Номер 7, страница 142 - гдз по химии 11 класс учебник Габриелян, Остроумов

Глава 4. Закономерности протекания химических реакций и физико-химических процессов. Параграф 20. Скорость химических реакций - номер 7, страница 142.

Условие.

7. Вычислите среднюю скорость реакции $CO(г.) + 2H_2(г.) \rightarrow CH_3OH(г.)$ при температуре 550 °С, если за 20 мин концентрация оксида углерода(II) в газовой смеси уменьшилась с 2,4 моль/л до 1,6 моль/л.

Решение.

Решение 2.

Дано:

Уравнение реакции: $CO(г.) + 2H_2(г.) \rightarrow CH_3OH(г.)$
Начальная концентрация оксида углерода(II), $C_1(CO)$ = 2,4 моль/л
Конечная концентрация оксида углерода(II), $C_2(CO)$ = 1,6 моль/л
Промежуток времени, $\Delta t$ = 20 мин

Перевод в систему СИ:
$\Delta t = 20 \text{ мин} = 20 \times 60 \text{ с} = 1200 \text{ с}$

Найти:

Среднюю скорость реакции, $v_{ср}$ - ?

Решение:

Средняя скорость химической реакции определяется как изменение концентрации одного из реагирующих веществ за единицу времени. Для расчета средней скорости реакции по изменению концентрации реагента (в данном случае CO) используется формула:

$v_{ср} = - \frac{\Delta C}{\Delta t} = - \frac{C_2 - C_1}{\Delta t}$

Знак "минус" в формуле необходим, так как концентрация исходного вещества ($C_1$) со временем уменьшается ($C_2 < C_1$), и изменение концентрации $\Delta C = (C_2 - C_1)$ является отрицательной величиной. Скорость реакции всегда положительна.

Сначала найдем изменение концентрации оксида углерода(II):

$\Delta C(CO) = C_2(CO) - C_1(CO) = 1,6 \text{ моль/л} - 2,4 \text{ моль/л} = -0,8 \text{ моль/л}$

Теперь подставим значения в формулу для расчета средней скорости, выраженной в моль/(л·с), используя время в секундах:

$v_{ср} = - \frac{-0,8 \text{ моль/л}}{1200 \text{ с}} = \frac{0,8}{1200} \text{ моль/(л·с)} \approx 0,00067 \text{ моль/(л·с)}$

Также можно рассчитать скорость реакции в моль/(л·мин), используя исходные данные времени:

$v_{ср} = - \frac{-0,8 \text{ моль/л}}{20 \text{ мин}} = \frac{0,8}{20} \text{ моль/(л·мин)} = 0,04 \text{ моль/(л·мин)}$

Температура 550 °C является условием протекания реакции и влияет на значение скорости, но для расчета средней скорости по заданным изменениям концентрации и времени она не используется.

Ответ: средняя скорость реакции составляет $0,00067$ моль/(л·с) или $0,04$ моль/(л·мин).