Рассчитайте, как изменится скорость реакции образования оксида азота N2(г) + О2(г) ⇄ 2NO(г), если общее...

Рассмотрим реакцию образования оксида азота:

[ \text{N}_2(\text{г}) + \text{O}_2(\text{г}) \leftrightarrow 2\text{NO}(\text{г}). ]

Скорость реакции зависит от концентрации реагентов, что определяется законом действующих масс. Для реакции первого порядка по каждому реагенту, скорость реакции можно выразить следующим образом:

[ v = k [\text{N}_2][\text{O}_2], ]

где ( k ) — константа скорости, ([\text{N}_2]) и ([\text{O}_2]) — концентрации азота и кислорода соответственно.

Концентрация газов связана с давлением по уравнению идеального газа:

[ C = \frac{P}{RT}, ]

где ( C ) — концентрация, ( P ) — давление, ( R ) — универсальная газовая постоянная, ( T ) — температура.

Если общее давление в системе увеличивается в 3 раза, давления каждого газа также увеличатся в 3 раза, так как они пропорциональны:

[ P'_{\text{N}2} = 3P{\text{N}2}, ] [ P'{\text{O}2} = 3P{\text{O}_2}. ]

Соответственно, концентрации газов увеличатся в 3 раза:

[ [\text{N}_2]' = 3[\text{N}_2], ] [ [\text{O}_2]' = 3[\text{O}_2]. ]

Теперь, подставим эти новые концентрации в выражение для скорости реакции:

[ v' = k [\text{N}_2]'[\text{O}_2]' = k (3[\text{N}_2])(3[\text{O}_2]) = 9k [\text{N}_2][\text{O}_2]. ]

Таким образом, новая скорость реакции ( v' ) будет в 9 раз больше исходной скорости ( v ):

[ v' = 9v. ]

Следовательно, если общее давление в системе увеличить в 3 раза, скорость реакции образования оксида азота увеличится в 9 раз.

По уравнению Вант-Гоффа можно сказать, что увеличение давления в 3 раза уменьшит скорость реакции образования оксида азота в 3 раза.

Для решения данной задачи необходимо использовать принцип Ле-Шателье, который утверждает, что если на равновесную систему воздействует изменяющий внешний фактор, система смещается в направлении, противоположном этому воздействию, чтобы компенсировать его.

Из уравнения реакции видно, что количество вещества N2 и О2 соответственно входит в образование оксида азота. Увеличение общего давления в системе приведет к уменьшению объема газов, что повлечет за собой смещение равновесия реакции в сторону увеличения количества молекул газа.

Таким образом, при увеличении общего давления в системе в 3 раза, скорость реакции образования оксида азота также увеличится, поскольку увеличение давления будет стимулировать образование большего количества молекул газа (NO).