Условие
Реакция между оксидом азота(II) и кислородом описывается уравнением 2NO + O₂ → 2NO₂. Во сколько раз увеличится скорость этой реакции, если концентрацию оксида азота(II) увеличить в три раза? Во сколько раз она увеличится, если давление в сосуде увеличить в три раза?
Что известно и что ищем
- Известны уравнение реакции и то, как меняются условия.
- Ищем множитель, во сколько раз выросла скорость, — отдельно для случая с концентрацией одного вещества и отдельно для случая с давлением.
- Ключевая мысль: в выражение скорости концентрация каждого вещества входит в степени, равной коэффициенту в уравнении, а давление сжимает все газы сразу.
Ход решения
- Шаг 1. Записываем выражение скорости для этой реакции: скорость пропорциональна произведению концентрации оксида азота(II) в квадрате и концентрации кислорода. Коэффициент два перед формулой становится показателем степени.
- Шаг 2. Разбираем первый случай. Меняем концентрацию только оксида азота(II), она входит в квадрате, значит скорость вырастет в девять раз: три в квадрате дают девять.
- Шаг 3. Разбираем второй случай. Давление в три раза — это уменьшение объёма в три раза, а значит концентрации всех газов выросли одновременно втрое. Считаем произведение: три в квадрате (для оксида азота) умножить на три (для кислорода) — получается двадцать семь.
- Шаг 4. Замечаем разницу между двумя случаями. В первом мы подняли концентрацию одного участника, во втором — всех сразу, поэтому множители такие разные. Это и есть типичная ловушка задачи.
- Шаг 5. Проверяем себя качественно: давление влияет на скорость только тех реакций, где есть газообразные вещества. Если бы одно из веществ было твёрдым, концентрацию твёрдого в выражение скорости не подставляют.
Проверь себя
- Ответ: при увеличении концентрации оксида азота(II) в три раза скорость растёт в девять раз; при увеличении давления в три раза — в двадцать семь раз.
- Проверка вывода: показатели степеней взяты из коэффициентов уравнения, а давление учтено для каждого газа-участника, а не только для одного.
- Ловушка: перемножить «три на два» по коэффициенту вместо возведения в квадрат. Коэффициент здесь — показатель степени, а не множитель.
Как объяснить ребёнку
«Скорость — это то, как часто частицы натыкаются друг на друга. Если частиц какого-то вещества стало в три раза больше, столкновений с их участием станет больше не в три, а в девять раз, потому что встречаться должны две частицы, а не одна. А когда мы сжимаем весь газ, "теснее" становится сразу всем, поэтому выигрыш ещё больше».
Тема для отчёта родителю
«Скорость реакции: почему концентрация входит в квадрате и как считать давление».
Формулировка задания — наш аналог по теме, а не текст из учебника.