Х ИМИЧЕСКАЯ КИНЕТИКА И РАВНОВЕСИЕ

 

Зависимость скорости химической реакции

От концентрации реагирующих веществ

Пример 1. Вычисление скорости химической реакции по концентрациям реагирующих веществ.

Для реакции: 2 NO _(г) + O _{2 (г)} ® 2 NO _{2 (г)}, константа скорости которой равна k = 0, 5 л²× моль^{− 2}× с^{− 1}, а концентрации реагирующих веществ [ NO ] = 6 моль/л и [O₂] = 5 моль/л, вычислить скорость химической реакции в начальный момент и в тот момент, когда в реакционной смеси останется 45 % кислорода.

Решение

Согласно закону действия масс скорость химической реакции прямо пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ в степенях, равных стехиометрическим коэффициентам. Следовательно, для уравнения приведенной реакции:

Скорость химической реакции в начальный момент ( t ₀ =0) равна:

V _нач = 0, 5× 6²× 5 = 90, 0 моль/л× с.

Однако по мере протекания реакции (по истечении некоторого времени t ) концентрации исходных веществ уменьшаются, а концентрации получающихся веществ (продуктов реакции) увеличиваются. Следовательно, изменение кон-центраций исходных веществ отрицательно: DС_исх< 0, а изменение концентра-ции продуктов реакции – положительно: DС_прод> 0. Изменение концентраций ве-ществ (DС) происходит в строгом соответствии со стехиометрическими соотно-шениями, представленными уравнением реакции. В газовых реакциях, как в данном примере, эти соотношения равны отношению коэффициентов в уравне-нии реакции. Согласно этому для данной реакции изменения концентраций участвующих в ней веществ (DС) относятся друг к другу следующим образом:

.

По условию задачи через некоторое время t в реакционной смеси остается 45 % кислорода, т.е. концентрация кислорода становится равной:

[ O ₂ ] _t = 5× 0, 45 = 2, 25 моль/л.

Значит концентрация О_2(г) уменьшается на 2, 75 моль/л:

Согласно вышеуказанному соотношению,  в 2 раза больше , но с разными знаками:

= 2(− 2, 75) = − 5, 5 моль/л;

= 2(+2, 75) = +5, 5 моль/л.

Приняв концентрацию продукта реакции NO_2(г) в начальный момент времени t ₀ равной нулю  и сложив начальные концентрации реагирующих веществ NO_(г) и О_2(г)  с изменениями этих концентраций, получаем искомые концентрации к моменту времени t.

Для наглядности представим расчеты в виде таблицы:

 

Начальные концентрации веществ, моль/л	DС, моль/л	Искомые концентрации веществ, моль/л

 

Используя данные таблицы, находим скорость химической реакции в мо-мент времени t:

.

Сделаем вывод: с течением времени скорость химической реакции умень-шается, так как уменьшаются концентрации реагирующих веществ.

Пример 2. Расчет начальных концентраций веществ по конечным концентрациям.

Реакция идет по уравнению:

Через некоторое время после начала реакции концентрации участвующих в ней веществ были (моль/л):

[ HCl ] = 0, 75, [ O ₂ ] = 0, 42, [ Cl ₂ ] = 0, 20.

Определить, какими были концентрации этих веществ в начале реакции.

Решение

Так как концентрация одного из продуктов данной реакции Cl _2(г)  в началь-ный момент времени t ₀ = 0 была равна нулю  то конечная концент-рация Cl_2(г)  является ее изменением:

Согласно приведенному уравнению: . Поэтому в 2 раза меньше, а  в 2 раза больше :                      = − 0, 40 моль/л,

= − 0, 10 моль/л.

Причем знак «минус» означает, что концентрации реагирующих веществ в ходе реакции уменьшаются.

Вычитая из приведенных в условии задачи конечных концентраций [HCl] _t и [O₂] _t найденные изменения концентраций ( , находим начальные концентрации веществ:

Для наглядности представим решение задачи в виде таблицы:

Конечные концентрации веществ, моль/л	DС, моль/л	Начальные концентрации веществ, моль/л

 

⇐ Предыдущая891011121314151617Следующая ⇒

Поделиться: