Номер 602, страница 100 - гдз по химии 11 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

602. *В системе установилось равновесие:

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

Рассчитайте отношение величины скорости прямой реакции к величине скорости обратной реакции после увеличения концентрации оксида азота(II) в 3 раза и оксида азота(IV) в 2 раза.

Дано:

Реакция в состоянии равновесия: $2NO_{(г)} + O_{2(г)} \rightleftharpoons 2NO_{2(г)}$

Начальное состояние (равновесие): $v_{1,равн} = v_{2,равн}$

Изменение концентрации оксида азота(II): $[NO]' = 3 \cdot [NO]_{равн}$

Изменение концентрации оксида азота(IV): $[NO_2]' = 2 \cdot [NO_2]_{равн}$

Концентрация кислорода не изменяется: $[O_2]' = [O_2]_{равн}$

Найти:

Отношение скорости прямой реакции к скорости обратной реакции после изменения концентраций: $\frac{v'_1}{v'_2}$

Решение:

Запишем выражения для скоростей прямой и обратной реакций, используя закон действующих масс. Для элементарных реакций (или если не указано иное) показатели степени в кинетическом уравнении равны стехиометрическим коэффициентам.

Скорость прямой реакции ($v_1$): $v_1 = k_1 \cdot [NO]^2 \cdot [O_2]$

Скорость обратной реакции ($v_2$): $v_2 = k_2 \cdot [NO_2]^2$

где $k_1$ и $k_2$ – константы скорости прямой и обратной реакций, а в квадратных скобках указаны молярные концентрации веществ.

В начальном состоянии система находится в равновесии, это означает, что скорости прямой и обратной реакций равны:

$v_{1,равн} = v_{2,равн}$

Следовательно:

$k_1 \cdot [NO]_{равн}^2 \cdot [O_2]_{равн} = k_2 \cdot [NO_2]_{равн}^2$

После увеличения концентрации оксида азота(II) в 3 раза и оксида азота(IV) в 2 раза, система выходит из состояния равновесия. Рассчитаем новые скорости прямой ($v'_1$) и обратной ($v'_2$) реакций при новых концентрациях:

Новая скорость прямой реакции:

$v'_1 = k_1 \cdot ([NO]')^2 \cdot [O_2]' = k_1 \cdot (3 \cdot [NO]_{равн})^2 \cdot [O_2]_{равн} = 9 \cdot (k_1 \cdot [NO]_{равн}^2 \cdot [O_2]_{равн})$

Так как выражение в скобках равно начальной скорости прямой реакции $v_{1,равн}$, то:

$v'_1 = 9 \cdot v_{1,равн}$

Новая скорость обратной реакции:

$v'_2 = k_2 \cdot ([NO_2]')^2 = k_2 \cdot (2 \cdot [NO_2]_{равн})^2 = 4 \cdot (k_2 \cdot [NO_2]_{равн}^2)$

Так как выражение в скобках равно начальной скорости обратной реакции $v_{2,равн}$, то:

$v'_2 = 4 \cdot v_{2,равн}$

Теперь найдем отношение новой скорости прямой реакции к новой скорости обратной реакции:

$\frac{v'_1}{v'_2} = \frac{9 \cdot v_{1,равн}}{4 \cdot v_{2,равн}}$

Поскольку в начальном состоянии равновесия $v_{1,равн} = v_{2,равн}$, мы можем сократить эти величины в числителе и знаменателе:

$\frac{v'_1}{v'_2} = \frac{9}{4} = 2.25$

Таким образом, после изменения концентраций скорость прямой реакции станет в 2,25 раза больше скорости обратной реакции.

Ответ: отношение величины скорости прямой реакции к величине скорости обратной реакции равно 2,25.