Скоростта на реакция 2а с не се промени. Стандарти за решаване на проблеми

Скорост химична реакция Клонът на химията, който изучава скоростта и механизма на химичните реакции, се нарича химическа кинетика. Скоростта на химическа реакция е броят на елементарните актове на взаимодействие за единица време в единица реакционно пространство. Това определение е валидно както за хомогенни, така и за хетерогенни процеси. В първия случай реакционното пространство е обемът на реакционния съд, а във втория - повърхността, върху която протича реакцията. Тъй като взаимодействието променя концентрацията на реагентите или реакционните продукти за единица време. В този случай няма нужда да се следи промяната в концентрацията на всички вещества, участващи в реакцията, тъй като нейното стехиометрично уравнение установява връзката между концентрациите на реагентите. Концентрацията на реагентите най-често се изразява с броя молове в 1 литър (mol / l). Скоростта на химичната реакция зависи от естеството на реагиращите вещества, концентрацията, температурата, размера на контактната повърхност на веществата, наличието на катализатори и др. , и да говорим за мономолекулна реакция; когато в елементарен акт има сблъсък на две различни молекули, зависимостта има следния вид: u - към [A] [B], и те говорят за бимолекулна реакция; когато в елементарен акт има сблъсък на три молекули, за зависимостта на скоростта от концентрацията е вярно: v - към [A] [B] [C], а те говорят за тримолекулна реакция. Във всички анализирани зависимости: v е скоростта на реакцията; [A], [B], [C] - концентрация на реагенти; k - коефициент на пропорционалност; наречена скорост на реакция константа. v = k, когато концентрациите на реагентите или техния продукт са равни на единица. Константата на скоростта зависи от естеството на реагентите и от температурата. Зависимостта на скоростта на простите реакции (т.е. реакциите, протичащи чрез един елементарен акт) от концентрацията се описва от закона за масовото действие, установен от К. Гулдберг и П. Уейдж през 1867 г.: скоростта на химичната реакция е право пропорционална на продуктът на концентрацията на реагентите, повишени до степента на техните стехиометрични коефициенти. Например, за реакцията 2NO + 02 = 2N02; v - k2 и ще се увеличи три пъти Намерете: Решение: 1) Запишете уравнението на реакцията: 2СО + 02 = 2С02. Съгласно закона за масово действие v е k [C0] 2. 2) Нека обозначим [CO] = a; = B, тогава: v = k a2 b. 3) С увеличаване на концентрацията на изходните вещества с 3 пъти, получаваме: [CO] = 3a, a = 3b. 4) Изчислете скоростта на реакцията u1: - k9a23b - k27a% a, ако k27 D2b 27 v до a2b Отговор: 27 пъти. Пример 3 Колко пъти скоростта на химичната реакция ще се увеличи с повишаване на температурата с 40 ° C, ако температурният коефициент на скоростта на реакцията е равен на 3? Дадено: При = 40 ° С Y - 3 Намерете: 2 Решение: 1) Според правилото на va't Hoff: h -U vt2 = vh у 10, 40 и, - vt> 3 10 - vt -81. 2 1 1 Отговор: 81 пъти. а Пример 4 Реакцията между вещества А и В протича по схема 2А + В * »С. Концентрацията на вещество А е 10 mol/l, а вещество В е 6 mol/l. Константата на скоростта на реакцията е 0,8 l2 4 mol "2 sec" 1. Изчислете скоростта на химичната реакция в началния момент, както и в момента, когато в реакционната смес остават 60% от веществото В. Дадено: k - 0,8 l2 mol "2 sec" 1 [A] = 10 mol / l [B] = 6 mol / l Намерете: "старт! ^ Решение: 1) Намерете скоростта на реакцията в началния момент: v - k [A] 2 [B], r> = 0,8 102 b - 480 mol - l сек „1. начало 2) След известно време в реакционната смес ще остане 60% от веществото В. След това: Следователно [B] е намаляло с: 6 - 3,6 = 2,4 mol / l. 3) От уравнението на реакцията следва, че веществата A и B взаимодействат едно с друго в съотношение 2: 1, следователно [A] намалява с 4,8 mol / l и става равно на: [A] = 10 - 4,8 = 5,2 mol / л. 4) Изчислете, ако: d) = 0,8 * 5,22 3,6 = 77,9 mol l "1 * sec" 1. Отговор: r> начало ~ 480 mol l sec "1, g / = 77.9 mol l-1 sec" 1. Пример 5 Реакцията при температура 30°С протича за 2 минути. Колко време ще завърши тази реакция при температура 60 ° C, ако в даден температурен диапазон температурният коефициент на скоростта на реакцията е 2? Дадено: t1 = 30 ° C t2 = 60 ° C 7 = 2 t = 2 мин = 120 сек Намерете: h Решение: 1) В съответствие с правилото на Вант Хоф: vt - = y ω 1 vt - = 23 = 8. Vt 2) Скоростта на реакцията е обратно пропорционална на времето за реакция, следователно: Отговор: t = 15 сек. Въпроси и задачи за независимо решение 1. Дайте определение за скоростта на реакцията. Дайте примери за реакции, протичащи с различна скорост. 2. Изразът за истинската скорост на химическа реакция, протичаща при постоянен обем на системата, се записва, както следва: dC v = ± -. d t Посочва кога са необходими положителни и отрицателни знаци от дясната страна на израза. 3. Какви фактори определят скоростта на химичната реакция? 4. Какво се нарича енергия на активиране? Влиянието на кой фактор върху скоростта на химичната реакция се характеризира? 5. Какво обяснява силното увеличаване на скоростта на реакцията с повишаване на температурата? 6. Дайте определение на основния закон на химическата кинетика – закона за масовото действие. Кой и кога е формулиран? 7. Какво се нарича константа на скоростта на химична реакция и от какви фактори зависи? 8. Какво е катализатор и как влияе на скоростта на химична реакция? 9. Дайте примери за процеси, които използват инхибитори. 10. Какво представляват промоторите и къде се използват? 11. Какви вещества се наричат "каталитични отрови"? Дайте примери за такива вещества. 12. Какво е хомогенна и хетерогенна катализа? Дайте примери за процеси, използващи техните каталитични процеси. 13. Как ще се промени скоростта на реакцията 2С0 + 02 = 2С02, ако обемът на газовата смес се намали 2 пъти? 14. Колко пъти скоростта на химичната реакция ще се увеличи с повишаване на температурата от 10 ° C на 40 ° C, ако е известно, че с повишаване на температурата с 10 ° C скоростта на реакцията ще се удвои? 15. Скоростта на реакцията A + B = C се увеличава три пъти с повишаване на температурата за всеки 10 °C. Колко пъти скоростта на реакцията ще се увеличи, когато температурата се повиши с 50 ° C? 16. Колко пъти скоростта на реакцията на взаимодействието на водород и бром ще се увеличи, ако концентрацията на изходните вещества се увеличи 4 пъти? 17. Колко пъти ще се увеличи скоростта на реакцията, когато температурата се повиши с 40 °C (y = 2)? 18. Как ще се промени скоростта на реакция от 2NO + 02 ^ 2N02, ако налягането в системата се удвои? 19. Колко пъти трябва да се увеличи концентрацията на водород в системата N2 + 3H2 ^ 2NH3, за да се увеличи скоростта на реакцията 125 пъти? 20. Реакцията между азотен оксид (II) и хлор протича съгласно уравнението 2NO + C12 2NOC1; как скоростта на реакцията ще се промени с увеличаване на: а) концентрацията на азотен оксид е двойна; б) концентрацията на хлор е два пъти; в) концентрацията на двете вещества е два пъти? ... 21. При 150 ° С някаква реакция приключва за 16 минути. Като вземете температурния коефициент, равен на 2,5, изчислете колко време ще отнеме, докато същата реакция приключи при 80 ° C. 22. Колко градуса трябва да се повиши температурата, така че скоростта на реакцията да се увеличи 32 пъти. Температурният коефициент на скоростта на реакцията е 2. 23. При 30 ° C реакцията протича за 3 минути. Колко време ще продължи същата реакция при 50°С, ако температурният коефициент на скоростта на реакцията е 3. 24. При температура 40°С реакцията протича за 36 минути, а при 60°С - за 4 минути. Изчислете температурния коефициент на скоростта на реакцията. 25. Скоростта на реакцията при 10 ° С е 2 mol / L. Изчислете скоростта на тази реакция при 50 ° C, ако температурният коефициент на скоростта на реакцията е 2.

