§ 39. Обчислення швидкості та константи швидкості реакції за законом діючих мас

У цьому параграфі ви дізнаєтеся:

які розрахунки можна проводити, користуючись законом діючих мас.

Приклади розв'язування задач

Приклад 1. Складіть математичні вирази швидкості прямої реакції в таких системах речовин, що реагують:

1) 2CO (г) + O₂ (г) ⇄ 2CO₂ (г)

2) 2NO (г) + O₂ (г) ⇄ 2NO₂ (г)

3) 2HCl (р) + Ba(OH)₂ (р) = BaCl₂ (р) + 2H₂O (р)

4) 2NaOH (р) + CO₂(г) = Na₂CO₃(р) + H₂O (р)

5) CaCO₃(тв) + 2HNO₃(р) = Ca(NO₃)₂(р) + CO₂(г) + H₂O (р)

Розв'язання

Реакції, описані рівняннями 1-3, є гомогенними, оскільки всі речовини перебувають в однаковому агрегатному стані. Реакції, описані рівняннями 4-5, — гетерогенні, оскільки речовини перебувають у різних агрегатних станах.

1) V_пр = k_пр C²(CO) · C(O₂); V_зв = k_зв · C²(CO₂);

2) V_пр = k_пр C²(NO) · C(O₂); V_зв = k_зв · C²(NO₂);

3) V_пр = k_пр C²(HCl) · C(Ba(OH)₂);

4) V_пр = k_пр C²(NaOH) · C(CO₂);

5) тільки V_пр = k_пр C²(HNO₃).

Зворотна реакція у випадках 3-5 не відбувається, це необоротні реакції.

Приклад 2. Визначте швидкість прямої реакції, що відбувається згідно з рівнянням реакції N₂ (г) + 3H₂ (г) ⇄ 2NH₃ (г) у початковий момент часу, якщо константа швидкості цієї реакції 5 · 10^-3, а концентрації речовин N₂ і H₂ відповідно дорівнюють 0,2 моль/л та 0,6 моль/л.

Приклад 3. Вихідні концентрації нітроген(ІІ) оксиду та кисню дорівнювали відповідно 4 моль/л і 2 моль/л, а через 20 хв за певної температури концентрація нітроген(ІІ) оксиду становила 2,8 моль/л. Обчисліть середню швидкість реакції, константу швидкості реакції та концентрацію кисню після 20 хв перебігу реакції.

Запитання та завдання

°1. Складіть математичний вираз швидкості прямих реакцій:

2H₂S (г) + 3O₂ (г) = 2SO₂ (г) + 2H₂O (г)

4NH₃ (г) + 5O₂ (г) = 4NO (г) + 6H₂O (г)

CuSO₄(р) + 2NaOH (р) = Cu(OH)₂(тв)↓ + Na₂SO₄(р)

BaCO₃ (тв) + 2HCl (р) = BaCl₂ (р) + H₂O (р) + CO₂ (г)

Fe₂O₃ (тв) + CO (г) = 2FeO (тв) + CO₂ (г)

°2. Як зміниться швидкість прямої реакції 2CO (г) + O₂ (г) = 2CO₂ (г), якщо концентрацію карбон(ІІ) оксиду збільшити в 4 рази?
3. Вихідні концентрації гідроген сульфіду та кисню дорівнювали відповідно 2 моль/л і 3 моль/л, а через 30 хв за певної температури концентрація гідроген сульфіду становила 1 моль/л. Обчисліть зміну концентрації кисню та середню швидкість реакції, що відбувається за рівнянням 2H₂S (г) + 3O₂ (г) = 2SO₂ (г) + 2H₂O (г).
4. У системі речовин 4NH₃ (г) + 3O₂ (г) = 4N₂ (г) + 6H₂O (г) початкова концентрація амоніаку дорівнювала 2 моль/л, а кисню — 1,5 моль/л. Через 10 с за певної температури перебігу реакції концентрація амоніаку стала 1 моль/л. Визначте швидкість та константу швидкості цієї реакції за законом діючих мас.
5. Визначте швидкість реакції 2А (г) + В (г) = А₂В (г) у початковий момент часу, якщо константа швидкості становить 6·10^-2, а концентрації речовин А і В відповідно дорівнюють 0,3 моль/л і 0,4 моль/л.
6. Як зміниться швидкість прямої реакції 2H₂ (г) + O₂ (г) = 2H₂O (г), якщо концентрацію вихідних речовин водню та кисню збільшити в 4 рази?
7. У скільки разів необхідно збільшити концентрацію гідроген сульфіду або кисню для реакції 2H₂S (г) + O₂ (г) = 2S (тв) + 2H₂O (р), щоб в обох випадках швидкість реакції зросла в 4 рази?
8. Як зміниться швидкість прямої реакції O₂ (г) + N₂ (г) = 2NO (г) зі збільшенням концентрації кисню й азоту в 3 рази?
9. У реакційній посудині почалася реакція O₂ (г) + 2CO (г) = 2CO₂ (г). Через деякий час концентрації O₂ і CO стали дорівнювати відповідно 0,7 моль/л і 1,6 моль/л. Обчисліть вихідну концентрацію кисню O₂, якщо вихідна концентрація CO становила 2,3 моль/л.
10. Як зміниться швидкість прямої реакції взаємодії вуглекислого газу та водню CO₂ (г) + 4H₂ (г) ⇄ CH₄ (г) + 2Н₂О (г), якщо концентрації вихідних речовин збільшити в 3 рази?
11. Реакція між речовинами А і В відбувається згідно з рівнянням 2А (г) + В (г) = А₂В (г). Концентрація речовини А дорівнює 5 моль/л, а речовини В — 2 моль/л. Якою є швидкість цієї реакції, якщо константа швидкості дорівнює 0,5?
*12. Реакція NH₃ (г) + HCl (г) = NH₄Cl (тв) відбувається зі швидкістю 2 моль/л · с при концентраціях NH₃ і HCl, що відповідно дорівнюють 2 і 4 моль/л. Якою є константа швидкості цієї реакції?
*13. Швидкість реакції 2NO (г) + O₂ (г) = 2NO₂ (г) при концентрації нітроген(ІІ) оксиду 0,4 моль/л і кисню 0,2 моль/л дорівнює 0,016 моль/л · с. Обчисліть константу швидкості цієї реакції.

Зміст