Номер 603, страница 100 - гдз по химии 11 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

603. *В системе установилось равновесие:

$N_{2(\text{г})} + 3H_{2(\text{г})} \rightleftharpoons 2NH_{3(\text{г})}$

Рассчитайте отношение скорости прямой реакции к скорости обратной реакции после увеличения давления в 3 раза.

Дано:

Реакция: $N_{2(г)} + 3H_{2(г)} \rightleftharpoons 2NH_{3(г)}$

Начальное состояние: равновесие.

Изменение: давление в системе увеличено в 3 раза.

Найти:

Отношение скорости прямой реакции к скорости обратной реакции после увеличения давления ($v'_1 / v'_2$).

Решение:

Запишем выражения для скоростей прямой ($v_1$) и обратной ($v_2$) реакций согласно закону действующих масс:

$v_1 = k_1 \cdot [N_2] \cdot [H_2]^3$

$v_2 = k_2 \cdot [NH_3]^2$

где $k_1$ и $k_2$ — константы скорости прямой и обратной реакций, а $[X]$ — молярная концентрация вещества X.

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

$v_{1,равн} = v_{2,равн}$

$k_1 \cdot [N_2]_{равн} \cdot [H_2]^3_{равн} = k_2 \cdot [NH_3]^2_{равн}$

Увеличение давления в системе в 3 раза при постоянной температуре приводит к уменьшению объема системы в 3 раза. Следовательно, концентрация каждого из газообразных веществ увеличится в 3 раза.

Новые концентрации веществ сразу после увеличения давления будут:

$[N_2]' = 3 \cdot [N_2]_{равн}$

$[H_2]' = 3 \cdot [H_2]_{равн}$

$[NH_3]' = 3 \cdot [NH_3]_{равн}$

Теперь рассчитаем новые скорости прямой ($v'_1$) и обратной ($v'_2$) реакций с новыми концентрациями:

$v'_1 = k_1 \cdot [N_2]' \cdot [H_2]'^3 = k_1 \cdot (3 \cdot [N_2]_{равн}) \cdot (3 \cdot [H_2]_{равн})^3$

$v'_1 = k_1 \cdot 3 \cdot [N_2]_{равн} \cdot 27 \cdot [H_2]^3_{равн} = 81 \cdot (k_1 \cdot [N_2]_{равн} \cdot [H_2]^3_{равн}) = 81 \cdot v_{1,равн}$

Таким образом, скорость прямой реакции увеличилась в 81 раз.

$v'_2 = k_2 \cdot [NH_3]'^2 = k_2 \cdot (3 \cdot [NH_3]_{равн})^2 = k_2 \cdot 9 \cdot [NH_3]^2_{равн} = 9 \cdot (k_2 \cdot [NH_3]^2_{равн}) = 9 \cdot v_{2,равн}$

Скорость обратной реакции увеличилась в 9 раз.

Найдем отношение новой скорости прямой реакции к новой скорости обратной реакции:

$\frac{v'_1}{v'_2} = \frac{81 \cdot v_{1,равн}}{9 \cdot v_{2,равн}}$

Так как в исходном состоянии $v_{1,равн} = v_{2,равн}$, мы можем сократить эти величины:

$\frac{v'_1}{v'_2} = \frac{81}{9} = 9$

Ответ: отношение скорости прямой реакции к скорости обратной реакции после увеличения давления равно 9.