Химия, 1 курс В промышленности водород получают путем взаимодействия природного
газа с водяным паром по реакции CH4 + H2O = CO + 3H2. Вычислите темпера-
турный коэффициент скорости данной реакции, если при охлаждении с 60 до
30 оС скорость реакции уменьшилась в восемь раз. Во сколько раз увеличится
скорость образования водорода при повышении температуры системы с 60 до
100 оС? Как изменится скорость прямой реакции при снижении концентрации
метана: а) увеличится; б) уменьшится; в) останется неизменной?

Предыдущий
вопрос Следующий
вопрос

Для нахождения температурного коэффициента скорости реакции воспользуемся уравнением Аррениуса:

k = A * exp(-Ea/RT),

где k - скорость реакции, A - пропорциональность, Ea - энергия активации, R - универсальная газовая постоянная, T - температура в Кельвинах.

Так как скорость реакции уменьшилось в 8 раз при уменьшении температуры с 60 до 30 градусов, то соотношение скоростей равно 1/8. Это значит, что:

k(60) / k(30) = exp(-Ea/RT1) / exp(-Ea/RT2) = 1/8,

где T1 = 60 + 273 = 333 К, T2 = 30 + 273 = 303 К.

Подставляем данные и находим температурный коэффициент скорости:

1/8 = exp((-Ea/8.314333)/(8.314303)),

1/8 = exp(-Ea/8309.42),

-Ea/8309.42 = ln(1/8),

Ea ≈ 20.7 кДж/моль.

Теперь найдем, во сколько раз увеличится скорость образования водорода при повышении температуры системы с 60 до 100 градусов Цельсия.

Для этого воспользуемся тем же уравнением Аррениуса:

k(100) / k(60) = exp((-Ea/8.314373)/(8.314333)) / exp((-Ea/8.314333)/(8.314303)),

k(100) = k(60) exp(-Ea/(8.314333)) exp(Ea/(8.314373)),

k(100) = k(60) exp((-Ea/8309.42)) exp(0.0347),

k(100) = k(60) * exp(0.0347),

k(100) ≈ k(60) * 1.035.

Следовательно, скорость образования водорода увеличится примерно в 1.035 раз при повышении температуры с 60 до 100 градусов Цельсия.

Наконец, рассмотрим, как изменится скорость прямой реакции при снижении концентрации метана. Поскольку метан является исходным реагентом, его уменьшение приведет к уменьшению скорости реакции. Таким образом, правильным ответом будет: б) уменьшится.