Реши задание на изображении
На фото задания 1–7. Ниже — решения по порядку. В №5 в кадре нет таблицы 1, поэтому там даны примеры для стандартных факторов; если нужен точный вариант — пришли фото таблицы.
1. Скорость химической реакции — это изменение концентрации реагирующего вещества или продукта за единицу времени.
Для реакции
\[
aA+bB\to cC+dD
\]
средняя скорость:
\[
v=-\frac1a\frac{\Delta[A]}{\Delta t}
=-\frac1b\frac{\Delta[B]}{\Delta t}
=\frac1c\frac{\Delta[C]}{\Delta t}.
\]
Для исходных веществ \(\Delta C<0\), поэтому ставят минус. Определяют экспериментально: измеряют концентрации через промежутки времени; для газов — по изменению давления или объёма, для окрашенных растворов — по изменению окраски. Для элементарной реакции выполняется закон действующих масс: \(v=k[A]^a[B]^b\).
2. Примеры:
- Полезно ускорять: синтез аммиака
\[ N_2+3H_2\rightleftharpoons 2NH_3 \] — повышают давление, используют катализатор. Горение метана
\[ CH_4+2O_2\to CO_2+2H_2O \] ускоряют нагреванием, чтобы получать тепло. - Полезно замедлять: коррозию железа
\[ 4Fe+3O_2+6H_2O\to4Fe(OH)_3 \] замедляют покрытиями; разложение перекиси водорода
\[ 2H_2O_2\to2H_2O+O_2 \] замедляют хранением в холоде и в тёмной посуде. - Вредно нежелательное ускорение: ржавление металлов, порча продуктов, разложение лекарств.
- Вредно и чрезмерное замедление: нужная реакция идёт слишком медленно, например при слишком низкой температуре или отравлении катализатора.
3. Ответ:
\[
v_{\text{ср}}=5\cdot10^{-4}\ \text{моль/(л}\cdot\text{с)},
\]
концентрация вещества B уменьшилась на \(0{,}005\) моль/л.
Решение:
\[
\Delta c_A=0{,}215-0{,}22=-0{,}005\ \text{моль/л}.
\]
\[
v_{\text{ср}}=\frac{|\Delta c_A|}{\Delta t}
=\frac{0{,}005}{10}
=5\cdot10^{-4}\ \text{моль/(л}\cdot\text{с)}.
\]
По уравнению \(A+B\to2C\) вещества A и B расходуются в отношении \(1:1\), значит, B тоже израсходовалось \(0{,}005\) моль/л.
Проверка: \(C\) образовалось \(0{,}010\) моль/л, тогда
\[
v=\frac{0{,}010}{2\cdot10}=5\cdot10^{-4}.
\]
4. Ответ:
а) горение аммиака без катализатора — до азота:
\[
4NH_3+3O_2\to2N_2+6H_2O.
\]
б) каталитическое окисление аммиака на платине:
\[
4NH_3+5O_2\xrightarrow{Pt}4NO+6H_2O.
\]
5. В кадре нет таблицы 1, поэтому точный набор факторов не виден. Для типовых факторов можно взять такие примеры:
- Концентрация:
\[ H_2+I_2\to2HI \] — при увеличении концентрации \(H_2\) скорость растёт. - Температура:
\[ 2H_2O_2\to2H_2O+O_2 \] — при нагревании разложение идёт быстрее. - Катализатор:
\[ 2H_2O_2\xrightarrow{MnO_2}2H_2O+O_2; \] \[ 2SO_2+O_2\xrightarrow{V_2O_5}2SO_3. \] - Площадь поверхности:
\[ CaCO_3+2HCl\to CaCl_2+CO_2\uparrow+H_2O \] — порошок мела реагирует быстрее куска. - Давление:
\[ N_2+3H_2\to2NH_3 \] — при повышении давления концентрации газов растут, скорость увеличивается.
6. Ответ: скорость увеличится в 243 раза.
По правилу Вант-Гоффа:
\[
\frac{v_2}{v_1}=\gamma^{\frac{T_2-T_1}{10}}.
\]
\[
\Delta T=100-50=50^\circ C
\]
— это 5 интервалов по \(10^\circ C\), поэтому:
\[
\frac{v_2}{v_1}=3^5=243.
\]
7. Равновесная система — это система, в которой скорости прямой и обратной реакций равны, а концентрации веществ не меняются. Равновесие динамическое: обе реакции продолжают идти.
По принципу Ле Шателье:
- Для экзотермической реакции: чтобы сместить равновесие в сторону продуктов, нужно понизить температуру; при нагревании равновесие смещается влево, к исходным веществам.
- Для эндотермической реакции: чтобы сместить равновесие в сторону продуктов, нужно повысить температуру; при охлаждении — влево.
- Дополнительно равновесие смещают изменением концентраций: добавление исходных веществ или удаление продуктов смещает вправо.
- Для газов повышение давления смещает равновесие в сторону меньшего числа молей газа.
- Катализатор равновесие не смещает, он только ускоряет его достижение.
Главная идея: скорость реакции зависит от числа эффективных столкновений частиц; температура, концентрация, давление, площадь поверхности и катализатор меняют число или энергию таких столкновений. Равновесие же смещается внешним воздействием так, чтобы система ослабила это воздействие.
