Страница 17 - гдз по химии 9 класс рабочая тетрадь Габриелян, Сладков

4. Скорость реакции

$2SO_2 + O_2 \rightleftharpoons 2SO_3 + Q$

можно увеличить

а) повышением давления

б) уменьшением давления

в) увеличением концентрации продуктов реакции

г) уменьшением концентрации продуктов реакции

Ответ: □ и □

Рассмотрим, как каждый из предложенных факторов влияет на скорость химической реакции, протекающей в газовой фазе:

$2SO_2(г) + O_2(г) \rightleftharpoons 2SO_3(г) + Q$

Скорость реакции зависит от нескольких факторов, включая концентрацию реагентов, давление (для газов), температуру и наличие катализатора. Увеличить скорость реакции означает ускорить процесс образования продуктов.

а) повышением давления

Данная реакция является газофазной. Повышение давления в системе приводит к увеличению концентрации всех газообразных участников реакции. Согласно закону действующих масс, скорость прямой реакции пропорциональна концентрациям реагентов ($v_{прямая} = k \cdot [SO_2]^2 \cdot [O_2]$). Таким образом, увеличение концентраций $SO_2$ и $O_2$ приведет к увеличению скорости прямой реакции. Кроме того, согласно принципу Ле Шателье, повышение давления смещает равновесие в сторону меньшего числа молей газа. В левой части уравнения $2+1=3$ моль газа, в правой — $2$ моля. Следовательно, равновесие сместится вправо, что также способствует увеличению скорости образования $SO_3$. Этот способ подходит для увеличения скорости реакции.

б) уменьшением давления

Уменьшение давления приведет к обратным последствиям: концентрации газообразных реагентов понизятся, что вызовет замедление прямой реакции. Равновесие сместится влево, в сторону большего объема газов. Этот способ уменьшит скорость реакции.

в) увеличением концентрации продуктов реакции

Продуктом реакции является оксид серы(VI) ($SO_3$). Увеличение концентрации продукта увеличивает скорость обратной реакции ($2SO_3 \rightarrow 2SO_2 + O_2$). Это приводит к смещению равновесия влево (в сторону реагентов) и, следовательно, к уменьшению чистой (результирующей) скорости образования $SO_3$. Этот способ не подходит.

г) уменьшением концентрации продуктов реакции

Удаление продукта реакции ($SO_3$) из реакционной смеси приводит к уменьшению скорости обратной реакции. В соответствии с принципом Ле Шателье, система будет стремиться противодействовать этому изменению, смещая равновесие вправо для восполнения убыли продукта. В результате результирующая скорость реакции в направлении образования $SO_3$ увеличится. Этот способ подходит для увеличения скорости реакции.

Ответ: а и г.

5. С помощью метода электронного баланса запишите уравнение реакции, схема которой

$NH_3 + O_2 \to NO + \text{____}$

Решение

Чтобы уравнять химическую реакцию методом электронного баланса, необходимо выполнить следующие шаги:

1. Определить полный состав продуктов реакции. При каталитическом окислении аммиака ($NH_3$) кислородом ($O_2$) образуются оксид азота(II) ($NO$) и вода ($H_2O$). Таким образом, полная схема реакции:

$NH_3 + O_2 \rightarrow NO + H_2O$

2. Расставить степени окисления для всех элементов в реагентах и продуктах.

$ \stackrel{-3}{N} \stackrel{+1}{H}_3 + \stackrel{0}{O}_2 \rightarrow \stackrel{+2}{N} \stackrel{-2}{O} + \stackrel{+1}{H}_2 \stackrel{-2}{O} $

3. Определить, какие элементы изменили свою степень окисления. В данной реакции это азот и кислород.

• Азот (N) повысил свою степень окисления с -3 до +2. Это процесс окисления. Вещество, содержащее этот элемент ($NH_3$), является восстановителем.
• Кислород (O) понизил свою степень окисления с 0 до -2. Это процесс восстановления. Вещество ($O_2$) является окислителем.

