Rozwiązanie:

a)

Równanie reakcji:

$H_2+I_2\rightleftarrows 2HI$  

Równanie kinetyczne:

$v=k\cdot \left[H_2\right]\cdot \left[I_2\right]$  

 

Początkowe stężenie składników w reaktorze:

$C_{I_2}=1\frac{mol}{d{m}^3}$   

$C_{H_2}=1,5\frac{mol}{d{m}^3}$   

Równanie kinetyczne reakcji początkowej:

$v_1=k\cdot 1\frac{mol}{d{m}^3}\cdot 1,5\frac{mol}{d{m}^3}$  

$v_1=k\cdot 1,5$  

 

Jeżeli w reaktorze przereagowało 50% jodu, który na początku występował w reaktorze w stężeniu 1 mol/dm³, to po reakcji stężenie jodu wynosiło

  $C_{I_2}=1:2=0,5\frac{mol}{d{m}^3}$    

 

Zgodnie z równaniem reakcji na 1 mol przereagowanego wodoru zużywany jest 1 mol jodu więc w reaktorze po reakcji stężenie wodoru wynosiło:

$C_{H_2}=1,5-0,5=1\frac{mol}{d{m}^3}$  

 

Równanie kinetyczne reakcji początkowej:

$v_2=k\cdot 0,5\frac{mol}{d{m}^3}\cdot 1\frac{mol}{d{m}^3}$  

$v_2=k\cdot 0,5$  

 

Porównanie:

$\frac{v_2}{v_1}=\frac{k\cdot 0,5}{k\cdot 1,5}=\frac{1}{3}$  

 

Odpowiedź: Szybkość tej reakcji zmaleje 3-krotnie po przereagowaniu 50% początkowej ilości jodu.

 

b) 

1) tylko wzrośnie temperatura układu: wydajność wzrasta

2) tylko zmaleje ciśnienie wewnętrzne reaktora: wydajność nie zmieni się

3) tylko zwiększy się ilość jodu: wydajność wzrasta

 

---

Wyjaśnienie:

W zadaniu należy skorzystać z reguły przekory. Zmiana ciśnienia wpływa na układ w którym składnikami są substancje występujące w stanie gazowym. Spadek ciśnienia przesuwa równowagę reakcji w stronę części równania w którym występuje więcej moli gazowy składników. 

W trakcie reakcji endotermicznej pobierana jest energia z otoczenia. Po podwyższeniu temperatury układu wydajność wzrośnie zgodnie z regułą przekory. Dodatkowe dostarczenie energii do układu endotermicznego przesuwa równowagę reakcji w prawo czyli w stronę tworzenia się produktów, zwiększając wydajność ich powstawania.  

Dodatek substratu lub odbieranie produktu z układu prowadzi zawsze do zwiększania się wydajności reakcji.