Во сколько раз следует увеличить концентрацию водорода в системе N2+3H2=2NH3, чтобы скорость реакции...

Для того чтобы понять, во сколько раз следует увеличить концентрацию водорода в системе N2+3H2=2NH3, чтобы скорость реакции возросла в 100 раз, необходимо использовать закон действующих масс.

Сначала определим, как изменится скорость реакции при изменении концентрации водорода. Пусть исходная скорость реакции равна V0, а новая скорость – V. Тогда мы знаем, что V = k*[H2]^m, где k – константа скорости реакции, [H2] – концентрация водорода, m – порядок реакции по водороду.

Если увеличить концентрацию водорода в системе в x раз, то новая концентрация водорода будет [H2] = x[H2]0, где [H2]0 – исходная концентрация водорода. Тогда новая скорость реакции будет V = k(x[H2]0)^m = kx^m*[H2]0^m.

Поскольку нам известно, что скорость реакции должна возрасти в 100 раз, то V = 100V0. Подставляя выражения для V и V0, получаем: kx^m[H2]0^m = 100k*[H2]0^m, откуда x^m = 100.

Так как порядок реакции по водороду равен 3 (так как в уравнении реакции перед водородом стоит коэффициент 3), то x = 100^(1/3) ≈ 4.64.

Таким образом, чтобы скорость реакции в системе N2+3H2=2NH3 возросла в 100 раз, необходимо увеличить концентрацию водорода примерно в 4.64 раза.

Для решения этой задачи необходимо воспользоваться законом действующих масс, который определяет зависимость скорости химической реакции от концентрации реагентов. Для данной реакции N₂ + 3H₂ = 2NH₃ скорость реакции можно выразить как:

[ v = k \cdot [\text{N}_2]^a \cdot [\text{H}_2]^b ]

где ( v ) — скорость реакции, ( k ) — константа скорости реакции, ([\text{N}_2]) и ([\text{H}_2]) — концентрации азота и водорода соответственно, а ( a ) и ( b ) — порядок реакции по каждому из реагентов. Для реакции синтеза аммиака обычно считается, что она элементарная, то есть порядок по азоту ( a = 1 ), а по водороду ( b = 3 ).

Таким образом, скорость реакции выражается как:

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

Необходимо увеличить скорость реакции в 100 раз:

[ 100v = k \cdot [\text{N}_2] \cdot ([\text{H}_2] \cdot x)^3 ]

где ( x ) — коэффициент увеличения концентрации водорода.

Подставляя в уравнение:

[ 100 \cdot k \cdot [\text{N}_2] \cdot [\text{H}_2]^3 = k \cdot [\text{N}_2] \cdot (x^3 \cdot [\text{H}_2]^3) ]

Сокращая ( k \cdot [\text{N}_2] \cdot [\text{H}_2]^3 ) с обеих сторон, получаем:

[ 100 = x^3 ]

Решая это уравнение относительно ( x ), получаем:

[ x = \sqrt[3]{100} ]

Приблизительно:

[ x \approx 4.64 ]

Таким образом, чтобы увеличить скорость реакции в 100 раз, необходимо увеличить концентрацию водорода примерно в 4.64 раза.