Как изменится скорость реакции прямой и обратной реакции 2NO2 = 2NO + O2, если концентрации в равновесной системе уменьшить в 3 раза? В каком направлении сместится химическое…

Рассмотрим реакцию: \[ 2NO_2 \leftrightarrow 2NO + O_2 \]

Для её анализа используем принцип Ле Шателье. При изменении условий в системе равновесия система будет стремиться компенсировать изменение.

Шаг 1: Запишем выражение для константы равновесия \(K\):

В общем виде для этой реакции: \[ K = \frac{[NO]^2 \cdot [O_2]}{[NO_2]^2} \]

где квадраты указывают на стехиометрические коэффициенты.

Шаг 2: Что происходит при уменьшении концентрации \( [NO_2] \)?

Если концентрацию \( [NO_2] \) в равновесии уменьшить в 3 раза, то сначала следует понять влияние этого на скорость реакций.

• Скорость прямой реакции (\(v_{пр}\)): зависит от концентрации реаганта \(NO_2\):

\[ v_{пр} = k_{пр} [NO_2]^2 \]

• Скорость обратной реакции (\(v_{обр}\)): зависит от концентраций продуктов:

\[ v_{обр} = k_{обр} [NO]^2 [O_2] \]

где \(k_{пр}\) и \(k_{обр}\) — константы скоростей прямой и обратной реакции.

Шаг 3: Как меняются скорости при уменьшении \([NO_2]\)?

• Прямая реакция: поскольку она зависит от \([NO_2]^2\), снижение концентрации в 3 раза уменьшит скорость реакции в 9 раз:

\[ v_{пр,new} = k_{пр} \left(\frac{[NO_2]}{3}\right)^2 = \frac{1}{9} k_{пр} [NO_2]^2 \]

• Обратная реакция: концентрации продуктов (\(NO\) и \(O_2\)) изначально не меняются, потому что мы только затемняем исходный реагент. Но поскольку реакции связаны, в системе после уменьшения \( [NO_2] \) для восстановления равновесия процентное соотношение может измениться, чтобы достичь нового равновесия, где отношение концентраций соответствует \(K\).

Шаг 4: Стремится ли система к новому равновесию — в какую сторону сдвигается?

Поскольку при уменьшении концентрации \( NO_2 \) равновесие терпит сдвиг в сторону продуктов — чтобы восстановить константу \(K\), концентрация \(NO\) и \(O_2\) должна увеличиться, а концентрация \(NO_2\) — снова повысится. Это означает:

• В системе увеличатся скорости обратной реакции (на увеличения концентраций продуктов), что приведет к сдвигу равновесия влево (к исходным веществам).

Итог:

• Скорость прямой реакции уменьшится в 9 раз, так как зависит от \([NO_2]^2\).
• Скорость обратной реакции изначально не изменится мгновенно, но, чтобы восстановить равновесие, она увеличится вслед за ростом концентрации продуктов.
• Равновесие сдвинется влево, то есть к образованию исходных веществ (\(NO_2\)), чтобы компенсировать уменьшение его концентрации.

Если нужно более подробно или есть дополнительные вопросы — спрашивайте!