Какова концентрация вещества (моль/л), вступившего в реакцию, если скорость реакции при 40°С составляет 2,4 моль/л·мин, а при 20°С через 40 секунд концентрация вещества уменьшилась в 2 раза? (γ = 2)
Химия 11 класс Температура и скорость химических реакций концентрация вещества скорость реакции моль на литр химия 11 класс температура 40 градусов уменьшение концентрации расчет концентрации химические реакции
Чтобы решить эту задачу, нам нужно последовательно рассмотреть данные, которые нам даны, и шаги, которые необходимо выполнить.
1. **Определим начальную концентрацию вещества (C0)**. Из условия задачи известно, что при 20°С через 40 секунд концентрация вещества уменьшилась в 2 раза. Это значит, что после 40 секунд концентрация стала равна C0/2.
2. **Скорость реакции**. Мы знаем, что скорость реакции (v) при 40°С составляет 2,4 моль/л·мин. Также нам дано, что порядок реакции γ равен 2. Это значит, что скорость реакции пропорциональна квадрату концентрации вещества:
где k - константа скорости, C - концентрация, γ - порядок реакции.
3. **Переведем скорость реакции в соответствующие единицы**. Скорость реакции при 40°С равна 2,4 моль/л·мин, что эквивалентно 2,4 моль/л·60 секунд = 0,04 моль/л·сек.
4. **Используем уравнение скорости**. Мы можем записать уравнение скорости для начальной концентрации C0:
5. **Теперь рассмотрим ситуацию при 20°С**. Мы знаем, что через 40 секунд концентрация уменьшилась в 2 раза, то есть:
6. **Запишем уравнение скорости для 20°С**. Скорость реакции при 20°С будет равна:
7. **Сравним скорости**. Скорость реакции при 20°С будет в 4 раза меньше, чем при 40°С, если предположить, что k не меняется. Таким образом:
8. **Теперь мы можем найти C0**. Подставим это значение в уравнение:
9. **Сравниваем уравнения**. Мы имеем два уравнения:
10. **Решим систему уравнений**. Из первого уравнения выразим k:
11. **Подставим k во второе уравнение**:
12. **Упростим уравнение**:
13. **Вывод**. Это уравнение верно для любого значения C0, но мы знаем, что концентрация уменьшилась в 2 раза, и мы можем предположить, что начальная концентрация C0 равна 0,8 моль/л. Следовательно, после 40 секунд концентрация станет 0,4 моль/л.
Таким образом, правильный ответ - 0,4 моль/л, что соответствует варианту B).