Номер 35, страница 33 - гдз по химии 9 класс сборник задач и упражнений Габриелян, Тригубчак

Упражнения и задачи для самостоятельного решения. 4. Основы термохимии и химической кинетики - номер 35, страница 33.

Условие.

35. Как изменится скорость образования диоксида азота в реакции оксида азота(II) с кислородом, если давление в системе увеличить в 3 раза, а температуру оставить неизменной?

Решение.

Решение 2.

Дано:

Реакция: окисление оксида азота(II) кислородом.

Увеличение давления в 3 раза.

Температура постоянна ($T = \text{const}$).

Найти:

Отношение конечной скорости реакции к начальной ($\frac{v_2}{v_1}$).

Решение:

1. Сначала запишем уравнение реакции образования диоксида азота из оксида азота(II) и кислорода:

$2NO_{(г)} + O_{2(г)} \rightarrow 2NO_{2(г)}$

2. Скорость химической реакции для газофазных реакций определяется законом действующих масс. Для данной реакции выражение для скорости ($v$) выглядит следующим образом:

$v = k \cdot [NO]^2 \cdot [O_2]$

где $k$ — константа скорости реакции, которая зависит от температуры (но по условию температура не меняется), а $[NO]$ и $[O_2]$ — молярные концентрации реагирующих веществ.

3. Необходимо определить, как изменение давления влияет на концентрации газов. Из уравнения состояния идеального газа (уравнения Менделеева-Клапейрона) $P \cdot V = n \cdot R \cdot T$, можно выразить молярную концентрацию $C = \frac{n}{V}$:

$C = \frac{P}{R \cdot T}$

Поскольку универсальная газовая постоянная $R$ и температура $T$ в данном случае постоянны, концентрация каждого газа в смеси прямо пропорциональна его парциальному давлению. Увеличение общего давления в системе в 3 раза (при постоянной температуре это достигается уменьшением объема в 3 раза) приводит к увеличению парциальных давлений и, следовательно, концентраций каждого из компонентов газовой смеси также в 3 раза.

4. Теперь рассчитаем, как изменится скорость реакции.

Пусть начальная скорость реакции (до увеличения давления) равна $v_1$. Она выражается через начальные концентрации $[NO]_1$ и $[O_2]_1$:

$v_1 = k \cdot [NO]_1^2 \cdot [O_2]_1$

После увеличения давления в 3 раза новые концентрации реагентов ($[NO]_2$ и $[O_2]_2$) станут в 3 раза больше начальных:

$[NO]_2 = 3 \cdot [NO]_1$

$[O_2]_2 = 3 \cdot [O_2]_1$

Подставим новые значения концентраций в выражение для скорости, чтобы найти новую скорость $v_2$:

$v_2 = k \cdot [NO]_2^2 \cdot [O_2]_2 = k \cdot (3 \cdot [NO]_1)^2 \cdot (3 \cdot [O_2]_1)$

Упростим полученное выражение:

$v_2 = k \cdot (9 \cdot [NO]_1^2) \cdot (3 \cdot [O_2]_1) = 27 \cdot (k \cdot [NO]_1^2 \cdot [O_2]_1)$

5. Найдем отношение новой скорости $v_2$ к начальной $v_1$:

$\frac{v_2}{v_1} = \frac{27 \cdot k \cdot [NO]_1^2 \cdot [O_2]_1}{k \cdot [NO]_1^2 \cdot [O_2]_1} = 27$

Таким образом, скорость реакции увеличится в 27 раз.

Ответ:

Скорость образования диоксида азота увеличится в 27 раз.