УРОК 10 10 клас(първа година на обучение)

Основи на химическата кинетика. План за състояние на химическо равновесие

1. Химична кинетика и областта на нейното изследване.

2. Скорост на хомогенна и хетерогенна реакция.

3. Зависимост на скоростта на реакцията от различни фактори: естеството на реагентите, концентрацията на реагентите (закон на действието на масата), температурата (правилото на Вант Хоф), катализатора.

4. Обратими и необратими химични реакции.

5. Химическо равновесие и условия за изместването му. Принципът на Льо Шателие.

Клонът на химията, който изучава скоростите и механизмите на химичните реакции, се нарича химична кинетика. Едно от основните понятия в този раздел е концепцията за скоростта на химическата реакция. Някои химични реакции протичат почти мигновено (например реакцията на неутрализация в разтвор), други в продължение на хилядолетия (например трансформацията на графит в глина по време на изветрянето на скалите).

Скоростта на хомогенна реакция е количеството вещество, което влиза в реакция или се образува в резултат на реакция за единица време в единица обем на системата:

С други думи, скоростта на хомогенна реакция е равна на промяната в моларната концентрация на всяко от реагиращите вещества за единица време. Скоростта на реакцията е положителна стойност, следователно, ако се изрази чрез промяна в концентрацията на реакционния продукт, се поставя знак "+", а когато концентрацията на реактива се промени, се поставя знакът "-".

Скоростта на хетерогенна реакция е количеството вещество, което влиза в реакция или се образува в резултат на реакция за единица време за единица повърхност на фаза:

Най-важните фактори, влияещи върху скоростта на химическата реакция, са естеството и концентрацията на реагентите, температурата и наличието на катализатор.

Влияние естеството на реагентитесе проявява във факта, че при едни и същи условия различни вещества взаимодействат помежду си с различна скорост, например:

При увеличаване концентрация на реагентиброят на сблъсъците между частиците се увеличава, което води до увеличаване на скоростта на реакцията. Количествено зависимостта на скоростта на реакцията от концентрацията на реагентите се изразява от гледна точка на ефективността на реакцията (К. М. Гулдберг и П. Вааге, 1867; Н. И. Бекетов, 1865). Скоростта на хомогенна химична реакция при постоянна температура е правопропорционална на продукта на концентрацията на реагиращите вещества в сили, равни на техните стехиометрични коефициенти (концентрацията на твърди вещества в този случай не се взема предвид), например:

където А и В са газове или течности, k -константа на скоростта на реакцията, равна на скоростта на реакцията при концентрация на реагента 1 mol / L. Постоянен кзависи от свойствата на реагиращите вещества и температурата, но не зависи от концентрацията на веществата.

Зависимостта на скоростта на реакцията от температураописано от експерименталното правило на W ant-Goffa (1884). Когато температурата се повиши с 10 °, скоростта на повечето химични реакции се увеличава с 2-4 пъти:

къде е температурният коефициент

Катализаторсе нарича вещество, което променя скоростта на химическа реакция, но не се консумира в резултат на тази реакция. Правете разлика между положителни катализатори (специфични и универсални), отрицателни (инхибитори) и биологични (ензими или ензими). Промяната в скоростта на реакцията в присъствието на катализатори се нарича катализа... Разграничете хомогенната и хетерогенната катализа. Ако реагентите и катализаторът са в едно и също агрегатно състояние, катализата е хомогенна; в различни - разнородни.

Хомогенна катализа:

хетерогенна катализа:

Механизмът на действие на катализаторите е много сложен и не е напълно изяснен. Има хипотеза за образуването на междинни съединения между реагента и катализатора:

А + котка. ,

В AB + кат.

За засилване на действието на катализаторите се използват промотори; има и каталитични отрови, които отслабват действието на катализаторите.

Скоростта на хетерогенна реакция се влияе от размер на интерфейса(степен на финост на веществото) и скоростта на подаване на реагенти и отстраняване на реакционните продукти от границата.

Всички химични реакции са разделени на два вида: обратими и необратими.

Необратими са химичните реакции, които протичат само в една посока., т.е. продуктите от тези реакции не взаимодействат помежду си, за да образуват изходните материали. Условията за необратимостта на реакцията са образуването на утайка, газ или слаб електролит. Например:

BaCl 2 + H 2 SO 4 = BaSO 4 + 2HCl,

K 2 S + 2HCl = 2KCl + H 2 S,

HCl + NaOH = NaCl + H2O.

Обратимите реакции са реакции, които протичат едновременно в права и обратна посока., например:

Когато протича обратима химическа реакция, скоростта на директната реакция първо има максимална стойност, а след това намалява поради намаляване на концентрацията на изходните вещества. Обратната реакция, напротив, в началния момент от времето има минимална скорост, която постепенно се увеличава. Така в определен момент от време идва състояние химическо равновесие , при който скоростта на предната реакция е равна на скоростта на обратната реакция. Състоянието на химичното равновесие е динамично - както директните, така и обратните реакции продължават да протичат, но тъй като скоростите им са равни, концентрациите на всички вещества в реакционната система не се променят. Тези концентрации се наричат равновесни.

Съотношението на константите на скоростта на пряка и обратна реакция е постоянна стойност и се нарича равновесна константа ( ДА СЕ R ) ... Концентрациите на твърди вещества не са включени в израза за равновесната константа. Равновесната константа на реакцията зависи от температурата и налягането, но не зависи от концентрацията на реагентите и от наличието на катализатор, който ускорява както предната, така и обратната реакция. Колкото повече ДА СЕр, колкото по -висок е практическият добив на реакционните продукти. Ако ДА СЕ p> 1, тогава реакционните продукти преобладават в системата; ако ДА СЕ R< 1, в системе преобладают реагенты.

Химическото равновесие е подвижно, т.е. когато външните условия се променят, скоростта на предната или обратната реакция може да се увеличи. Посоката на изместване на равновесието се определя от принципа, формулиран от френския учен Льо Шателие през 1884 г. Ако се окаже външно влияние върху равновесната система, тогава равновесието се измества към реакцията, която противодейства на този ефект. Изместването на равновесието се влияе от промените в концентрацията на реагентите, температурата и налягането.

Увеличаването на концентрацията на реагентите и изтеглянето на продуктите водят до изместване на равновесието към директната реакция.

При нагряване на системата равновесието се измества към ендотермичната реакция, докато охлаждането - към екзотермичната.

За реакции, в които участват газообразни вещества, увеличаването на налягането измества равновесието към реакция, протичаща с намаляване на броя на газовите молекули. Ако реакцията протича без промяна на броя на молекулите на газообразни вещества, промяната в налягането по никакъв начин не влияе на изместването на равновесието.

Пример 4.1. Как ще се промени скоростта на реакцията на всяка от реакциите?

2NO (g) + Cl2 (g) = 2NOCI (g) (1); CaO (k) + CO 2 (g) = CaCO 3 (k) (2),

ако налягането във всяка система се увеличи 3 пъти?

