Номер 4, страница 115 - гдз по химии 11 класс учебник Мычко, Прохоревич

4. Как рассчитывают среднюю скорость химической реакции исходя из уравнения реакции, объёма реакционной смеси и изменения количества (моль) одного из веществ за интервал времени $t_2-t_1$? Напишите соответствующее выражение.

Средняя скорость гомогенной химической реакции определяется как изменение концентрации одного из реагирующих веществ или продуктов реакции в единицу времени. Для расчета средней скорости реакции, исходя из заданных параметров, необходимо выполнить несколько шагов.

1. Определение изменения концентрации.

Скорость реакции обычно выражается через изменение молярной концентрации ($C$, моль/л). Молярная концентрация вещества вычисляется как отношение количества вещества ($n$, моль) к объёму системы ($V$, л):$C = \frac{n}{V}$Изменение концентрации вещества ($\Delta C$) за промежуток времени от $t_1$ до $t_2$ можно найти, зная изменение количества этого вещества ($\Delta n = n_2 - n_1$) и объём реакционной смеси $V$ (который для гомогенных реакций в жидкой или газовой фазе считается постоянным):$\Delta C = C_2 - C_1 = \frac{n_2}{V} - \frac{n_1}{V} = \frac{n_2 - n_1}{V} = \frac{\Delta n}{V}$

2. Учет времени реакции.

Средняя скорость изменения концентрации конкретного вещества — это отношение изменения его концентрации к промежутку времени, за который это изменение произошло ($\Delta t = t_2 - t_1$):$\frac{\Delta C}{\Delta t} = \frac{\Delta n}{V \cdot \Delta t}$

3. Использование уравнения реакции (учет стехиометрии).

Скорости расходования реагентов и образования продуктов в общем случае не равны друг другу и зависят от стехиометрических коэффициентов в уравнении реакции. Чтобы скорость реакции была величиной, не зависящей от того, по какому веществу она измеряется, скорость изменения концентрации каждого участника реакции делят на его стехиометрический коэффициент.Для обобщенной реакции:$aA + bB \rightarrow pP + qQ$где $A, B$ – реагенты, $P, Q$ – продукты, а $a, b, p, q$ – их стехиометрические коэффициенты, средняя скорость реакции ($\bar{v}$) определяется как:$\bar{v} = -\frac{1}{a}\frac{\Delta C_A}{\Delta t} = -\frac{1}{b}\frac{\Delta C_B}{\Delta t} = +\frac{1}{p}\frac{\Delta C_P}{\Delta t} = +\frac{1}{q}\frac{\Delta C_Q}{\Delta t}$Знак «минус» ставится для реагентов, так как их концентрация уменьшается ($\Delta C < 0$), чтобы скорость реакции была положительной величиной. Знак «плюс» ставится для продуктов, так как их концентрация увеличивается ($\Delta C > 0$).

Итоговое выражение.

Объединяя все вышесказанное, для расчета средней скорости химической реакции по изменению количества вещества $i$ ($\Delta n_i$), его стехиометрическому коэффициенту $\nu_i$ из уравнения реакции, объёму смеси $V$ и интервалу времени $\Delta t = t_2 - t_1$, используется следующее общее выражение:

$\bar{v} = \pm \frac{1}{\nu_i} \cdot \frac{\Delta C_i}{\Delta t} = \pm \frac{1}{\nu_i} \cdot \frac{\Delta n_i}{V \cdot \Delta t}$

В развернутом виде формула выглядит так:

$\bar{v} = \pm \frac{1}{\nu_i} \cdot \frac{n_{i,2} - n_{i,1}}{V \cdot (t_2 - t_1)}$

где:

$\bar{v}$ – средняя скорость реакции (моль/(л·с) или моль/(м³·с));

$\nu_i$ – стехиометрический коэффициент для вещества $i$ в уравнении реакции (безразмерная величина);

$n_{i,1}$ и $n_{i,2}$ – количество вещества $i$ (моль) в моменты времени $t_1$ и $t_2$ соответственно;

$V$ – объём реакционной смеси (л или м³);

$t_1$ и $t_2$ – начальный и конечный моменты времени (с).

Знак «+» выбирается, если вещество $i$ является продуктом реакции, а знак «–» – если реагентом.

Ответ: Среднюю скорость химической реакции ($\bar{v}$) рассчитывают по выражению: $\bar{v} = \pm \frac{1}{\nu_i} \cdot \frac{\Delta n_i}{V \cdot \Delta t}$, где $\Delta n_i$ – изменение количества вещества $i$ за промежуток времени $\Delta t = t_2 - t_1$, $V$ – объём реакционной смеси, $\nu_i$ – стехиометрический коэффициент вещества $i$ в уравнении реакции. Знак «+» используется для продуктов, «–» для реагентов.