Рассчитайте скорость реакции H2 + Cl2 = 2HCl, если в начальный момент реакции концентрация хлора была...

Для расчета скорости реакции необходимо определить, как изменяется концентрация реагентов и продуктов во времени. В данном случае у нас есть реакция:

[ \text{H}_2 + \text{Cl}_2 \rightarrow 2 \text{HCl} ]

Сначала мы определим изменение концентрации хлора (( \text{Cl}_2 )).

1. Начальная концентрация хлора: 3 моль/л
2. Концентрация хлора через 20 секунд: 1,2 моль/л

Теперь мы можем рассчитать изменение концентрации хлора за 20 секунд:

[ \Delta [\text{Cl}_2] = [\text{Cl}_2]_{\text{нач}} - [\text{Cl}_2]_{\text{кон}} = 3 \, \text{моль/л} - 1,2 \, \text{моль/л} = 1,8 \, \text{моль/л} ]

Это изменение произошло за 20 секунд, поэтому мы можем рассчитать среднюю скорость реакции, используя следующее уравнение:

[ \text{Скорость} = -\frac{\Delta [\text{Cl}_2]}{\Delta t} ]

Где ( \Delta t ) — это время (в секундах), за которое произошло изменение. Подставим значения:

[ \text{Скорость} = -\frac{-1,8 \, \text{моль/л}}{20 \, \text{с}} = \frac{1,8 \, \text{моль/л}}{20 \, \text{с}} = 0,09 \, \text{моль/(л·с)} ]

Однако, поскольку в реакции участвуют 1 моль хлора и 1 моль водорода, а образуются 2 моли HCl, скорость реакции также можно записать через изменение концентрации HCl:

По уравнению реакции, изменение концентрации HCl будет в два раза больше, чем изменение концентрации Cl2, так как на 1 моль Cl2 образуются 2 моли HCl.

Следовательно, изменение концентрации HCl равно:

[ \Delta [\text{HCl}] = 2 \cdot \Delta [\text{Cl}_2] = 2 \cdot 1,8 \, \text{моль/л} = 3,6 \, \text{моль/л} ]

Теперь можем рассчитать скорость реакции через HCl:

[ \text{Скорость} = \frac{\Delta [\text{HCl}]}{\Delta t} = \frac{3,6 \, \text{моль/л}}{20 \, \text{с}} = 0,18 \, \text{моль/(л·с)} ]

Таким образом, скорость реакции ( H_2 + Cl_2 \rightarrow 2 HCl ) составляет:

[ 0,09 \, \text{моль/(л·с)} \text{ (по Cl}_2\text{)} \quad \text{и} \quad 0,18 \, \text{моль/(л·с)} \text{ (по HCl)} ]

Важно помнить, что в зависимости от выбранного реагента, скорость может быть выражена по-разному, но в любом случае, она будет соответствовать химической стехиометрии реакции.

Для решения этой задачи нам нужно рассчитать скорость реакции, используя изменение концентрации хлора (( \text{Cl}_2 )) за заданный промежуток времени. Формула для скорости химической реакции выглядит следующим образом:

[ v = - \frac{\Delta [\text{Cl}_2]}{\Delta t} ]

Где:

• ( v ) — скорость реакции (моль/л·с),
• ( \Delta[\text{Cl}_2] ) — изменение концентрации хлора (( \text{Cl}_2 )) за время реакции,
• ( \Delta t ) — промежуток времени реакции (в секундах).

Шаг 1: Определим изменение концентрации хлора (( \Delta[\text{Cl}_2] ))

Начальная концентрация хлора (( [\text{Cl}_2]_{\text{нач}} )) = 3 моль/л,
Конечная концентрация хлора (( [\text{Cl}_2]_{\text{кон}} )) = 1,2 моль/л.

Изменение концентрации хлора:

[ \Delta[\text{Cl}_2] = [\text{Cl}_2]_{\text{кон}} - [\text{Cl}_2]_{\text{нач}} = 1,2 - 3 = -1,8 \, \text{моль/л}. ]

Так как скорость реакции выражается через уменьшение концентрации реагента, берём модуль изменения:

[ |\Delta[\text{Cl}_2]| = 1,8 \, \text{моль/л}. ]

Шаг 2: Найдём промежуток времени (( \Delta t ))

По условию задачи, реакция происходила за ( \Delta t = 20 \, \text{с} ).

Шаг 3: Рассчитаем скорость реакции (( v ))

Подставим найденные значения в формулу скорости реакции:

[ v = - \frac{\Delta [\text{Cl}_2]}{\Delta t} = - \frac{-1,8}{20} = 0,09 \, \text{моль/л·с}. ]

Шаг 4: Уточнение связи со стехиометрией

Согласно уравнению реакции:

[ \text{H}_2 + \text{Cl}_2 \rightarrow 2\text{HCl}, ]

скорость расходования хлора (( \text{Cl}_2 )) равна скорости реакции, так как коэффициент при ( \text{Cl}_2 ) в уравнении равен 1.

Итог:

Скорость реакции ( \text{H}_2 + \text{Cl}_2 \rightarrow 2\text{HCl} ) составляет:

[ v = 0,09 \, \text{моль/л·с}. ]