Номер 8, страница 149 - гдз по химии 11 класс учебник Габриелян, Остроумов

Глава 4. Закономерности протекания химических реакций и физико-химических процессов. Параграф 21. Факторы, влияющие на скорость гомогенных и гетерогенных реакций - номер 8, страница 149.

Условие.

8. Во сколько раз надо увеличить концентрацию кислорода в реакции окисления оксида серы(IV) до оксида серы(VI), чтобы при уменьшении концентрации сернистого газа в пять раз средняя скорость реакции не изменилась?

Решение.

Решение 2.

Дано:

Реакция: $2SO_2 + O_2 \rightarrow 2SO_3$

Уменьшение концентрации $SO_2$: в 5 раз

Скорость реакции не изменилась: $v_1 = v_2$

Найти:

Во сколько раз нужно увеличить концентрацию $O_2$?

Решение:

1. Запишем уравнение реакции окисления оксида серы(IV) (сернистого газа) до оксида серы(VI):
$2SO_{2(г)} + O_{2(г)} \rightarrow 2SO_{3(г)}$

2. Согласно закону действующих масс, скорость химической реакции ($\text{v}$) для данного процесса выражается следующим образом:
$v = k \cdot C^2(SO_2) \cdot C(O_2)$
где $\text{k}$ – константа скорости реакции, $C(SO_2)$ и $C(O_2)$ – молярные концентрации реагентов.

3. Выразим начальную скорость реакции ($v_1$), обозначив начальные концентрации как $C_1(SO_2)$ и $C_1(O_2)$:
$v_1 = k \cdot C_1^2(SO_2) \cdot C_1(O_2)$

4. Выразим скорость реакции после изменения концентраций ($v_2$).
По условию, концентрацию сернистого газа уменьшили в 5 раз:
$C_2(SO_2) = \frac{C_1(SO_2)}{5}$
Концентрацию кислорода увеличили в $\text{x}$ раз (где $\text{x}$ - искомая величина):
$C_2(O_2) = x \cdot C_1(O_2)$
Тогда новая скорость реакции $v_2$ равна:
$v_2 = k \cdot C_2^2(SO_2) \cdot C_2(O_2) = k \cdot \left(\frac{C_1(SO_2)}{5}\right)^2 \cdot (x \cdot C_1(O_2))$
$v_2 = k \cdot \frac{C_1^2(SO_2)}{25} \cdot x \cdot C_1(O_2)$

5. По условию, средняя скорость реакции не изменилась, то есть $v_1 = v_2$. Приравняем выражения для скоростей:
$k \cdot C_1^2(SO_2) \cdot C_1(O_2) = k \cdot \frac{C_1^2(SO_2)}{25} \cdot x \cdot C_1(O_2)$

6. Сократим обе части уравнения на общие множители $k, C_1^2(SO_2)$ и $C_1(O_2)$:
$1 = \frac{1}{25} \cdot x$

7. Найдем $\text{x}$:
$x = 25$

Таким образом, для того чтобы скорость реакции не изменилась при уменьшении концентрации $SO_2$ в 5 раз, концентрацию $O_2$ необходимо увеличить в 25 раз.

Ответ: концентрацию кислорода надо увеличить в 25 раз.