Две химические реакции при температуре 20ºС протекают с одинаковой скоростью. При повышении температуры на каждые 10ºС скорость первой реакции увеличивается в 3 раза, второй - в 4 раза. При какой температуре скорость второй реакции в три раза превысит скорость первой?

10 Янв в 19:41
113 +1
0
Ответы
1

Для решения задачи воспользуемся законом Аррениуса, который описывает зависимость скорости реакции от температуры. Условно обозначим скорости реакций при температуре T как k1(T) k_1(T) k1 (T) и k2(T) k_2(T) k2 (T).

При повышении температуры на 10ºС скорость первой реакции увеличивается в 3 раза, а второй - в 4 раза. Можно выразить скорости реакций в зависимости от температуры:

k1(T+10)=3k1(T) k_1(T + 10) = 3 k_1(T) k1 (T+10)=3k1 (T)

k2(T+10)=4k2(T) k_2(T + 10) = 4 k_2(T) k2 (T+10)=4k2 (T)

Пусть при температуре T T T где(T=20ºC)где ( T = 20ºC )где(T=20ºC) скорости реакций равны:

k1(20)=k k_1(20) = k k1 (20)=k

k2(20)=k k_2(20) = k k2 (20)=k

При температуре T+10n T + 10n T+10n где(n)−количествоповышенийна10ºСгде ( n ) - количество повышений на 10ºСгде(n)количествоповышенийна10ºС, скорости реакций будут:

k1(20+10n)=3nk k_1(20 + 10n) = 3^n k k1 (20+10n)=3nk

k2(20+10n)=4nk k_2(20 + 10n) = 4^n k k2 (20+10n)=4nk

Мы ищем такую температуру, при которой скорость второй реакции в три раза превышает скорость первой:

k2(20+10n)=3k1(20+10n) k_2(20 + 10n) = 3 k_1(20 + 10n) k2 (20+10n)=3k1 (20+10n)

Подставим выражения для скоростей:

4nk=3⋅(3nk) 4^n k = 3 \cdot (3^n k) 4nk=3(3nk)

Сократим k k k поусловию(k≠0)по условию ( k \neq 0 )поусловию(k=0):

4n=3⋅3n 4^n = 3 \cdot 3^n 4n=33n

Перепишем уравнение:

4n=3n+1 4^n = 3^{n+1} 4n=3n+1

Теперь логарифмируем обе части:

nlog⁡(4)=(n+1)log⁡(3) n \log(4) = (n + 1) \log(3) nlog(4)=(n+1)log(3)

Решим это уравнение для n n n:

nlog⁡(4)=nlog⁡(3)+log⁡(3) n \log(4) = n \log(3) + \log(3) nlog(4)=nlog(3)+log(3)

n(log⁡(4)−log⁡(3))=log⁡(3) n(\log(4) - \log(3)) = \log(3) n(log(4)log(3))=log(3)

n=log⁡(3)log⁡(4)−log⁡(3) n = \frac{\log(3)}{\log(4) - \log(3)} n=log(4)log(3)log(3)

Теперь подставим значение n n n в T+10n T + 10n T+10n:

T=20+10n=20+10⋅log⁡(3)log⁡(4)−log⁡(3) T = 20 + 10n = 20 + 10 \cdot \frac{\log(3)}{\log(4) - \log(3)} T=20+10n=20+10log(4)log(3)log(3)

Посчитаем log⁡(3) \log(3) log(3) и log⁡(4) \log(4) log(4) вразнойлогарифмическойбазе,например,десятичнойв разной логарифмической базе, например, десятичнойвразнойлогарифмическойбазе,например,десятичной:

log⁡(3)≈0.4771,log⁡(4)≈0.6021 \log(3) \approx 0.4771, \quad \log(4) \approx 0.6021
log(3)0.4771,log(4)0.6021

Теперь подставим эти значения:

n=0.47710.6021−0.4771=0.47710.125≈3.816 n = \frac{0.4771}{0.6021 - 0.4771} = \frac{0.4771}{0.125} \approx 3.816
n=0.60210.47710.4771 =0.1250.4771 3.816

Теперь найдем T T T:

T=20+10×3.816=20+38.16≈58.16ºC T = 20 + 10 \times 3.816 = 20 + 38.16 \approx 58.16ºC
T=20+10×3.816=20+38.1658.16ºC

Таким образом, при температуре приблизительно 58.2ºС скорость второй реакции в три раза превысит скорость первой.

10 Янв в 19:50
Не можешь разобраться в этой теме?
Обратись за помощью к экспертам
Гарантированные бесплатные доработки в течение 1 года
Быстрое выполнение от 2 часов
Проверка работы на плагиат
Поможем написать учебную работу
Прямой эфир