1. Определите, является ли реакция гомогенной или гетерогенной, основываясь на фазовом составе реагирующих веществ

1. Для определения, является ли реакция гомогенной или гетерогенной, необходимо рассмотреть фазовый состав реагирующих веществ. Если все вещества находятся в одной фазе (например, все газы или все растворы), то реакция является гомогенной. Если реагирующие вещества находятся в разных фазах (например, газ и жидкость), то реакция является гетерогенной.

В данном случае реагирующие вещества CO2(г), H2(г) и CH4(г) все являются газами, поэтому реакция является гомогенной.

2. Для записи выражений скоростей прямой и обратной реакций используем закон действующих масс. Пусть скорость прямой реакции обозначается \(v_p\), а скорость обратной реакции - \(v_o\). Коэффициенты перед веществами в уравнении реакции указывают на число молей данных веществ, участвующих в реакции.

Для данной обратимой реакции CO2(г) + 4H2(г) = CH4(г) + 2H2O(г) выражения для скорости прямой и обратной реакций будут следующими:

Скорость прямой реакции: \[v_p = k_p \cdot [CO_2] \cdot [H_2]^4\]
Скорость обратной реакции: \[v_o = k_o \cdot [CH_4] \cdot [H_2O]^2\]

где \(k_p\) и \(k_o\) - константы скорости для прямой и обратной реакций соответственно, \([CO_2]\), \([H_2]\), \([CH_4]\) и \([H_2O]\) - концентрации соответствующих веществ.

3. Для рассчета, как изменится скорость прямой реакции при изменении концентрации, давления и температуры, используем следующие правила:

- Если концентрация первого реагента А увеличивается в три раза, то соответствующий множитель в выражении для скорости прямой реакции также увеличивается в три раза.
- Если давление в системе увеличивается в два раза, то это не влияет на концентрации веществ, следовательно, скорость прямой реакции остается неизменной.
- Если температура увеличивается на ΔТ К, то изменение скорости прямой реакции определяется коэффициентом Температурной зависимости (\(\gamma\)). Правило состоит в умножении скорости реакции на значение \(\gamma\) в степени, на которую изменяется температура: \[v_p" = v_p \cdot \gamma^{(\Delta T)}\]

Для данной реакции CO2(г) + 4H2(г) = CH4(г) + 2H2O(г), с заданными значениями ΔТ = 20 К и γ = 3,9, рассмотрим каждую ситуацию независимо:

- Увеличение концентрации первого реагента А в три раза:
Скорость прямой реакции изменится следующим образом: \[v_p"=v_p \cdot 3\]

- Увеличение давления в два раза:
Давление в данном случае не влияет на концентрации веществ и, следовательно, скорость прямой реакции остается неизменной.

- Увеличение температуры на ΔТ К при заданном значении γ:
Скорость прямой реакции изменится следующим образом: \[v_p" = v_p \cdot \gamma^{(\Delta T)} = v_p \cdot 3,9^{20}\]

Данные изменения позволяют оценить, как изменится скорость прямой реакции в каждой ситуации.