Решение. Реакция (1) е хомогенна и според закона за действие на масата началната скорост на реакция е v = k ∙ ∙; реакция (2) е хетерогенна и нейната скорост се изразява с уравнението v = k ∙. Концентрацията на вещества в твърдата фаза (в тази реакция CaO) не се променя по време на реакцията, поради което не се включва в уравнението на закона за действие на масата.

Увеличаването на налягането във всяка от системите с 3 пъти ще доведе до намаляване на обема на системата с 3 пъти и увеличаване на концентрацията на всяко от реагиращите газообразни вещества с 3 пъти. При нови концентрации на скоростите на реакцията: v "= k ∙ (3) 2 ∙ 3 = 27 k ∙ ∙ (1) и v" = k 3 (2). Сравнявайки изразите за скоростите v и v ", откриваме, че скоростта на реакция (1) се увеличава 27 пъти, а реакция (2) - 3 пъти.

Пример 4.2.Реакцията между вещества A и B се изразява с уравнението 2A + B = D. Началните концентрации са: C A = 5 mol / L, C B = 3,5 mol / L. Константата на курса е 0,4. Изчислете скоростта на реакцията в началния момент и в момента, когато 60% от веществото А остава в реакционната смес.

Решение.Съгласно закона за действие на масите v =. В началния момент скоростта е v 1 = 0,4 × 5 2 × 3,5 = 35. След известно време 60% от веществото А ще остане в реакционната смес, т.е. концентрацията на вещество А ще стане равна на 5 × 0,6 = 3 mol / l. Това означава, че концентрацията на A намалява с 5 - 3 = 2 mol / l. Тъй като А и В взаимодействат помежду си в съотношение 2: 1, концентрацията на вещество В намалява с 1 мол и става равна на 3,5 - 1 = 2,5 мол / л. Следователно v 2 = 0,4 × 3 2 × 2,5 = 9.

Пример 4.3... Известно време след началото на реакцията

2NO + O 2 = 2NO 2 концентрацията на веществата е (mol / l): = 0,06;

0,12; = 0,216. Намерете началните концентрации на NO и O 2.

Решение.Първоначалните концентрации на NO и O 2 се намират въз основа на реакционното уравнение, според което 2 mol NO се изразходват за образуването на 2 mol 2NO 2. Съгласно условието на задачата се образуват 0,216 mol NO 2, за които са изразходвани 0,216 mol NO. Това означава, че първоначалната концентрация на NO е равна на:

0,06 + 0,216 = 0,276 mol/L.

Според уравнението на реакцията за образуване на 2 mol NO 2 е необходим 1 mol O 2, а за получаване на 0,216 mol NO 2 е необходимо 0,216 / 2 = 0,108 mol / O 2. Началната концентрация на O2 е: = 0,12 + 0,108 = 0,228 mol / l.

Така първоначалните концентрации бяха:

0,276 mol/L; = 0,228 mol / l.

Пример 4.4.При 323 K някаква реакция приключва за 30 s. Определете как скоростта на реакцията и времето на нейното протичане ще се променят при 283 К, ако температурният коефициент на скоростта на реакцията е равен на 2.

Решение.Според правилото на Вант Хоф намираме колко пъти скоростта на реакцията ще се промени:

2 –4 = .

Скоростта на реакцията намалява 16 пъти. Скоростта на реакцията и времето на нейния ход са свързани обратно. пропорционално... Следователно ходът на тази реакция ще се увеличи 16 пъти и ще бъде 30 × 16 = 480 s = 8 минути.

Задачи

№ 4.1 ... Реакцията протича съгласно уравнението 3H 2 + CO = CH 4 + H 2 O

Началните концентрации на реагентите бяха (mol / l): = 0,8; C CO = 0,6. Как ще се промени скоростта на реакцията, ако концентрацията на водород се увеличи до 1,2 mol / L и концентрацията на въглероден окис до 0,9 mol / L?

(Отговор:ще се увеличи 5 пъти).

№ 4.2 ... Реакцията на разлагане на N 2 O протича съгласно уравнението 2N 2 O = 2N 2 + O 2. Константата на скоростта на реакцията е 5 · 10 –4. Първоначална концентрация

0,32 mol / l. Определете скоростта на реакцията в началния момент и в момента, когато 50% от N 2 O се разлага. ( Отговор: 5,12 . 10 -5 ; 1,28 . 10 -5).

№ 4.3 ... Реакцията между вещества А и В се изразява с уравнението

A + 2B = D. Начални концентрации: C A = 0,3 mol / L и C B = 0,4 mol / L. Константата на процента е 0,8. Изчислете началната скорост на реакцията и определете как скоростта на реакцията се е променила след определено време, когато концентрацията на вещество А е намаляла с 0,1 mol.

(Отговор: 3,84 . 10 -2; намалява 6 пъти).

№ 4.4 Какъв е температурният коефициент на скоростта на реакцията, ако при понижаване на температурата с 30 ° C времето за реакция се увеличи 64 пъти? ( Отговор: 4).

№ 4.5 .Изчислете при каква температура реакцията ще приключи след 45 минути, ако при 20 ° C ще отнеме 3 часа. Температурният коефициент на скоростта на реакцията е 3 ( Отговор: 32.6 за С).

№ 4.6. Как ще се промени скоростта на реакцията CO + Cl 2 = COCl 2, ако налягането се увеличи 3 пъти и в същото време температурата се увеличи с 30 о С (γ = 2)?

(Отговор:ще се увеличи 72 пъти).

№ 4.7 ... Реакциите протичат според уравненията

C (j) + O 2 (g) = CO 2 (g) (1); 2CO (g) + O 2 (g) = 2CO 2 (g) (2)

Как ще се промени скоростта на реакциите (1) и (2), ако във всяка система: а) намалите налягането 3 пъти; б) увеличете обема на съда с 3 пъти; в) да увеличи концентрацията на кислород 3 пъти? ( Отговор:а) ще намалее в (1) с 3, в (2) с 27 пъти);

б) ще намалее в (1) с 3, в (2) с 27 пъти); в) ще се увеличи в (1) и (2) 3 пъти).

№ 4.8 ... Реакцията протича съгласно уравнението H 2 + I 2 = 2HI. Скоростната константа е 0,16. Началните концентрации на водород и йод са съответно 0,04 mol/l и 0,05 mol/l. Изчислете началната скорост на реакцията и нейната скорост, когато концентрацията на H 2 стане 0,03 mol / L. ( Отговор: 3,2 . 10 -3 ; 1,9 . 10 -3).

№ 4.9 ... Окисляването на сярата и нейния диоксид протича съгласно уравненията:

S (k) + O 2 (g) = SO2 (g) (1); 2SO 2 (g) + О 2 (g) = 2SO 3 (g) (2)

Как ще се промени скоростта на реакциите (1) и (2), ако във всяка система: а) увеличите налягането 4 пъти; б) намаляване на обема на съда 4 пъти; в) да увеличи концентрацията на кислород 4 пъти? ( Отговор:а) ще се увеличи в (1) с 4, в (2) с 64 (пъти);

б) ще се увеличи в (1) 4 пъти, в (2) 64 пъти); в) ще се увеличи в (1) и (2) с 4 пъти).

№ 4.10 ... Константата на скоростта на реакцията 2A + B = D е 0,8. Първоначални концентрации: C A = 2,5 mol / L и C B = 1,5 mol / L. В резултат на реакцията беше установено, че концентрацията на C B е 0,6 mol / l. Изчислете колко е станало равно на CA и скоростта на реакцията. ( Отговор: 0,7 mol / L; 0,235).

№ 4.11. Реакцията протича съгласно уравнението 4HCl + O 2 = 2H 2 O + 2Cl 2

Известно време след началото на реакцията концентрацията на веществата, участващи в стоманата (мол / л): = 0,85; = 0,44; = 0,30. Изчислете началните концентрации на HCl и O 2. ( Отговор:= 1,45; = 0,59 mol/l).

