Реши задание на изображении
Скорость химической реакции — это изменение концентрации реагирующего вещества или продукта за единицу времени. Для реакции
\[ aA+bB\to cC+dD \] среднюю скорость считают так: \[ v=-\frac{1}{a}\frac{\Delta C_A}{\Delta t} =\frac{1}{c}\frac{\Delta C_C}{\Delta t}. \] Единицы — \(\text{моль}/(\text{л}\cdot\text{с})\). Для гомогенных реакций берут изменение концентрации в объёме, для гетерогенных — на единицу площади поверхности твёрдого вещества. Среднюю скорость находят по двум моментам времени, мгновенную — по касательной к графику \(C(t)\).Примеры:
- Полезно ускорить: синтез аммиака
\[ N_2+3H_2\rightleftharpoons 2NH_3 \] с катализатором и повышенным давлением; окисление \(SO_2\) до \(SO_3\) с \(V_2O_5\). - Полезно замедлить: хранение продуктов в холодильнике; применение ингибиторов коррозии и антиоксидантов — замедляются порча продуктов и ржавление железа.
- Вредно ускорять: неуправляемое горение метана
\[ CH_4+2O_2\to CO_2+2H_2O \] может привести к пожару или взрыву; быстрое разрушение лекарств при неправильном хранении. - Вредно замедлять: если нужная производственная реакция идёт слишком медленно, падает производительность; например, без достаточной температуры и катализатора окисление \(SO_2\) идёт слишком медленно.
- Ответ: средняя скорость реакции
\[ v=\frac{0{,}22-0{,}215}{10}=0{,}0005\ \text{моль}/(\text{л}\cdot\text{с})=5\cdot10^{-4}\ \text{моль}/(\text{л}\cdot\text{с}). \] Концентрация вещества B уменьшилась на \(0{,}005\) моль/л.
Почему: по уравнению \(A+B\to 2C\) вещества A и B расходуются в отношении \(1:1\). Значит, на столько же, на сколько уменьшилась концентрация A, уменьшилась и концентрация B.
Уравнения: а) горение аммиака без катализатора: \[ 4NH_3+3O_2\to 2N_2+6H_2O. \] б) каталитическое окисление аммиака на платине: \[ 4NH_3+5O_2\xrightarrow{Pt,\ t}4NO+6H_2O. \]
На фото таблица 1 не видна, поэтому привожу стандартные факторы:
- Природа веществ:
\[ Zn+2HCl\to ZnCl_2+H_2\uparrow \] идёт, а \(Cu+HCl\) при обычных условиях не идёт. - Концентрация:
\[ CaCO_3+2HCl\to CaCl_2+CO_2\uparrow+H_2O \] с более концентрированной кислотой газ выделяется быстрее. - Температура:
\[ 2H_2O_2\to 2H_2O+O_2\uparrow \] при нагревании идёт быстрее. - Давление для газов:
\[ 2NO+O_2\rightleftharpoons 2NO_2 \] при повышении давления скорость увеличивается. - Катализатор:
\[ 2H_2O_2\xrightarrow{MnO_2}2H_2O+O_2\uparrow, \] \[ 4NH_3+5O_2\xrightarrow{Pt}4NO+6H_2O. \] - Площадь поверхности:
\[ CaCO_3+2HCl\to CaCl_2+CO_2\uparrow+H_2O \] порошок реагирует быстрее куска; железные стружки быстрее гвоздя: \[ Fe+2HCl\to FeCl_2+H_2\uparrow. \]
- Ответ: в \(243\) раза.
По правилу Вант-Гоффа: \[ \frac{v_2}{v_1}=\gamma^{\frac{T_2-T_1}{10}}. \] Здесь \(\gamma=3\), \(T_2-T_1=100-50=50^\circ C\): \[ \frac{v_2}{v_1}=3^{50/10}=3^5=243. \]
- Равновесная система — это система, в которой протекает обратимая реакция, и скорости прямой и обратной реакций равны. При этом концентрации веществ не меняются, но обе реакции продолжаются — равновесие динамическое.
Чтобы сместить равновесие, нужно изменить внешние условия: температуру, концентрации веществ или давление для газов. Катализатор равновесие не смещает, он только ускоряет его достижение.
- Экзотермическая реакция: чтобы сместить равновесие в сторону продуктов, температуру понижают; повышение температуры смещает его в сторону исходных веществ.
- Эндотермическая реакция: чтобы сместить равновесие в сторону продуктов, температуру повышают; понижение температуры смещает его в сторону исходных веществ.
- Для газов повышение давления смещает равновесие в сторону меньшего числа молей газа, понижение — в сторону большего.
- Добавление реагента или удаление продукта смещает равновесие вправо.
