дано:
- Реакция: N2 + 3H2 = 2NH3
- Начальная концентрация водорода: [H2]1
- Новая концентрация водорода: [H2]2 = 3 * [H2]1
- Начальная скорость реакции: v1
- Желаемая новая скорость реакции: v2 = 2 * v1
найти:
- Как нужно изменить концентрацию азота [N2], чтобы скорость реакции возросла в 2 раза.
решение:
Скорость химической реакции можно записать как:
v = k * [N2]^m * [H2]^n,
где k - константа скорости, m и n - порядки реакции по реагентам. Для данной реакции порядки равны 1 для N2 и 3 для H2 (так как коэффициенты в уравнении реакции).
Начальная скорость реакции будет:
v1 = k * [N2]1 * [H2]1^3.
После увеличения концентрации водорода скорость реакции станет:
v2 = k * [N2]1 * [H2]2^3
= k * [N2]1 * (3 * [H2]1)^3
= k * [N2]1 * 27 * [H2]1^3
= 27 * k * [N2]1 * [H2]1^3.
Теперь, чтобы скорость увеличилась в 2 раза, мы можем записать:
2 * v1 = v2
2 * (k * [N2]1 * [H2]1^3) = 27 * k * [N2]1 * [H2]1^3.
Теперь найдём новое значение концентрации азота, обозначим его [N2]2:
v2 = k * [N2]2 * [H2]2^3
= k * [N2]2 * (3 * [H2]1)^3
= k * [N2]2 * 27 * [H2]1^3.
Приравниваем два выражения для v2:
2 * (k * [N2]1 * [H2]1^3) = k * [N2]2 * 27 * [H2]1^3.
Сокращаем на k * [H2]1^3:
2 * [N2]1 = 27 * [N2]2.
Теперь выразим [N2]2:
[N2]2 = (2/27) * [N2]1.
Это означает, что концентрацию азота необходимо уменьшить до (2/27) от начальной концентрации.
Ответ:
Концентрацию азота нужно уменьшить до (2/27) от начальной концентрации, чтобы скорость реакции возросла в 2 раза.