Как изменится скорость процесса 2NO$г$+О2$г$=2NO2$г$ Если уменьшить объём реакционного сосуда в 3 раза

Давайте рассмотрим, как изменение объема реакционного сосуда влияет на скорость химической реакции. В данном случае речь идет о реакции:

$2NO(g)+O_2(g)\to 2N{O}_2(g)$

Когда объем реакционного сосуда уменьшается, концентрации всех газообразных компонентов увеличиваются. Это связано с уравнением состояния идеального газа $PV=nRT$, где $P$ — давление, $V$ — объем, $n$ — количество вещества, $R$ — универсальная газовая постоянная, и $T$ — температура.

При постоянной температуре и количестве вещества, если объем $V$ уменьшается, давление $P$ увеличивается. Так как концентрация $C$ газа определяется как $C=\frac{n}{V}$, то при уменьшении объема в 3 раза, концентрации всех газов увеличатся в 3 раза.

Скорость реакции для газов часто подчиняется закону действующих масс, который можно выразить следующим образом для данной реакции:

$v=k[NO$^2$O_2$ ]

где $v$ — скорость реакции, $k$ — константа скорости, $[NO]$ и $[O_2]$ — концентрации реагентов NO и $O_2$ соответственно.

Если объем уменьшается в 3 раза, концентрации $[NO]$ и $[O_2]$ увеличиваются в 3 раза:

$[NO${\text{нов}} = 3$NO${\text{стар}} ] $[O_2$_{\text{нов}} = 3$O_2$_{\text{стар}} ]

Теперь подставим новые концентрации в уравнение скорости:

$v_{\text{нов}}=k(3[NO$)^2$3[O_2]$ ] $v_{\text{нов}}=k\cdot 9[NO$^2 \cdot 3$O_2$ ] $v_{\text{нов}}=27k[NO$^2$O_2$ ]

Таким образом, новая скорость реакции будет в 27 раз больше первоначальной скорости:

[ v{\text{нов}} = 27v{\text{стар}} ]

Итак, при уменьшении объема реакционного сосуда в 3 раза, концентрации реагентов увеличиваются в 3 раза, и, как следствие, скорость реакции возрастает в 27 раз.

Уменьшение объема реакционного сосуда приведет к увеличению давления системы. По закону Ле Шателье, система будет стремиться к установлению нового равновесия, чтобы компенсировать изменение внешних условий. В данной реакции уменьшение объема приведет к увеличению концентрации молекул газов, что, в свою очередь, увеличит скорость образования NO2. Поэтому скорость процесса 2NO$g$ + O2$g$ = 2NO2$g$ увеличится при уменьшении объема реакционного сосуда в 3 раза.