Розв’язання

а) Пряма реакція супроводжується поглинанням теплоти, тому нагрівання сприяє прямій реакції, і рівновага зміститься в бік продуктів. У ході прямої реакції збільшується число молекул у газовій фазі, тобто збільшується об'єм, тому підвищення тиску сприяє зворотній реакції, і рівновага зміщується в бік вихідних речовин.

б) У процесі нагрівання рівновага зміститься в бік продуктів. Тиск не впливає на стан рівноваги, оскільки в ході реакції число молекул у газовій фазі не змінюється, тобто не змінюється об'єм.

Приклад 2. Як впливатиме підвищення температури, тиску та збільшення концентрації СО на стан рівноваги в реакції:

C(графіт) + ½О₂ (г) ⇄ CO(г),  < O?

Розв’язання

Пряма реакція супроводжується виділенням теплоти, тому нагрівання сприяє зворотній реакції, і рівновага зміститься в бік вихідних речовин (←). У ході прямої реакції збільшується кількість молекул у газовій фазі, тому підвищення тиску сприяє зворотній реакції і рівновага зміщується в бік вихідних речовин (←). При збільшенні концентрації СО (продукт реакції), рівновага зміщується в бік реакції, у якій він витрачається, тобто в бік зворотної реакції (←).

Приклад 3. У скільки разів збільшиться швидкість реакції в результаті підвищення температури від 40⁰С до 80⁰С, якщо прийняти, що температурний коефіцієнт швидкості дорівнює 2?

Розв’язання

Обчислюємо швидкість реакції за правилом Вант-Гоффа. Підставляючи у формулу (2.21) дані, наведені в умові задачі, одержимо:

.

Відповідь: швидкість реакції збільшиться в 16 разів.

Приклад 4. Написати вирази для швидкостей реакцій:

а) СаО(т) + СО₂(г) = СаСО₃ (т);

б) 2NO(г) + O₂(г) = 2NO₂(г).

Розв’язання

Реакція „а” – гетерогенна, її швидкість залежить лише від концентрації газоподібного реагента: 

Реакція „б” – гомогенна, її швидкість залежить від концентрації обох вихідних газоподібних речовин: 

Приклад 5. Як зміниться швидкість реакції N₂(г)+3H₂(г)⇄2NH₃(г), якщо концентрації всіх речовин збільшити в 2 рази. Швидкість якої реакції – прямої чи зворотної стане більшою?

Розв’язання

Реакція одержання NH₃ оборотна, оскільки йде у двох протилежних напрямках.

Швидкість прямої реакції: .

Швидкість зворотної реакції: .

Після збільшення концентрації в 2 рази швидкість прямої реакції складе: , а швидкість зворотної реакції буде дорівнювати .

Швидкість прямої реакції зросла в: разів.

Швидкість зворотної реакції зросла в: рази.

Відповідь: швидкість прямої реакції у порівнянні зі швидкістю зворотної реакції зросте в 4 рази.

Завдання для самоконтролю

1. Що вивчає хімічна кінетика?

2. Які фактори впливають на швидкість реакції?

3. Наведіть математичний вираз закону діючих мас. Який фізичний зміст константи швидкості реакції?

4. Наведіть математичний вираз залежності швидкості реакції від температури.

5. Що показує температурний коефіцієнт швидкості реакції? Які він може мати значення?

6. У чому відмінність каталізаторів від інших речовин, які впливають на швидкість реакції? Наведіть приклади каталізаторів.

7. У чому відмінність гомогенного та гетерогенного каталізу? Наведіть приклади.

8. Поясніть вплив каталізаторів на енергію активації.

9. Що визначає принцип Ле-Шательє? Як впливає зміна температури, тиску та концентрації компонентів системи на рівноважний вихід продуктів реакції? Наведіть приклади.

10. Які процеси називають оборотними?

11. Що є критерієм напрямку перебігу самодовільних хімічних реакцій?

12. Дайте визначення та наведіть приклади гомогенних та гетерогенних реакцій і вирази для розрахунку їх швидкості.

13. Згідно закону діючих мас наведіть вирази для розрахунку швидкості прямої та зворотної реакцій для наступних процесів:

а) Н₂(г) + І₂(г) ⇄ 2НІ (г); в) N₂(г)+ 3Н₂(г) ⇄ 2NH₃(г);

б) 2NО(г) + O₂(г) ⇄ 2NO₂(г); г) 4NH₃(г) + 5O₂(г) ⇄4NО(г) + 6Н₂О(г).

14. Температурний коефіцієнт швидкості деякої реакції дорівнює 3. У скільки разів збільшиться швидкість цієї реакції, якщо підвищити температуру на 20⁰С?

15. Як зміниться швидкість реакції 2NО(г) + O₂(г) ⇄ 2NO₂(г), якщо: а) збільшити тиск у системі в 3 рази; б) зменшити об’єм системи в 3 рази; в) збільшити концентрацію NО в 3 рази?

16. Обчисліть температурний коефіцієнт швидкості реакції, якщо при збільшенні температури на 30⁰С швидкість реакції зросла в 8 разів.

17. В який бік зміщується рівновага наступних реакцій

1) 2Н₂(г) + O₂(г)  ⇄ 2Н₂O(г), Н = – 483,6 кДж;

2) PCl₅(г) ⇄ PCl₃(г) +  Cl₂(г), Н = 92,59 кДж;

3) N₂(г) + 3Н₂(г) ⇄ 2NH₃(г), Н = – 92,4 кДж;

4) Н₂О(г) + СO(г)  ⇄ СО₂(г) + Н₂(г), Н = – 41,22 кДж;

5) СO₂(г) + С(т) = 2СО(г), Н = 172 кДж.

при: а) підвищенні тиску, б) зменшенні температури, в) збільшенні концентрації продуктів реакції? Наведіть вирази констант рівноваги для цих реакцій.

18. У системі СО(г) + Сl₂(г) = СОСl₂(г) концентрацію СО збільшили від 0,03 моль/л до 0,12 моль/л, а концентрацію хлору – від 0,02 моль/л до 0,06 моль/л. У скільки разів зросла швидкість прямої реакції?

19. Обчисліть значення константи швидкості реакції А + В = АВ, якщо концентрації реагентів дорівнюють відповідно 0,05 моль/л і 0,01 моль/л, а швидкість реакції становить 510^–5 моль/л·хв.

20. Обчисліть, як зміниться швидкість прямої і зворотної реакцій в системі 2NО(г) + O₂(г) ⇄ 2NO₂(г), якщо збільшити концентрації речовин в 2 рази.