждении реакционной смеси с 80 до 50оС?

Ответ: 2,5; в 15,625 раз.

123. Начальная концентрация исходных веществ в системе

4HI(г) +O2(г) →2I2(г) + 2H2О(г)

была равна 0,7 и 0,3 моль/л. Как изменится скорость реакции к тому моменту, когда концентрация I2 станет равна 0,2 моль/л? 

Ответ: 44,4 раза

124. Как изменится скорость реакции, протекающей в системе:

MnO2(к) + 4HCl(г) → MnCl2(к) + Cl2(г)

при изменении давления в ней в 3 раза? 

Ответ: 81 раз.

125. Как следует изменить давление в системе

2 NО(г) + Cl2(г) →2 NОCl(г);

чтобы скорость реакции возросла в 125 раз? 

 Ответ: 5 раз.

126. Энергия активации реакции равна 47,8 кДж/моль. Во сколько раз уменьшится скорость реакции при охлаждении реакционной смеси с 85 до 40оС? 

Ответ: 10 раз.

127.  Начальная концентрация соляной кислоты в реакции

СаСО3 (т) + 2HCl(раствор) →СаCl2(раствор) +СО2(г) + H2О(раствор)

равнялась 20%масс. Как изменится  скорость данной реакции при снижении концентрации НСl до 15%масс.? 

Ответ:  1,86 раз.

128. Скорость реакции при 40оС равна 0,085 моль/(л∙мин). При какой температуре следует проводить реакцию, чтобы ее скорость равнялась 0,60 моль/(л∙мин), если энергия активации данной реакции – 21,3 кДж/моль? 

Ответ: 138оС.

129. Константа скорости реакции омыления уксусноэтилового эфира:

СН3СООС2Н5(р-р) + КОН(р-р)→СН3СООК (р-р) +С2Н5ОН(р-р)

равна 0,1 л/моль∙мин. Начальная концентрация уксусноэтилового эфира была равна

0,01 моль/л, а щелочи – 0,05 моль/л. Вычислите начальную скорость реакции и в тот момент, когда концентрация эфира станет равной 0,008 моль/л.

 Ответ: 5,0∙10-5 и  3,84∙10-5 моль/л∙мин.

130. При повышении температуры с 55 до 85оС скорость гомогенной реакции возросла в 80 раз. Рассчитайте температурный коэффициент и энергию активации данной реакции. 

Ответ: 4,3; 142,5 кДж/моль.

131. Как изменится скорость реакции

2H2S(г) +3O2(г) →2SO2(г) + 2H2О(г)

Если: а)уменьшить объем реакционной смеси в 2 раза?

 б)увеличить концентрацию сероводорода в 3 раза?

Ответ: 32 раза; 9 раз.

132. Начальные концентрация исходных веществ в системе

N2(г) +3H2(г) ↔ 2NH3(г)

составили: азота – 2 моль/л, водорода – 4 моль/л. Как изменится  скорость данной реакции при снижении концентрации водорода в результате реакции до 2,8 моль/л?

Ответ: 3,6 раза.

133. При повышении температуры с 40 до 75оС скорость гомогенной реакции возросла в 120 раз. Как изменится скорость данной реакции при повышении температуры с 75 до 100оС? 

Ответ: 30,6 раз

134. Как следует изменить объем реакционной смеси системы:

8NH3(г) + 3Br2(ж)→6NH4Br(к) + N2(г),

чтобы скорость реакции увеличилась в 25 раз? 

Ответ: 1,5 раз

135. При уменьшении температуры с 80 до 40оС скорость гомогенной реакции снизилась в 40 раз. Чему равна энергия активации реакции? 

Ответ: 84,7 кДж/моль. 

 136. Константа скорости реакции  2SO2 + O2 → 2SO3 составляет 25 л2/(моль2∙мин). Исходные концентрации SO2 и О2, равны соответственно 0,27 и 0,09 моль/л. Найдите начальную скорость этой реакции и ее скорость в тот момент, когда концентрация O2 снизилась до 0,04 моль/л. 

Ответ: 0,164 и 0,029 моль/л∙мин.

 137. Исходные концентрации N2 и О2 в системе:

N2(г) +O2(г) → 2NО(г)

 равны соответственно 0,06 и 0,02 моль/л. Как изменятся концентрации N2 и О2 к тому моменту, когда скорость реакции снизится в 4,5 раза по сравнению с исходной?

Ответ: 0,0465 и 0,0065 моль/л.

138. Как изменится скорость реакции

2С2Н2(г) + 3H2O(г) → С3Н6О(г) + СО2(г) + Н2(г)

при увеличении давления в системе в 4 раза? 

Ответ: 1024 раза.

139. Как изменится скорость реакции 

Н2О(г) + C(к) → Н2(г) + CO(г),

если: а) уменьшить объем реакционной смеси в 4 раза?

 б) увеличить давление в системе в 5 раз? 

Ответ: 4 раза;  5 раз.

140. Скорость реакции при 25оС равна 0,14 моль/(л∙мин), а при 50оС –

0,88 моль/(л∙мин). Какова энергия активации данной реакции ? Какой будет скорость данной реакции при 40оС? 

Ответ:58,8кДж/моль; 0,44 моль/л∙мин.

Химия. Примеры решения задач контрольной работы