Номер 8, страница 288 - гдз по химии 11 класс учебник Еремин, Кузьменко

Параграф 61. Скорость химической реакции. Закон действующих масс. Глава 6. Теоретическое описание химических реакций - номер 8, страница 288.

Условие.

8. Реакция между водородом и иодом $H_{2 \text{(г)}} + I_{2 \text{(г)}} = 2HI_{\text{(г)}}$ имеет второй порядок. Как изменится скорость образования иодоводорода, если:

а) концентрацию $H_2$ увеличить в 3 раза;

б) концентрацию $H_2$ увеличить в 3 раза, а $I_2$ — в 2 раза;

в) давление в системе увеличить в 3 раза;

г) концентрацию $HI$ увеличить в 1,5 раза?

Решение.

Решение 2.

Для решения задачи запишем закон действующих масс для реакции образования иодоводорода: $H_{2(г)} + I_{2(г)} = 2HI_{(г)}$.

В условии сказано, что реакция имеет второй порядок. Для данной бимолекулярной реакции, которая считается элементарной, порядок по каждому из реагентов равен их стехиометрическим коэффициентам (в данном случае, 1 для $H_2$ и 1 для $I_2$), а общий порядок равен их сумме $1+1=2$. Таким образом, кинетическое уравнение для скорости прямой реакции (скорости образования $HI$) имеет вид:

$v = k \cdot [H_2] \cdot [I_2]$

где $v$ — скорость прямой реакции, $k$ — константа скорости, $[H_2]$ и $[I_2]$ — молярные концентрации реагентов.

Рассмотрим, как изменится скорость реакции $v$ в каждом из случаев. Начальную скорость обозначим как $v_1 = k \cdot [H_2]_1 \cdot [I_2]_1$.

а) концентрацию H₂ увеличить в 3 раза

Дано:

$[H_2]_2 = 3 \cdot [H_2]_1$
$[I_2]_2 = [I_2]_1$

Найти:

Отношение скоростей $\frac{v_2}{v_1}$

Решение:

Подставим новые концентрации в кинетическое уравнение:

$v_2 = k \cdot [H_2]_2 \cdot [I_2]_2 = k \cdot (3 \cdot [H_2]_1) \cdot [I_2]_1 = 3 \cdot (k \cdot [H_2]_1 \cdot [I_2]_1)$

Поскольку $v_1 = k \cdot [H_2]_1 \cdot [I_2]_1$, то $v_2 = 3 \cdot v_1$.

Следовательно, отношение скоростей $\frac{v_2}{v_1} = 3$.

Ответ: скорость образования иодоводорода увеличится в 3 раза.

б) концентрацию H₂ увеличить в 3 раза, а I₂ — в 2 раза

Дано:

$[H_2]_2 = 3 \cdot [H_2]_1$
$[I_2]_2 = 2 \cdot [I_2]_1$

Найти:

Отношение скоростей $\frac{v_2}{v_1}$

Решение:

Подставим новые концентрации в кинетическое уравнение:

$v_2 = k \cdot [H_2]_2 \cdot [I_2]_2 = k \cdot (3 \cdot [H_2]_1) \cdot (2 \cdot [I_2]_1) = 6 \cdot (k \cdot [H_2]_1 \cdot [I_2]_1)$

Поскольку $v_1 = k \cdot [H_2]_1 \cdot [I_2]_1$, то $v_2 = 6 \cdot v_1$.

Следовательно, отношение скоростей $\frac{v_2}{v_1} = 6$.

Ответ: скорость образования иодоводорода увеличится в 6 раз.

в) давление в системе увеличить в 3 раза

Дано:

$P_2 = 3 \cdot P_1$

Найти:

Отношение скоростей $\frac{v_2}{v_1}$

Решение:

Для газов, согласно уравнению состояния идеального газа ($PV = nRT$), молярная концентрация $C = \frac{n}{V}$ прямо пропорциональна давлению $P$ при постоянной температуре ($C = \frac{P}{RT}$). Поэтому увеличение давления в системе в 3 раза приведет к увеличению концентрации каждого из газообразных реагентов в 3 раза:

$[H_2]_2 = 3 \cdot [H_2]_1$
$[I_2]_2 = 3 \cdot [I_2]_1$

Подставим новые концентрации в кинетическое уравнение:

$v_2 = k \cdot [H_2]_2 \cdot [I_2]_2 = k \cdot (3 \cdot [H_2]_1) \cdot (3 \cdot [I_2]_1) = 9 \cdot (k \cdot [H_2]_1 \cdot [I_2]_1)$

Поскольку $v_1 = k \cdot [H_2]_1 \cdot [I_2]_1$, то $v_2 = 9 \cdot v_1$.

Следовательно, отношение скоростей $\frac{v_2}{v_1} = 9$.

Ответ: скорость образования иодоводорода увеличится в 9 раз.

г) концентрацию HI увеличить в 1,5 раза

Дано:

$[HI]_2 = 1.5 \cdot [HI]_1$

Найти:

Отношение скоростей $\frac{v_2}{v_1}$

Решение:

Скорость образования иодоводорода — это скорость прямой реакции $H_2 + I_2 \rightarrow 2HI$. Согласно закону действующих масс, скорость прямой реакции зависит только от концентраций исходных веществ (реагентов), то есть $[H_2]$ и $[I_2]$.

$v = k \cdot [H_2] \cdot [I_2]$

Концентрация продукта реакции ($HI$) не влияет на скорость прямой реакции. Она влияет на скорость обратной реакции ($2HI \rightarrow H_2 + I_2$). Так как в условии не было указано изменение концентраций $[H_2]$ и $[I_2]$, считаем их постоянными.

Следовательно, $v_2 = k \cdot [H_2]_1 \cdot [I_2]_1 = v_1$, и отношение скоростей $\frac{v_2}{v_1} = 1$.

Ответ: скорость образования иодоводорода не изменится.