№ 4.12 ... Начални концентрации на вещества в реакцията CO + H 2 O ↔ CO 2 + H 2

са равни (мол / л): C CO = 0,5; = 0,6; = 0,4; = 0,2. Изчислете концентрациите на всички вещества, участващи в реакцията, след като 60% H 2 O е реагирало ( Отговор: C CO = 0,14; = 0,24; = 0,76; = 0,56 mol / l).

№ 4.13 ... Как ще се промени скоростта на реакцията 2СО + О 2 = СО 2, ако:

а) увеличете обема на реакционния съд 3 пъти; б) увеличаване на концентрацията на CO 3 пъти; в) повишаване на температурата с 40 о С (γ = 2)? ( Отговор:а) намаление с 27 пъти; б) ще се увеличи 9 пъти; в) ще се увеличи 16 пъти).

№ 4.14 ... При 10 ° С реакцията завършва за 20 минути. Колко време ще продължи реакцията, когато температурата се повиши до 40 ° C, ако температурният коефициент е 3? ( Отговор: 44,4 s).

№ 4.15 ... Колко пъти трябва да увеличите

а) концентрацията на CO в системата 2CO = CO 2 + C, така че скоростта на реакцията се увеличава 4 пъти?

б) концентрацията на водород в системата N 2 + 3H 2 = 2NH 3, така че скоростта на реакцията да се увеличи 100 пъти?

в) налягането в системата 2NO + O 2 = 2NO 2, така че скоростта на образуване на NO 2 се увеличава с 10 3 пъти? ( Отговор: 2 пъти; 4,64 пъти; 10 пъти).

№ 4.16 ... Скоростта на реакцията A + 2B = AB 2 при C A = 0,15 mol / l и

C B = 0,4 mol / l е равно на 2,4 ∙ 10 −3. Определете константата на скоростта и скоростта на реакцията, когато концентрацията на В стане 0,2 mol / L. ( Отговор: 0,1; 2 ∙ 10 -4).

№ 4.17 ... Как ще се промени скоростта на реакцията 2A + B = A 2 B, ако концентрацията на вещество А се увеличи 3 пъти, концентрацията на вещество В се намали 2 пъти, а температурата се увеличи с 40 ° C (γ = 2) ? ( Отговор:ще се увеличи 72 пъти).

№ 4.18. Реакцията протича съгласно уравнението 2H 2 S + 3O 2 = 2SO 2 + 2H 2 O.

Известно време след началото на реакцията концентрацията на веществата, участващи в стоманата (mol / l): = 0, 009; = 0,02; = 0,003. Изчислете: = 0,7 mol / l).

1. В съд газ A се смесва с количеството вещество 4,5 mol и газ B с количеството вещество 3 mol. Газовете A и B реагират в съответствие с уравнението A + B = C. След известно време в системата се образува газ C с количество 2 mol. Колко нереагирали газове А и В са останали в системата?

От уравнението на реакцията следва, че:

Dn (A) = Dn (B) = Dn (C) = 2 mol,

където Dn е промяната в количеството на веществото по време на реакцията.

Следователно в съда остава следното:

n 2 (A) = n 1 (A) - Dn (A); n 2 (A) = (4,5-2) mol = 2,5 mol;

n 2 (B) = n 1 (B) - Dn (B); n 2 (B) = (3 - 2) mol = 1 mol.

2. Реакцията протича съгласно уравнението: 2A + B ⇄ C и има втори ред в вещество А и първи във вещество В. В началния момент от време скоростта на реакцията е 15 mol / l × s. Изчислете константата на скоростта и скоростта на директната реакция в момента, когато 50% от веществото В реагира, ако началните концентрации са равни: C (A) = 10 mol / l; C (B) = 5 mol / L. Как ще се промени скоростта на химическата реакция?

C (B) реагирал е равен на:

C (B) = 0,5 · 5 = 2,5 mol / L.

Съответно реакцията С (А) е равна на:

2 mol / L A - 1 mol / L B

C (A) - 2,5 mol / L B

C (A) и C (B) след реакцията:

C (A) = 10 - 5 = 5 mol / l,

C (B) = 5 - 2,5 = 2,5 mol / L.

Скоростта на директна реакция ще бъде равна на:

Скоростта на химичната реакция ще се промени:

тоест ще намалее 8 пъти.

3. Реакцията между вещества А и В се изразява с уравнението: А + 2В = С и има първи ред в вещество А и втори в вещество В. Началните концентрации на веществата са равни: С (А) = 2 мол / л; C (B) = 4 mol/l; скоростната константа е 1,0. Намерете началната скорост на реакция и скоростта след определено време, когато концентрацията на вещество А намалее с 0,3 mol / L.

Съгласно закона за масово действие:

Ако концентрацията на вещество А намалее с 0,3 mol / l, тогава концентрацията на вещество B ще намалее с 0,3 × 2 = 0,6 mol / l. След протичане на реакцията концентрациите са равни:

4. Скоростите на директните и обратните реакции в газова фаза, протичащи в затворен съд, се изразяват с уравненията:

Съгласно закона за масовото действие, скоростта на пряка и обратна реакция при начални условияса равни:

Увеличаването на налягането с 3 пъти за газообразните системи води до намаляване на обема на газовата смес с 3 пъти, концентрацията на трите газа ще се увеличи със същото количество и скоростите на двете реакции ще станат съответно равни :

Съотношенията на скоростта на реакцията са:

Така скоростта на предната реакция ще се увеличи с 27 пъти, на обратната - с 9.

5. Реакцията при температура 50 0 С протича за 2 минути и 15 секунди. Колко време ще отнеме тази реакция да приключи при температура 70 0 С, ако в даден температурен диапазон температурният коефициент на скоростта g е равен на 3?

С повишаване на температурата от 50 до 70 0 С скоростта на реакцията в съответствие с правилото на Van't Hoff се увеличава:

където = 70 0 С, = 50 0 С, a и са скоростите на реакцията при тези температури.

Получаваме:

тези. скоростта на реакцията се увеличава 9 пъти.

По дефиниция времето за реакция е обратно пропорционално на скоростта на реакцията, следователно:

където и е времето за реакция при температури и .

От тук получаваме:

Като се има предвид, че = 135 s (2 min 15 s), ние определяме реакционното време при температура :

6. Колко пъти скоростта на химическата реакция ще се увеличи, когато температурата се повиши от = 10 0 С до = 80 0 С , ако температурният коефициент на скорост g е 2?

От правилото на Van't Hoff:

Скоростта на реакцията ще се увеличи 128 пъти.

7. При изследване на кинетиката на елиминиране на лекарството от тялото на пациента е установено, че 50% от първоначалното количество на лекарството остава в тялото на пациента за 3 часа. Определете полуживота и константата на скоростта на реакцията за елиминиране на лекарството от човешкото тяло, ако е известно, че това е реакция от първи ред.

Тъй като през даден период от време 50% от лекарството се екскретира от тялото, тогава t 1/2 = 3 часа. Константата на скоростта на реакцията се изчислява от уравнението:

8. При лабораторни изследвания водни разтворина лекарството, беше установено, че поради хидролиза, концентрацията на лекарството на ден намалява от 0,05 mol / l на 0,03 mol / l. Изчислете полуживота на реакцията на лекарствена хидролиза.

Тъй като реакциите на хидролиза обикновено протичат със значителен излишък на вода, концентрацията му може да бъде постоянна. Следователно, в хода на реакцията, само концентрацията на лекарството се променя и реакцията на хидролиза може да се счита за реакция от първи ред.

Стойността на константата на скоростта на реакцията се намира от уравнението:

9. Полуживотът на лекарството от тялото на пациента (реакция от първи ред) е 5 часа. Определете времето, през което 75% от лекарството ще бъде екскретирано от тялото.

