Как изменится скорость реакции N2+ 3H2 ↔ 2NH2 при уменьшении концентрации в 2 раза! Нужно полное решение

Для реакции N2 + 3H2 ↔ 2NH3 скорость реакции зависит от концентраций реагентов по уравнению скорости реакции:

r = k[N2][H2]^3,

где r - скорость реакции, k - константа скорости, [N2] - концентрация N2, [H2] - концентрация H2.

При уменьшении концентрации в 2 раза, концентрации N2 и H2 уменьшатся вдвое, то есть [N2] и [H2] станут равными 0,5[N2] и 0,5[H2] соответственно.

Таким образом, новая скорость реакции будет:

r' = k(0.5[N2])(0.5[H2])^3 = 0.0625k[N2][H2]^3 = 0.0625r.

Итак, скорость реакции уменьшится в 16 раз при уменьшении концентрации в 2 раза.

Давайте рассмотрим, как изменение концентрации реагентов влияет на скорость химической реакции. Для этого сначала определим вид реакции и её кинетическое уравнение.

Данная реакция: [ \text{N}_2 + 3\text{H}_2 \rightleftharpoons 2\text{NH}_3 ] является обратимой и в данном контексте мы сосредоточимся на прямой реакции образования аммиака.

Кинетическое уравнение

Скорость химической реакции в общем виде можно описать с помощью закона действующих масс. Для этой реакции кинетическое уравнение может быть записано как:

[ v = k \cdot [\text{N}_2]^m \cdot [\text{H}_2]^n ]

где:

• ( v ) — скорость реакции,
• ( k ) — константа скорости,
• ( [\text{N}_2] ) и ( [\text{H}_2] ) — концентрации азота и водорода,
• ( m ) и ( n ) — порядок реакции по азоту и водороду соответственно.

Для простоты предположим, что реакция элементарная, и порядок реакции соответствует стехиометрическим коэффициентам: ( m = 1 ), ( n = 3 ). Тогда:

[ v = k \cdot [\text{N}_2]^1 \cdot [\text{H}_2]^3 ]

Влияние изменения концентрации

Теперь рассмотрим, как изменение концентрации в 2 раза влияет на скорость реакции. Если концентрации азота и водорода уменьшаются в 2 раза, то новые концентрации будут:

[ [\text{N}_2]' = \frac{[\text{N}_2]}{2} ] [ [\text{H}_2]' = \frac{[\text{H}_2]}{2} ]

Подставим эти новые значения в уравнение скорости:

[ v' = k \cdot \left(\frac{[\text{N}_2]}{2}\right)^1 \cdot \left(\frac{[\text{H}_2]}{2}\right)^3 ]

Это можно упростить как:

[ v' = k \cdot \frac{[\text{N}_2]}{2} \cdot \frac{[\text{H}_2]^3}{8} ]

[ v' = \frac{k \cdot [\text{N}_2] \cdot [\text{H}_2]^3}{16} ]

Таким образом, новая скорость реакции будет в 16 раз меньше первоначальной скорости:

[ v' = \frac{v}{16} ]

Заключение

При уменьшении концентрации реагентов ( \text{N}_2 ) и ( \text{H}_2 ) в 2 раза, скорость прямой реакции образования аммиака уменьшается в 16 раз. Это связано с тем, что скорость реакции пропорциональна произведению концентраций реагентов в степени, равной порядку реакции по каждому из них.

При уменьшении концентрации веществ в 2 раза, скорость реакции также уменьшится в 2 раза. Это связано с тем, что скорость реакции зависит от концентраций реагентов в степени их коэффициентов в уравнении реакции. В данном случае, уменьшение концентрации веществ в 2 раза приведет к уменьшению скорости реакции в том же пропорциональном соотношении.