Question

Во сколько раз увеличится скорость химической реакции, если увеличится давление в системе в 6 раз? Реакция протекает по уравнению: CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O. Напишите как можно подробнее решение, спасибо!

Answer 1

Сейчас объясню то, что написано на фото

Answer 2

Для определения того, как изменение давления в системе влияет на скорость химической реакции, нужно обратиться к закону действующих масс (закону Гюй-Люссака). Этот закон утверждает, что скорость химической реакции пропорциональна произведению концентраций реагентов, возведенных в степени, равной их коэффициентам в уравнении реакции.

Из уравнения реакции: CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O

Коэффициенты перед веществами - это стехиометрические коэффициенты, которые показывают, в каких пропорциях реагенты реагируют друг с другом.

Для рассмотрения влияния давления, нам необходимо сосредоточиться только на газообразных реагентах, а именно метане (CH4) и кислороде (O2).

Изменение давления в системе в 6 раз означает, что давление увеличивается в 6 раз. Если обозначить исходное давление как P, то новое давление будет равно 6P.

По закону Гюй-Люссака, скорость реакции будет пропорциональна концентрациям реагентов. В данном случае, так как реагенты - это газы, концентрацию можно связать с давлением по уравнению состояния идеального газа:

PV = nRT

Где: P - давление V - объем газа n - количество вещества газа (в молях) R - универсальная газовая постоянная (приблизительно 8.314 моль/К*м3) T - температура в Кельвинах

Если у нас есть два состояния с разными давлениями (P1 и P2), то соответствующие количества вещества газа (n1 и n2) связаны следующим образом:

P1V = n1RT P2V = n2RT

Избавимся от V и R, поделив одно уравнение на другое:

P1/P2 = n1/n2

Мы знаем, что P2 = 6P1. Подставим это в уравнение:

P1/(6P1) = n1/n2

1/6 = n1/n2

Теперь у нас есть отношение между количествами вещества газа n1 и n2 при разных давлениях. Это отношение также является отношением их концентраций, так как оба реагента находятся в одном и том же объеме.

n1/n2 = концентрация1/концентрация2

Таким образом, отношение концентраций равно 1/6.

Теперь вернемся к закону действующих масс и учтем коэффициенты реакции:

Скорость = k * [CH4]^1 * [O2]^2

Где [CH4] и [O2] - концентрации метана и кислорода соответственно.

Теперь мы знаем, что отношение концентраций [CH4] и [O2] при разных давлениях составляет 1/6:

[CH4]1/[O2]1 = 1/6

Теперь можно записать новую скорость реакции (V2) в терминах исходной скорости (V1):

V2 = k * [CH4]2^1 * [O2]2^2

Используя отношение концентраций, выраженное через V1:

V2 = k * (1/6)^1 * (1/6)^2 * V1

V2 = k * (1/6) * (1/36) * V1

V2 = k * (1/216) * V1

Таким образом, скорость реакции при увеличении давления в 6 раз уменьшится в 216 раз (1/216) по сравнению с исходной скоростью.

Важно отметить, что это упрощенный подход, и скорость реакции также может зависеть от других факторов, таких как температура и наличие катализаторов. Однако предоставленный выше анализ дает общее представление о том, как изменение давления может повлиять на скорость химической реакции.