4. Составить электронные уравнения для процессов окисления и восстановления.

Процесс окисления (отдача электронов):

$N^{-3} - 5e^- \rightarrow N^{+2}$

Процесс восстановления (принятие электронов):

$O_2^0 + 4e^- \rightarrow 2O^{-2}$

5. Найти наименьшее общее кратное (НОК) для числа отданных (5) и принятых (4) электронов, чтобы сбалансировать их. НОК(5, 4) = 20. Найти дополнительные множители для каждого процесса, разделив НОК на число электронов в полуреакции.

$N^{-3} - 5e^- \rightarrow N^{+2}$ | 4
$O_2^0 + 4e^- \rightarrow 2O^{-2}$ | 5

6. Использовать полученные множители (4 и 5) в качестве стехиометрических коэффициентов в основном уравнении реакции. Коэффициент 4 ставится перед соединениями азота, а коэффициент 5 — перед кислородом.

$4NH_3 + 5O_2 \rightarrow 4NO + H_2O$

7. Уравнять остальные элементы. В данном случае — водород. Слева в $4NH_3$ находится $4 \times 3 = 12$ атомов водорода. Чтобы получить 12 атомов водорода справа, нужно поставить коэффициент 6 перед $H_2O$ ($6 \times 2 = 12$).

$4NH_3 + 5O_2 \rightarrow 4NO + 6H_2O$

8. Проверить баланс атомов кислорода. Слева в $5O_2$ находится $5 \times 2 = 10$ атомов кислорода. Справа в $4NO$ — 4 атома, и в $6H_2O$ — 6 атомов. Всего справа $4 + 6 = 10$ атомов кислорода. Баланс соблюден.

Ответ: $4NH_3 + 5O_2 \rightarrow 4NO + 6H_2O$.

6. В реакции, уравнение которой вы записали для задания 5, молярная концентрация аммиака за 1,2 мин уменьшилась с 1,75 моль/л до 0,55 моль/л. Рассчитайте скорость реакции за указанный промежуток времени.

Дано:

Решение:

Дано:

Начальная молярная концентрация аммиака $C_1 = 1,75$ моль/л

Конечная молярная концентрация аммиака $C_2 = 0,55$ моль/л

Промежуток времени $\Delta t = 1,2$ мин

$\Delta t = 1,2 \text{ мин} = 1,2 \cdot 60 \text{ с} = 72 \text{ с}$

Найти:

Скорость реакции $v$

Решение:

Средняя скорость химической реакции ($v$) определяется как изменение концентрации ($\Delta C$) одного из участвующих в реакции веществ за промежуток времени ($\Delta t$).

Поскольку аммиак является исходным веществом и его концентрация в ходе реакции уменьшается, для расчета скорости используется следующая формула:

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

где $C_1$ – начальная концентрация, а $C_2$ – конечная концентрация.

Сначала найдем изменение концентрации аммиака:

$\Delta C = C_2 - C_1 = 0,55 \text{ моль/л} - 1,75 \text{ моль/л} = -1,2 \text{ моль/л}$

Теперь подставим значения в формулу для скорости реакции, используя время в секундах для получения стандартных единиц измерения моль/(л·с):

$v = \frac{-( -1,2 \text{ моль/л})}{72 \text{ с}} = \frac{1,2 \text{ моль/л}}{72 \text{ с}} \approx 0,0167 \text{ моль/(л·с)}$

Также можно рассчитать скорость в моль/(л·мин):

$v = \frac{1,2 \text{ моль/л}}{1,2 \text{ мин}} = 1 \text{ моль/(л·мин)}$

Обычно скорость реакции выражают в моль/(л·с), если не указано иное.

Ответ: скорость реакции составляет приблизительно $0,0167$ моль/(л·с) (или $1$ моль/(л·мин)).