Когато 75% от лекарството се екскретира от тялото, съотношението C / C 0 ще бъде 0,25. V този случайудобно е да използвате формулата:

10. Константата на скоростта на реакцията на хидролиза на захароза е 2,31 × 10 - 3 h - 1. Изчисли:

1) полуживотът на реакцията;

2) времето, през което 20% от захарозата ще претърпи хидролиза;

3) каква част от глюкозата ще бъде подложена на хидролиза след 5 дни.

1. Периодът на полуразпад е равен на:

2. След като 20% захароза претърпи хидролиза, съотношението C / C 0 ще бъде 0,8. Следователно:

3. След 5 дни (120 часа) съотношението C / C 0 ще бъде:

Следователно 24% от глюкозата се хидролизира.

11. В хода на някаква реакция от първи порядък 60% от първоначалното количество вещество се превръща за 30 минути. Определете колко от веществото ще остане след 1 час.

1. След 30 минути количеството на останалото вещество ще бъде:

C 1 = C 0 - 0,6 C 0 = 0,4 × C 0.

тоест съотношението C 0 / C 1 е 2,5.

2. Намерете константата на скоростта на реакция:

3. Количеството вещество C 2, останало след 1 час, се определя по формулата:

Така след 1 час ще останат 16% от първоначалното вещество.

Въпроси за самоконтрол

1. Какво се нарича скорост на химична реакция?

2. Какво се нарича истинска скорост на хомогенна реакция?

3. Какво е измерението на скоростта на хомогенна реакция?

4. Как се нарича скорост на хетерогенна реакция?

5. Какво е измерението на скоростта на хетерогенна реакция?

6. Избройте факторите, влияещи върху скоростта на реакцията.

7. Формулирайте действащия закон на масите.

8. Какъв е физическият смисъл на константата на скоростта на реакцията? От какво зависи константата на скоростта на реакцията и от какво не?

9. Какво се нарича ред на реакцията? Дайте примери за реакционни уравнения от нулев, първи, втори и трети ред.

10. Размерът на константата на скоростта на реакцията зависи от реда на реакцията?

11. Какво се нарича молекулярност на реакцията?

13. Определете прости и сложни реакции. Дайте класификация на сложните реакции.

14. Формулирайте правилото на Van't Hoff. Дайте математически израз за правилото на Вант Хоф.

15. Как скоростта на реакцията зависи от енергията на активиране? Напишете уравнението на Арениус.

16. Какво е активиран комплекс? Защо реакциите протичат през етапите на образуване на активирани комплекси?

17. Какво се нарича катализатор? Хомогенна и хетерогенна катализа. Защо реакциите са по -бързи в присъствието на катализатори?

18. Какво е ензимна катализа? Напишете уравнението на Михаелис-Ментен.

Варианти на задачи за независимо решение

Вариант номер 1

1. Реакцията между вещества А и В се изразява с уравнението 2А + В = С и има втори ред в вещество А и първи във вещество В. Началните концентрации на веществата са равни: С 0 (А) = 0,4 мола / l; C0 (B) = 0,8 mol/l; k = 0,6. Намерете началната скорост на реакцията и скоростта след определено време, когато концентрацията на вещество А намалява с 0,2 mol / L.

2. Колко градуса са ви необходими, за да повишите температурата, за да се увеличи скоростта на реакцията 64 пъти? Температурният коефициент на скоростта на реакцията g е равен на 2.

а) когато налягането в системата се удвои?

б) когато обемът на газовете се увеличи 2 пъти?

Вариант номер 2

1. Реакцията протича съгласно уравнението: A + B = C и има първи ред в вещество А и в вещество В. Концентрацията на А е увеличена от 2 на 8 mol / l, а концентрацията на В от 3 на 9 mol / l. Колко пъти се е увеличила скоростта на директната реакция?

2. При 150 ° С реакцията приключва за 10 минути. Като вземете температурния коефициент g равен на 2, изчислете колко минути реакцията би приключила при 170 0 C.

3. Скоростта на реакцията се изразява с уравнението: Колко пъти ще се промени скоростта на реакцията при увеличаване на концентрацията на изходните вещества с 3 пъти?

Вариант номер 3

1. Реакцията се изразява с уравнението: A + B = C и има първи ред в вещество А и в вещество В. При първоначални концентрации C 0 (A) = 3 mol / l и C 0 (B) = 5 mol / l, скоростта на директната реакция е равна на 0,3 mol / L × s. Определете константата на скоростта и скоростта на реакцията след известно време, когато концентрацията на A намалее с 2 mol / L.

2. Колко пъти скоростта на химическата реакция ще се увеличи, когато температурата се повиши от 10 до 70 0 С, ако температурният коефициент на скоростта g е равен на 2?

3. Скоростта на реакцията A (tv) + 2B (газ) = C (tv) се изразява чрез уравнението: Как ще се промени скоростта на реакцията, ако концентрацията на В се удвои?

Вариант номер 4

1. Реакцията протича съгласно уравнението: 2A + B = 2C и има втори ред в вещество А и първи във вещество В. Изчислете скоростта на директната реакция в момента, когато 40% от веществото В реагира, ако началните концентрации са равни: C 0 (A) = 8 mol / l; C0 (B) = 4 mol/l; k = 0,4.

2. Някаква реакция при 100 ° С приключва за 5 минути. Колко време ще отнеме да приключи при 80 0 С, ако температурният коефициент на скоростта g е равен на 3?

3. Скоростта на реакцията 3A + B = C се изразява с уравнението: Колко пъти ще се промени скоростта на директната реакция:

а) с двукратно увеличение на концентрацията на вещество А?

б) като същевременно се намали концентрацията на изходните вещества 2 пъти?

Вариант номер 5

1. Скоростта на някаква реакция с повишаване на температурата от 40 до 70 0 С се е увеличила 8 пъти. Определете стойността на g.

2. Реакцията протича съгласно уравнението: A + 3B = 2C и има първи ред във вещество А и втори в вещество В. Първоначалните концентрации на веществата са равни: C 0 (A) = 2 mol / l; C 0 (B) = 6 mol / l; k = 1. Изчислете началната скорост на директната реакция и скоростта в момента, когато концентрацията на вещество А е намаляла с 1 mol / L. Как ще се промени скоростта на химическата реакция?

3. Как ще се определят скоростите на предната и обратната реакция, протичащи в газовата фаза и спазващи уравненията:

Вариант номер 6

1. В затворен съд има смес от газове, състояща се от 1 mol A и 3 mol B, която реагира съгласно уравнението: A + 3B = 2C. Скоростта на директната реакция се описва с уравнението Колко пъти скоростта на директната реакция ще намалее след реакция на 0,5 mol от A?

2. С колко градуса трябва да се повиши температурата, за да се увеличи скоростта на реакцията 9 пъти, ако температурният коефициент на скоростта g е 3?

3. Как ще се промени скоростта на директната газофазна реакция: 2A = B, чийто порядък е оценен като 0,5, при изотермично намаляване на налягането в системата с коефициент 3?

Вариант номер 7

1. Реакцията между вещества А и В протича съгласно уравнението: A + 2B = C и има първи ред в вещество A и вещество B. Първоначалните концентрации на реагиращите вещества са: C 0 (A) = 1,5 mol / l; C0 (B) = 3 mol/l; k = 0,4. Изчислете скоростта на химическа реакция в началния момент и след определено време, когато 75% А реагира.

2. Какъв е температурният коефициент на скоростта g, ако при повишаване на температурата с 30 0 С скоростта на реакцията нараства 27 пъти?

с изотермично повишаване на налягането с коефициент 2?

Вариант номер 8

1. В разтвор с обем 1 литър, съдържащ 1 mol вещество A и 2 mol вещество B, реакцията протича: A + 3B = 2C + D. Директната реакция има първия ред в веществото А и втория в вещество Б. Колко пъти скоростта на праволинейната реакция ще намалее, след като 0,65 mol вещество А е реагирало?

