Абитуриенту

Виртуальный репетитор: решение задач

Химическая кинетика и катализ. Химическое равновесие

Тепловой эффект химической реакции.
Экзо- и эндотермические реакции.
Направление протекания химических реакций.
Реакции обратимые и необратимые.
Скорость химических реакций.
Химическое равновесие. Закон действующих масс.
Константа химического равновесия.
Сдвиг химического равновесия. Принцип Ле Шателье.

Примеры решения типовых задач

Задача 1. Атмосферные загрязнения постепенно уничтожают защитный озоновый слой Земли. Озоновому слою угрожают поступающие в атмосферу фторированные и хлорированные углеводороды - фреоны, например, CCl₃F, CCl₂F₂, CClF₃. Они химически стабильны в нижних слоях атмосферы, но в стратосфере под действием ультрафиолетового излучения Солнца разрушаются, выделяя атомный хлор, после чего начинают протекать реакции взаимодействия атомного хлора с озоном. Рассчитайте скорость такой реакции с образованием кислорода и монооксида хлора, если через 15 с после начала реакции молярная концентрация озона была 0,3 моль/л, а через 35 с (от начала реакции) стала равна 0,15 моль/л.

Решение. Запишем уравнение реакции и условие задачи в формульном виде:

^. Cl + O₃ = ^. ClO + O₂

c₁(O₃) = 0,3 моль/л; t₁ = 15 c; c₂(O₃) = 0,15 моль/л; t₂ = 35 c

v = ?

Скорость реакции определяется как изменение концентрации участвующего в ней вещества, отнесенной к промежутку времени, за который произошло это изменение, а именно:

v = {c₁(O₃) - c₂(O₃)} / (t₂ - t₁) = (0,30 - 0,15) : (35 - 15) [(моль/л):c] = 0,0075 моль/(л ^. с)

Ответ. 0,0075 моль / (л ^. с).

Задача 2. Диоксид серы - самый распространенный загрязнитель воздуха. Он опасен для здоровья людей, особенно тех, кто страдает заболеваниями дыхательных путей. Диоксид серы снижает продуктивность сельскохозяйственных культур, замедляет рост леса, пагубно действует на строительные материалы, содержащие карбонат кальция. В атмосфере диоксид серы окисляется до триоксида серы; при этом роль катализатора играет находящаяся в воздухе пыль оксидов металлов. Капли влаги превращают SO₃ в серную кислоту, которая вместе с атмосферными осадками выпадает в виде "кислотных дождей". Рассчитайте значение константы скорости реакции диоксида серы с атомным кислородом, если при концентрациях SO₂ и [O], равных соответственно 0,25 моль/л и 0,6 моль/л, скорость реакции равна 0,003 моль / (л ^. с).

Решение. Запишем уравнение реакции и условие задачи в формульном виде:

^. O + SO₂ = SO₃

c(SO₂) = 0,25 моль/л; c(O) = 0,6 моль/л; v = 0,003 моль / (л ^. с)

k = ?

Скорость реакции определяется как произведение константы скорости и концентраций реагентов в степенях, равных их стехиометрическим коэффициентам в уравнении реакции:

v = k ^. c(SO₂) ^. c(O). Отсюда: k = v / {c (SO₂) ^. c(O)} =

= 0,003 / (0,25 ^. 0,6) [л / (моль ^. с)] = 0,02 л / (моль ^. с)

Ответ. Константа скорости реакции равна 0,02 л / (моль ^. с)

Задача 3. Важнейшие источники восполнения запаса кислорода в атмосфере - это диоксид углерода и вода. Часть кислорода образуется в стратосфере в результате диссоциации газообразной воды под действием солнечного излучения, когда сначала из воды получаются атомный водород и гидроксильные радикалы ( ^. ОН), а затем при взаимодействии двух гидроксильных радикалов образуются атомный водород и молекулярный кислород. В сколько раз увеличится скорость второй реакции, если концентрация гидроксильных радикалов возрастет в 3 раза?

Решение. Запишем уравнение реакции и условие задачи в формульном виде:

2 ( ^. OH) = 2 ( ^. H) + O₂

c₂(OH) = 3 c₁(OH);

v₂ : v₁ = ?

Скорость реакции определяется как произведение константы скорости и концентраций реагентов в квадрате (соответственно стехиометрическому коэффициенту при ^. OH). Отношение скоростей реакции в первом и втором случае:

v₂ : v₁ = {k ^. c₂²(OH)} / {k ^. c₁²(OH)} = 32 ^. c₁²(OH) : c₁²(OH) = 9 : 1

Ответ. При увеличении концентрации реагента в 3 раза скорость реакции возросла в 9 раз.

Если приведенные здесь типовые задачи стали Вам совершенно понятны, приступайте к решению дополнительных задач.