Решение. При увеличении температуры с 50 до 70^o С скорость реакции в соответствии с правилом Вант-Гоффа возрастает:

где t₂ = 70° С, t₁ = 50° С, а v (t₂) и v(t₁) - скорости реакции при данных температурах. Получаем

т.е. скорость реакции увеличивается в 9 раз.

В соответствии с определением скорость реакции обратно пропор­циональна времени реакции, следовательно,

где t(t₁) и t(t₂) - время реакции при температурах t₁ и t_2.

Отсюда получаем

Учитывая, что t(t₁) = 135 с (2 мин 15 с), определяем время реакции при температуре t₂:

Задача 2. В системе

A + B  C,  ∆H^o < 0

где А, В и С - газы, установилось равновесие. Какое влияние на равно­весную концентрацию вещества С окажут: а) увеличение давления; б) увеличение концентрации вещества А; в)повышение температуры?

Решение.

а) При протекании реакции общее количество газо­образных веществ уменьшается с 2 до 1. В соответствии с принципом Ле Шателье повышение давления приведет к смещению равновесия в сторону меньшего количества газообразных веществ (т.е. в сторону образования вещества С), следовательно, [С] увеличится.

б)  Увеличение концентрации вещества А приведет к смещению равновесия в сторону образования продукта С, т.е. [С] увеличится.

в) Так как ∆H^o < 0, теплота выделяется, реакция - экзотермиче­ская. Обратная реакция обязательно будет эндотермической. Повыше­ние температуры всегда благоприятствует протеканию реакции с пог­лощением теплоты, т.е. равновесие сместится в сторону веществ А и В и [С] уменьшится.

Задача 3. Как повлияет увеличение давления на химическое равнове­сие в обратимой системе

Fe₃O₄ (т) + CO₂ (г)  3FeO (т) + CO₂ (г)

Решение. Запишем выражения для скорости прямой (v_пр) и обратной (v_обр) реакций:

v_пр = k_пр [СО];   v_обр = k_обр [СO₂].

Скорости прямой и обратной реакций не зависят от концентрации твердых веществ. При увеличении давления в 2 раза в такое же число раз увеличится концентрация СО и СО₂. Следовательно, скорости прямой и обратной реакций увеличатся в одинаковое число раз и равновесие в системе не сместится.

Задача 4. При стандартных условиях теплота полного сгорания белого фосфора равна 760,1 кДж/моль, а теплота полного сгорания черного фосфора равна 722,1 кДж/моль. Чему равна теплота превращения черного фосфора в белый при стандартных условиях?

Решение. Реакция сгорания моля черного фосфора имеет вид:

Р_(ч) + 5/4О₂ = 1/2Р₂О₅ + 722,1 кДж/моль.

Этот же процесс можно провести в две стадии: сначала превратить моль черного фосфора в моль белого:

P_(ч) = Р_(б) + Q

а затем - сжечь белый фосфор:

Р_(б) + 5/4О₂ = 1/2Р₂О₅ + 760,1 кДж/моль.

По закону Гесса,

722,1 = Q + 760,1,

откуда Q = -38 кДж/моль.

Ответ. -38 кДж/моль.

Задача 5 . Растворение образца цинка в соляной кислоте при 20° С заканчивается через 27 минут, а при 40° С такой же образец металла растворяется за 3 минуты. За какое время данный обра­зец цинка растворится при 55° С?

Решение. Растворение цинка в соляной кислоте описывается уравнением:

Zn + 2HCl = ZnCl₂ + H₂↑.

Поскольку во всех трех случаях растворяется одинаковое количе­ство образца, то можно считать, что средняя скорость реакции обратно пропорциональна времени реакции. Следовательно, при нагревании от 20° С до 40° С скорость реакции увеличивается в

27/3 = 9 раз. Это означает, что коэффициент γ в уравнении Вант-Гоффа

который показывает, во сколько раз увеличивается скорость ре­акции V при увеличении температуры Т на 10°, равен γ = 3. Зна­чит, при нагревании до 55° С скорость реакции увеличится в 3^{(55 - 40)10} = 5,2 раза, а время реакции составит 3/5,2 = 0,577 мин, или 34,6 с.   

Ответ. 34,6 с.