2. Когато температурата се повиши от -5 до +5 0 С, скоростта на бактериалната хидролиза (ензимен процес) се увеличава 4 пъти. Намерете стойността на температурния коефициент на скоростта на реакцията g.

3. Колко пъти трябва да се увеличи концентрацията на вещество А в системата 2A (газ) = B (газ) + C (tv.), така че скоростта на директната реакция, която е реакция от втори ред, се увеличава 4 пъти?

Вариант номер 9

1. Реакцията протича според уравнението: 2A + B = 2C и има втори ред по вещество A и първи по вещество B. Скоростта на директната реакция е 8 mol / l × s. Изчислете константата на скоростта и скоростта на директната реакция в момента, когато 30% от веществото В реагира, ако началните концентрации са равни: C 0 (A) = 2 mol / l; C 0 (B) = 1 mol / l. Как ще се промени скоростта на химическата реакция?

2. С повишаване на температурата от 10 до 50 0 С скоростта на реакцията се увеличава 16 пъти. Определете температурния коефициент на скоростта g.

3. Реакцията протича съгласно уравнението: A + B = C + D + E и има първи ред в вещество А и нула във вещество В. Как ще се промени скоростта на директната реакция след разреждане на реакционната смес 3 пъти ?

Вариант номер 10

1. Реакцията протича съгласно уравнението: A + 2B = AB 2 и има първи ред в вещество А и втори в вещество В. Константата на скоростта на реакция е 0,01. Изчислете скоростта на реакцията при начални концентрации: C 0 (A) = 0,8 mol / l; C 0 (B) = 0,8 mol / l и скоростта на реакцията към момента на образуване на 0,2 mol / l от веществото AB 2.

2. Колко пъти скоростта на химическата реакция ще се увеличи, когато температурата се повиши от 30 до 60 0 С, ако температурният коефициент на скоростта g е равен на 3?

3. Полуживотът на лекарството от тялото на пациента (реакция от първи ред) е 6 часа. Определете за колко време съдържанието на лекарството в човешкото тяло ще намалее 8 пъти.

Вариант номер 11

1. Реакцията протича съгласно уравнението: A + B = 2C и има първи ред в вещество А и в вещество В. Първоначалните концентрации на веществата са равни: C 0 (A) = 0,3 mol / l; C0 (B) = 0,5 mol/l; k = 0,1. Намерете началната скорост на реакцията и скоростта на реакцията след определено време, когато концентрацията на A намалее с 0,1 mol / L.

2. При 100 0 С някаква реакция завършва за 16 минути. Като вземете температурния коефициент на скоростта g равен на 2, изчислете колко минути същата реакция би приключила при 140 0 С?

3. Полуживотът на лекарството от тялото на пациента (реакция от първи ред) е 2 часа. Определете времето, през което 99% от лекарството ще се екскретира от тялото.

Вариант номер 12

1. Реакцията протича съгласно уравнението: A + 2B = C и има първи ред във вещество А и втори в вещество В. Първоначалните концентрации на веществата са равни: C 0 (A) = 0,9 mol / l; C 0 (B) = 1,5 mol / l; k = 0,6. Намерете началната скорост на реакция и скоростта след определено време, когато се изразходват 50% от веществото А.

2. Какъв е температурният коефициент на скоростта на химическата реакция g , ако с повишаване на температурата с 30 0 С скоростта се увеличава 27 пъти?

3. Полуживотът на някаква реакция от първи ред е 30 минути. Изчислете каква част от първоначалната сума ще остане за 1 час.

Вариант номер 13

1. Реакцията протича според уравнението: 2A + B = 2C и има втори ред по вещество A и първи по вещество B. Константата на скоростта на реакцията е 5 × 10 - 2. Изчислете скоростта на реакцията при начални концентрации C 0 (A) = 0,4 mol / l; C 0 (B) = 0,9 mol / L и скоростта на реакцията към момента на образуване на 0,1 mol вещество C.

2. При температура 10°С реакцията протича за 80 минути. При каква температура реакцията ще приключи за 20 минути, ако температурният коефициент на скоростта g е равен на 2?

3. В хода на лабораторните изследвания беше установено, че концентрацията на лекарството в тялото на пациента на ден намалява от 0,1 mol / l до 0,02 mol / l. Изчислете полуживота на лекарството, като приемете, че дадената реакция е от първи ред.

Вариант номер 14

1. В затворен съд с обем 1 литър се намира смес от газове, състояща се от 1 mol газ А и 3 mol газ В, която реагира по уравнението: A + 3B = 2C. Директната реакция има първи ред в вещество А и втори във вещество В. Как ще се промени скоростта на директната реакция след като 0,5 мол газ А е реагирал?

2. С повишаване на температурата на системата от 10 на 50 0 С, скоростта на химичната реакция се увеличава 16 пъти. Определете температурния коефициент на скоростта на реакцията g .

3. По време на аварията в атомната електроцентрала в Чернобил (1986 г.) се отделя радионуклидът Cs-137, чийто полуживот е 30 години. Изчислете колко от радионуклида, който е влязъл в тялото, остава в момента.

Вариант номер 15

1. Реакцията протича по уравнението: A + B = C има първи ред по вещество A и вещество B. При начални концентрации на вещества C 0 (A) = 0,6 mol / l; При 0 (B) = 0,8 mol / l скоростта на реакцията е 0,03 mol / l × s. Определете константата на скоростта и скоростта на реакцията след известно време, когато концентрацията на вещество А намалее с 0,3 mol / L.

2. Скоростта на реакцията при 0 0 С е равна на 1 mol / l × s. Изчислете скоростта на тази реакция при 30 0 С, ако температурният коефициент на скоростта на реакцията е 3.

3. Константата на скоростта на хидролиза на пестициди при 25 0 С е равна на 0,32 s - 1. Първоначалната концентрация на пестицида в пробата е 2,5 mol / L. Изчислете колко време е необходимо концентрацията на пестицида да намалее до 0,01 mol / L.

Вариант номер 16

1. Реакцията на разлагане протича съгласно уравнението: 2А = 2В + С и има втори ред във вещество А. Константата на скоростта на тази реакция при 200 0 С е равна на 0,05. Начална концентрация C (A) = 2 mol / L. Определете скоростта на реакцията при определената температура в началния момент и в момента, когато 80% от веществото А се разлага.

2. Как ще се промени скоростта на директната реакция: 2A (tv) + 3B (газ) = 2C (tv), която има нулев ред в вещество А и трето във вещество В, ако налягането в системата е се увеличи 3 пъти?

3. В хода на някаква реакция от първи ред 20% от първоначалното количество на веществото се превръща за 45 минути. Определете колко от веществото ще остане след 1,5 часа.

Вариант номер 17

1. Взаимодействието на газовете протича съгласно уравнението: A + 2B = 2C и има първи ред в вещество А и втори в вещество В. Първоначалните концентрации на газ са равни: C 0 (A) = 2 mol / l; C0 (B) = 4 mol/l; k = 0,02. Изчислете скоростта на директната реакция в началния момент от времето и след определено време, когато 50% от веществото А е реагирало.

2. При 20 ° С реакцията продължава за 2 минути. Колко време ще продължи същата реакция при 0 0 С, ако g = 2?

3. Мравчената киселина се разлага на въглероден оксид (IV) и водород върху повърхността на златото. Константата на скоростта на тази реакция при 140 0 С е 5,5 × 10 - 4 min –1, а при 185 0 С е 9,2 × 10 –3 min –1. Определете енергията на активиране на тази реакция.

