Номер 249, страница 332 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

11.249. Реакция между водородом и этиленом ${\mathrm{H}}_{2\left(\mathrm{г}\right)}+{\mathrm{C}}_2{\mathrm{H}}_{4\left(\mathrm{г}\right)} ⟶ {\mathrm{C}}_2{\mathrm{H}}_{6\left(\mathrm{г}\right)}$ имеет второй порядок. Как изменится скорость прямой реакции, если: а) концентрацию ${\mathrm{H}}_2$ увеличить в 4 раза; б) концентрацию ${\mathrm{H}}_2$ увеличить в 2 раза, а ${\mathrm{C}}_2{\mathrm{H}}_4$ – в 1,5 раза; в) общее давление в системе уменьшить в 2 раза; г) концентрацию ${\mathrm{C}}_2{\mathrm{H}}_6$ уменьшить в 4 раза?

Дано:

Реакция: $H_{2(г)} + C_2H_{4(г)} \rightarrow C_2H_{6(г)}$

Общий порядок реакции: 2

Найти:

Как изменится скорость прямой реакции ($v$) при следующих условиях:

а) концентрацию $H_2$ увеличить в 4 раза

б) концентрацию $H_2$ увеличить в 2 раза, а $C_2H_4$ — в 1,5 раза

в) общее давление в системе уменьшить в 2 раза

г) концентрацию $C_2H_6$ уменьшить в 4 раза

Решение:

Скорость прямой химической реакции определяется законом действующих масс. Согласно условию, реакция имеет второй порядок. Для реакции между двумя веществами с единичными стехиометрическими коэффициентами, это, как правило, означает, что порядок по каждому из реагентов равен 1. Таким образом, кинетическое уравнение для скорости прямой реакции ($v$) имеет вид:

$v = k \cdot [H₂] \cdot [C₂H₄]$

где $k$ – константа скорости реакции, $[H₂]$ – молярная концентрация водорода, $[C₂H₄]$ – молярная концентрация этилена.

Обозначим начальную скорость реакции как $v_1 = k \cdot [H₂]_1 \cdot [C₂H₄]_1$. Рассмотрим, как изменится скорость ($v_2$) в каждом случае.

а) концентрацию H₂ увеличить в 4 раза

По условию, новая концентрация водорода $[H₂]_2 = 4 \cdot [H₂]_1$, а концентрация этилена не изменяется, $[C₂H₄]_2 = [C₂H₄]_1$.

Новая скорость реакции $v_2$ составит:

$v_2 = k \cdot [H₂]_2 \cdot [C₂H₄]_2 = k \cdot (4 \cdot [H₂]_1) \cdot [C₂H₄]_1 = 4 \cdot (k \cdot [H₂]_1 \cdot [C₂H₄]_1) = 4 \cdot v_1$

Скорость реакции увеличится в 4 раза.

Ответ: скорость реакции увеличится в 4 раза.

б) концентрацию H₂ увеличить в 2 раза, а C₂H₄ — в 1,5 раза

По условию, новые концентрации реагентов: $[H₂]_2 = 2 \cdot [H₂]_1$ и $[C₂H₄]_2 = 1,5 \cdot [C₂H₄]_1$.

Новая скорость реакции $v_2$ составит:

$v_2 = k \cdot [H₂]_2 \cdot [C₂H₄]_2 = k \cdot (2 \cdot [H₂]_1) \cdot (1,5 \cdot [C₂H₄]_1) = (2 \cdot 1,5) \cdot (k \cdot [H₂]_1 \cdot [C₂H₄]_1) = 3 \cdot v_1$

Скорость реакции увеличится в 3 раза.

Ответ: скорость реакции увеличится в 3 раза.

в) общее давление в системе уменьшить в 2 раза

При постоянной температуре концентрация газа прямо пропорциональна его парциальному давлению. Уменьшение общего давления в системе в 2 раза приведет к уменьшению концентраций каждого из реагирующих газов (H₂ и C₂H₄) также в 2 раза.

Новые концентрации: $[H₂]_2 = [H₂]_1 / 2$ и $[C₂H₄]_2 = [C₂H₄]_1 / 2$.

Новая скорость реакции $v_2$ составит:

$v_2 = k \cdot [H₂]_2 \cdot [C₂H₄]_2 = k \cdot (\frac{[H₂]_1}{2}) \cdot (\frac{[C₂H₄]_1}{2}) = \frac{1}{4} \cdot (k \cdot [H₂]_1 \cdot [C₂H₄]_1) = \frac{v_1}{4}$

Скорость реакции уменьшится в 4 раза.

Ответ: скорость реакции уменьшится в 4 раза.

г) концентрацию C₂H₆ уменьшить в 4 раза

Скорость прямой реакции зависит только от концентраций исходных веществ (реагентов), то есть от $[H₂]$ и $[C₂H₄]$. Концентрация продукта реакции (этана, $C₂H₆$) не входит в кинетическое уравнение для скорости прямой реакции. Изменение концентрации продукта влияет на скорость обратной реакции, но не прямой.

Следовательно, уменьшение концентрации $C₂H₆$ не изменит скорость прямой реакции.

Ответ: скорость прямой реакции не изменится.