Question

Как изменится скорость химической реакции: NO(г) + O2(г) → NO2(г), если температуру процесса повысить на 20°C (γ = 3)?

Answer 1

Если температурный коэффициент реакции равен 3 (γ = 3), то скорость реакции будет увеличиваться в 3 раза при повышении температуры на 10 градусов. Следовательно, скорость реакции возрастет в 9 раз.

Answer 2

Для определения того, как изменится скорость химической реакции при изменении температуры, используется уравнение Аррениуса:

$k = A \cdot e^{-\frac{E_a}{RT}},$

где: $k$ - константа скорости реакции, $A$ - предэкспоненциальный множитель (постоянная частоты столкновений молекул), $E_a$ - энергия активации реакции, $R$ - универсальная газовая постоянная (8.314 Дж/(моль·К)), $T$ - температура в кельвинах.

Для данной реакции NO(г) + O2(г) → NO2(г) значение коэффициента $γ = 3$ указывает на активационную энергию, которая в 3 раза больше стандартного значения. Это означает, что энергия активации при повышении температуры на 20 °C будет уменьшена.

Чтобы рассчитать изменение скорости реакции, сначала нужно вычислить значения $k$ при двух разных температурах, а затем определить, во сколько раз они различаются.

Предположим, что при начальной температуре $T_1$ скорость реакции составляет $k_1$, а при повышенной температуре $T_2 = T_1 + 20$°C скорость реакции составляет $k_2$.

$k_1 = A \cdot e^{-\frac{E_a}{R \cdot T_1}},$ $k_2 = A \cdot e^{-\frac{E_a}{R \cdot T_2}}.$

Теперь мы можем определить, во сколько раз изменится скорость реакции:

$\frac{k_2}{k_1} = \frac{A \cdot e^{-\frac{E_a}{R \cdot T_2}}}{A \cdot e^{-\frac{E_a}{R \cdot T_1}}} = e^{-\frac{E_a}{R} \cdot \left(\frac{1}{T_2} - \frac{1}{T_1}\right)}.$

Подставим значения: $γ = 3$ и $T_2 = T_1 + 20$:

$\frac{k_2}{k_1} = e^{-\frac{3 \cdot E_a}{R} \cdot \left(\frac{1}{T_1 + 20} - \frac{1}{T_1}\right)}.$

Теперь, если бы у нас были значения констант $A$ и $E_a$ или значения скорости реакции $k_1$, мы могли бы вычислить отношение $k_2 / k_1$. Без дополнительных данных точное численное значение не может быть рассчитано, но можно сделать вывод, что при повышении температуры на 20 °C скорость реакции увеличится.