Вариант номер 18

1. Реакцията протича съгласно уравнението: 2A + B = 2C и има първи ред в вещество А и в вещество В. Скоростта на реакцията е 0,5 mol / l × s. Началните концентрации на веществата са: C (A) = 6 mol / l; C (B) = 3 mol / L. Определете константата на скоростта на тази реакция и скоростта на реакцията след известно време, когато концентрацията на вещество В намалее с 1 mol / L.

2. При 20 ° С реакцията продължава за 2 минути. Колко време ще продължи същата реакция при 50 0 С, ако g = 2?

3. Константата на скоростта на реакцията на инверсия на тръстикова захар при 25 °C е 9,67 × 10 - 3 min - 1, а при 40 ° C е 73,4 × 10 - 3 min -1. Определете енергията на активиране на тази реакция в определения температурен диапазон.

1. Основни понятия и постулати на химическата кинетика

Химичната кинетика е клон на физическата химия, който изучава скоростта на химичните реакции. Основните задачи на химическата кинетика: 1) изчисляване на скоростите на реакцията и определяне на кинетичните криви, т.е. зависимостта на концентрациите на реагентите от времето ( директна задача); 2) определяне на реакционните механизми чрез кинетични криви ( обратен проблем).

Скоростта на химичната реакция описва промяната в концентрацията на реагентите за единица време. За реакция

а A + бВ + ... д D + д E + ...

скоростта на реакцията се определя, както следва:

където квадратните скоби означават концентрацията на вещество (обикновено се измерва в мол / л), T- време; а, б, д, д- стехиометрични коефициенти в уравнението на реакцията.

Скоростта на реакцията зависи от естеството на реагентите, тяхната концентрация, температура и наличието на катализатор. Зависимостта на скоростта на реакцията от концентрацията се описва от основния постулат на химическата кинетика - закон на масите:

Скоростта на химичната реакция във всеки момент от времето е пропорционална на текущите концентрации на реагентите, повишени до известна степен:

където к- скоростна константа (независима от концентрацията); х, y- някои номера, които се извикват ред на реакцията по веществоА и В съответно. По принцип тези числа нямат нищо общо с коефициентите аи бв уравнението на реакцията. Сума от показатели х+ yНаречен общ ред на реакция... Редът на реакцията може да бъде положителен или отрицателен, цял или дробен.

Повечето химични реакции се състоят от няколко етапа, наречени елементарни реакции... Елементарна реакция обикновено се разбира като единичен акт на образуване или разкъсване на химическа връзка, протичащ чрез образуването на преходен комплекс. Броят на частиците, участващи в елементарна реакция, се нарича молекулярностреакции. Има само три вида елементарни реакции: мономолекулни (A B + ...), бимолекулни (A + B D + ...) и тримолекулни (2A + B D + ...). За елементарни реакции общият ред е равен на молекулярността, а редът на веществата е равен на коефициентите в уравнението на реакцията.

ПРИМЕРИ

Пример 1-1.Скоростта на образуване на NO в реакцията 2NOBr (g) 2NO (g) + Br 2 (g) е 1.6. 10 -4 mol / (l. S). Каква е скоростта на реакция и скоростта, с която се изразходва NOBr?

Решение... По дефиниция скоростта на реакцията е:

Бенка / (l. S).

От същата дефиниция следва, че скоростта на потребление на NOBr е равна на скоростта на образуване на NO с обратен знак:

mol / (l. s).

Пример 1-2.При реакция от втори порядък A + B D началните концентрации на веществата A и B са съответно 2,0 mol / L и 3,0 mol / L. Скоростта на реакцията е 1,2. 10 -3 mol / (l. S) при [A] = 1,5 mol / l. Изчислете константата на скоростта и скоростта на реакцията при [B] = 1,5 mol / L.

Решение... Съгласно закона за масово действие, във всеки момент от време скоростта на реакцията е равна на:

По времето, когато [A] = 1,5 mol / L, 0,5 mol / L от веществата A и B са реагирали, следователно [B] = 3 - 0,5 = 2,5 mol / L. Константата на скоростта е:

L / (мол. S).

До момента, когато [B] = 1,5 mol / L, 1,5 mol / L от вещества A и B са реагирали, следователно [A] = 2 - 1,5 = 0,5 mol / L. Скоростта на реакцията е:

Бенка / (l. S).

ЗАДАЧИ

1-1. Как се изразява скоростта на реакцията на синтез на амоняк като 1/2 N 2 + 3/2 H 2 = NH 3 чрез концентрацията на азот и водород? (отговор)

1-2. Как скоростта на реакцията на синтез на амоняк ще се промени 1/2 N 2 + 3/2 H 2 = NH 3, ако уравнението на реакцията е записано като N 2 + 3H 2 = 2NH 3? (отговор)

1-3. Какъв е редът на елементарните реакции: а) Сl + H 2 = HCl + H; б) 2NO + Cl 2 = 2NOCl? (отговор)

1-4. Коя от изброените стойности може да приеме а) отрицателна; б) фракционни стойности: скорост на реакция, ред на реакцията, молекулна маса на реакцията, константа на скоростта, стехиометричен коефициент? (отговор)

1-5. Скоростта на реакцията зависи от концентрацията на реакционните продукти? (отговор)

1-6. Колко пъти скоростта на елементарната реакция на газовата фаза A = 2D ще се увеличи с 3-кратно увеличение на налягането? (Отговор)

1-7. Определете реда на реакцията, ако константата на скоростта има размерност l 2 / (mol 2. S). (отговор)

1-8. Константата на скоростта на газовата реакция от втори ред при 25 ° C е равна на 10 3 l / (mol. S). На какво е равна тази константа, ако кинетичното уравнение е изразено чрез налягане в атмосфери? (Отговор)

1-9. За реакция в газова фаза н-ти ред nA B изразява скоростта на образуване на B чрез общото налягане. (отговор)

1-10. Константите на скоростта на предната и обратната реакция са 2,2 и 3,8 L / (mol. S). По кой от следните механизми могат да протичат тези реакции: а) A + B = D; б) A + B = 2D; в) A = B + D; г) 2А = Б. (отговор)

1-11. Реакцията на разлагане 2HI H 2 + I 2 е от 2-ри ред с константа на скоростта к= 5,95. 10 -6 l / (мол. S). Изчислете скоростта на реакцията при налягане 1 атм и температура 600 К. (отговор)

1-12. Скоростта на реакция от 2-ри порядък A + B D е 2,7. 10 -7 mol / (l. S) при концентрации на вещества А и В, съответно, 3,0. 10 -3 mol / L и 2.0 mol / L. Изчислете скоростната константа. (Отговор)

1-13. При реакция от втори ред A + B 2D, началните концентрации на веществата A и B са 1,5 mol / L всяка. Скоростта на реакцията е 2,0. 10 -4 mol / (l. S) при [A] = 1,0 mol / l. Изчислете константата на скоростта и скоростта на реакцията при [B] = 0,2 mol / L. (отговор)

1-14. При реакцията от втори ред A + B 2D началните концентрации на вещества A и B са съответно 0,5 и 2,5 mol / L. Колко пъти скоростта на реакцията при [A] = 0,1 mol / L е по-малка от първоначалната скорост? (отговор)

1-15. Скоростта на реакцията в газовата фаза се описва с уравнението w = к... [A] 2. [B]. При какво съотношение между концентрациите на А и В началната скорост на реакцията ще бъде максимална при фиксирано общо налягане? (отговор)

2. Кинетика на прости реакции

В този раздел, въз основа на закона за масовото действие, ние ще съставим и решим кинетични уравнения за необратими реакции от цял ред.

Реакции от 0 -и ред.Скоростта на тези реакции не зависи от концентрацията:

където [A] е концентрацията на изходното вещество. Нулевият ред възниква при хетерогенни и фотохимични реакции.

