Номер 3, страница 115 - гдз по химии 11 класс учебник Мычко, Прохоревич

3. Почему для вычисления скорости реакции требуется, чтобы объём реакционной смеси был постоянным?

Для вычисления скорости химической реакции требуется, чтобы объём реакционной смеси был постоянным, так как само определение скорости реакции напрямую связано с концентрацией веществ, которая, в свою очередь, зависит от объёма.

1. Определение скорости реакции. Скорость гомогенной (протекающей в одной фазе) реакции определяется как изменение концентрации одного из реагирующих веществ или продуктов реакции за единицу времени. Математически это выражается формулой:

$v = \pm \frac{\Delta C}{\Delta t}$

где $v$ – скорость реакции, $\Delta C$ – изменение молярной концентрации вещества, а $\Delta t$ – промежуток времени, за который это изменение произошло. Знак «+» ставится, если речь идет о продукте реакции (его концентрация растет), и «–», если о реагенте (его концентрация убывает).

2. Связь концентрации и объёма. Молярная концентрация ($C$) по определению — это отношение количества вещества ($\nu$, в молях) к объёму системы ($V$):

$C = \frac{\nu}{V}$

3. Влияние изменения объёма. Теперь подставим определение концентрации в формулу скорости реакции:

$v = \pm \frac{\Delta (\frac{\nu}{V})}{\Delta t}$

Если объём $V$ является постоянной величиной ($V = \text{const}$), его можно вынести за знак изменения ($\Delta$):

$v = \pm \frac{1}{V} \frac{\Delta \nu}{\Delta t}$

В этом случае изменение концентрации ($\Delta C$) происходит только за счет химического превращения, то есть изменения количества вещества ($\Delta \nu$). Таким образом, измеренная скорость реакции будет точно отражать, насколько быстро реагенты превращаются в продукты.

Если же объём $V$ будет меняться в ходе реакции (например, в газовых реакциях с изменением числа молей в незамкнутом сосуде с поршнем), то изменение концентрации $\Delta C$ будет вызвано двумя факторами одновременно:

изменением количества вещества $\Delta \nu$ в результате реакции;

изменением объёма системы $\Delta V$.

В такой ситуации разделить эти два эффекта и определить истинную скорость химического превращения становится математически сложно и неоднозначно. Изменение концентрации уже не будет напрямую характеризовать только ход самой реакции.

Вывод: Условие постоянства объёма является ключевым для упрощения расчетов и для того, чтобы изменение концентрации однозначно соответствовало скорости протекания химического процесса, а не было искажено физическими процессами, такими как расширение или сжатие смеси.

Ответ: Требование постоянства объёма реакционной смеси необходимо для того, чтобы изменение концентрации веществ, используемое для вычисления скорости реакции, было вызвано исключительно химическим превращением (изменением количества вещества), а не одновременным изменением объёма системы. Это позволяет корректно и однозначно измерять и интерпретировать скорость химической реакции.