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) \rightarrow 2NO_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.