Реакции от 1-ви ред.При реакции от тип А В скоростта е право пропорционална на концентрацията:

При решаване на кинетични уравнения често се използва следното обозначение: начална концентрация [A] 0 = а, текуща концентрация [A] = а - х(T), където х(T) е концентрацията на реагиралото вещество А. В тези обозначения кинетичното уравнение за реакцията от първи ред и нейното решение имат вида:

Решението на кинетичното уравнение също е записано в друга форма, удобна за анализ на реда на реакцията:

Времето, необходимо за разпадане на половината вещество А, се нарича полуживот t 1/2. Определя се от уравнението х(t 1/2) = а/ 2 и е равно на

Реакции от 2-ри ред.В реакции като A + B D + ... скоростта е право пропорционална на продукта от концентрациите:

Начална концентрация на вещества: [A] 0 = а, [B] 0 = б; текуща концентрация: [A] = а- х(T), [B] = б - х(T).

При решаването на това уравнение се разграничават два случая.

1) същите начални концентрации на вещества А и В: а = б... Кинетичното уравнение е:

Решението на това уравнение е написано в различни форми:

Времето на полуразпад на веществата А и В е същото и е равно на:

2) Началните концентрации на вещества А и В са различни: а б... Кинетичното уравнение е:
.

Решението на това уравнение може да бъде записано по следния начин:

Периодите на полуразпад на вещества А и В са различни: .

Реакции от N-ти порядък н A D + ... Кинетичното уравнение е:

Решение на кинетичното уравнение:

. (2.1)

Времето на полуразпад на вещество А е обратно пропорционално на ( н-1) -та степен на начална концентрация:

. (2.2)

Пример 2-1.Полуживотът на радиоактивния изотоп 14 С е 5730 години. При археологически разкопки е намерено дърво, съдържанието на 14 С в което е 72% от нормалното. На колко години е дървото?
Решение.Радиоактивното разпадане е реакция от първи ред. Константата на скоростта е:

Животът на едно дърво може да се намери от решението на кинетичното уравнение, като се вземе предвид, че [A] = 0,72. [A] 0:

Пример 2-2.Установено е, че реакцията от втори ред (един реагент) завършва със 75% за 92 минути при първоначална концентрация на реагент 0,24 М. Колко време ще отнеме концентрацията на реагента да достигне 0,16 М при същите условия?
Решение.Нека напишем два пъти решението на кинетичното уравнение за реакция от втори ред с един реагент:

където по условие, а= 0,24 М, T 1 = 92 минути, х 1 = 0,75. 0,24 = 0,18 М, х 2 = 0,24 - 0,16 = 0,08 М. Разделете едно уравнение на друго:

Пример 2-3.За елементарна реакция н A B означаваме периода на полуразпад на A с t 1/2, а времето на разпадане на A със 75% с t 3/4. Докажете, че съотношението t 3/4/t 1/2 не зависи от началната концентрация, а се определя само от реда на реакцията н.Решение.Нека напишем два пъти решението на кинетичното уравнение за реакцията н-та поръчка с един реактив:

и разделете един израз на друг. Константи ки аот двата израза ще бъде намалено и получаваме:

Този резултат може да бъде обобщен, като се докаже, че съотношението на времената, през които степента на преобразуване е a и b зависи само от реда на реакцията:

ЗАДАЧИ

2-1. Използвайки решението на кинетичното уравнение, докажете, че за реакциите от първи ред времето t х, за които достига степента на превръщане на изходното вещество х, не зависи от началната концентрация. (отговор)

2-2. Реакцията от първата поръчка протича с 30% за 7 минути. Колко време ще отнеме, докато реакцията приключи на 99%? (отговор)

2-3. Периодът на полуразпад на радиоактивния изотоп 137 Cs, който влязъл в атмосферата в резултат на това Авария в Чернобил, - 29,7 години. След колко време количеството на този изотоп ще бъде по-малко от 1% от първоначалното? (отговор)

2-4. Периодът на полуразпад на радиоактивния изотоп 90 Sr, който влиза в атмосферата при ядрени тестове, - 28,1 години. Да предположим, че тялото на новородено бебе е усвоило 1,00 mg от този изотоп. Колко стронций ще остане в тялото след а) 18 години, б) 70 години, ако приемем, че не се отделя от тялото? (Отговор)

2-5. Константата на скоростта за реакция от първи ред SO 2 Cl 2 = SO 2 + Cl 2 е 2,2. 10 -5 s -1 при 320 ° C. Какъв процент от SO 2 Cl 2 ще се разложи, ако се държи 2 часа при тази температура? (Отговор)

2-6. Константа на скоростта на реакция от първи ред

2N 2 O 5 (g) 4NO 2 (g) + O 2 (g)

при 25°С е 3,38. 10 -5 s -1. Какъв е полуживотът на N 2 O 5? Какво ще бъде налягането в системата след а) 10 s, b) 10 минути, ако първоначалното налягане е 500 mm Hg? Изкуство. (отговор)

2-7. Реакцията от първи ред се провежда с различни количества изходен материал. Дали тангентите към началните участъци на кинетичните криви ще се пресичат в една точка по оста на абсцисата? Обяснете отговора. (Отговор)

2-8. Реакция от първи ред A 2B протича в газова фаза. Първоначалното налягане е стр 0 (B липсва). Намерете зависимостта на общото налягане от времето. След колко време налягането ще се увеличи 1,5 пъти в сравнение с първоначалното? Каква е степента на реакцията до този момент? (отговор)

2-9. Реакция от втори ред 2А В протича в газова фаза. Първоначалното налягане е стр 0 (B липсва). Намерете зависимостта на общото налягане от времето. След колко време налягането ще намалее 1,5 пъти спрямо първоначалното? Каква е степента на реакцията до този момент? (отговор)

2-10. Вещество А се смесва с вещества В и С в равни концентрации от 1 mol / L. След 1000 s остават 50% от веществото А. Колко вещество А ще остане през 2000 s, ако реакцията има: а) нула, б) първи, в) втори, в) трети общ ред? (Отговор)

2-11. Коя от реакциите - първи, втори или трети ред - ще завърши по-бързо, ако началните концентрации на веществата са равни на 1 mol/L и всички константи на скоростта, изразени в mol/L и s, са равни на 1? (отговор)

2-12. Реакция

CH 3 CH 2 NO 2 + OH - H 2 O + CH 3 CHNO 2 -

има втори ред и постоянна скорост к= 39,1 L / (мол. Мин) при 0 o С. Приготвя се разтвор, съдържащ 0,004 М нитроетан и 0,005 М NaOH. Колко време ще отнеме реакцията на 90% от нитроетана?

2-13. Константата на скоростта на рекомбинация на H + и FG - (фенилглиоксинат) йони в молекулата на UFH при 298 K е к= 10 11,59 l / (mol s). Изчислете времето, през което реакцията е 99.999% завършена, ако началните концентрации на двата йона са 0.001 mol / L. (отговор)

2-14. Скоростта на окисление на 1-бутанол с хипохлорна киселина не зависи от концентрацията на алкохола и е пропорционална на 2. Колко време отнема реакцията на окисляване при 298 К да завърши 90%, ако първоначалният разтвор съдържа 0,1 mol / L HClO и 1 mol / L алкохол? Константата на скоростта на реакцията е к= 24 L / (мол. Мин). (отговор)

2-15. При определена температура 0,01 М разтвор на етилацетат се осапунява с 0,002 М разтвор на NaOH с 10% за 23 минути. За колко минути ще се осапуни в същата степен с 0,005 М разтвор на КОН? Считайте, че тази реакция е от втори ред и алкалните основи са напълно дисоциирани. (Отговор)

2-16. Реакцията от втори ред A + B P се провежда в разтвор с начални концентрации [A] 0 = 0,050 mol / L и [B] 0 = 0,080 mol / L. След 1 час концентрацията на вещество А намалява до 0.020 mol / L. Изчислете константата на скоростта и времето на полуразпад на двете вещества.