Pruebas

La velocidad de reacción de 2a c no cambió. Estándares de resolución de problemas

Velocidad reacciones químicas La rama de la química que estudia la velocidad y el mecanismo de las reacciones químicas se llama cinética química. La velocidad de una reacción química es el número de actos elementales de interacción por unidad de tiempo en una unidad de espacio de reacción. Esta definición es válida tanto para procesos homogéneos como heterogéneos. En el primer caso, el espacio de reacción es el volumen del recipiente de reacción y, en el segundo, la superficie sobre la que procede la reacción. Dado que la interacción cambia la concentración de reactivos o productos de reacción por unidad de tiempo. En este caso, no es necesario controlar el cambio en la concentración de todas las sustancias que participan en la reacción, ya que su ecuación estequiométrica establece la relación entre las concentraciones de los reactivos. La concentración de reactivos se expresa con mayor frecuencia por el número de moles en 1 litro (mol / l). La velocidad de una reacción química depende de la naturaleza de las sustancias que reaccionan, la concentración, la temperatura, el tamaño de la superficie de contacto de las sustancias, la presencia de catalizadores y otros. y hablar de una reacción monomolecular; cuando en un acto elemental hay colisión de dos moléculas diferentes, la dependencia tiene la siguiente forma: u - a [A] [B], y se habla de reacción bimolecular; cuando en un acto elemental hay colisión de tres moléculas, la dependencia de la velocidad de la concentración es verdadera: v - a [A] [B] [C], y se habla de reacción trimolecular. En todas las dependencias analizadas: v es la velocidad de reacción; [A], [B], [C] - la concentración de reactivos; k - coeficiente de proporcionalidad; llamada constante de velocidad de reacción. v = k, cuando las concentraciones de reactivos o su producto son iguales a uno. La constante de velocidad depende de la naturaleza de los reactivos y de la temperatura. La dependencia de la velocidad de las reacciones simples (es decir, las reacciones que proceden de un acto elemental) de la concentración se describe mediante la ley de acción de masas establecida por K. Guldberg y P. Waage en 1867: la velocidad de una reacción química es directamente proporcional a el producto de la concentración de reactivos elevó a la potencia sus coeficientes estequiométricos. Por ejemplo, para la reacción 2NO + 02 = 2N02; v - k2 y aumentará tres veces. Encuentre: Solución: 1) Escriba la ecuación de reacción: 2СО + 02 = 2С02. Según la ley de acción de masas, v es k [C0] 2. 2) Denote [CO] = a; = B, entonces: v = k a2 b. 3) Con un aumento en la concentración de las sustancias de partida en 3 veces, obtenemos: [CO] = 3a, a = 3b. 4) Calcule la velocidad de reacción u1: - k9a23b - k27a% a si k27 D2b 27 va a2b Respuesta: 27 veces. Ejemplo 3 ¿Cuántas veces aumentará la velocidad de una reacción química con un aumento de temperatura de 40 ° C, si el coeficiente de temperatura de la velocidad de reacción es igual a 3? Dado: At = 40 ° С Y - 3 Halla: 2 Solución: 1) De acuerdo con la regla de van't Hoff: h-U vt2 = vh у 10, 40 y, - vt> 3 10 - vt -81. 2 1 1 Respuesta: 81 veces. a Ejemplo 4 La reacción entre las sustancias A y B se desarrolla según el esquema 2A + B * »C. La concentración de la sustancia A es de 10 mol / l, y la de la sustancia B es de 6 mol / l. La constante de velocidad de reacción es 0,8 l2 4 mol "2 seg" 1. Calcule la velocidad de la reacción química en el momento inicial, así como en el momento en que queda en la mezcla de reacción el 60% de la sustancia B. Dado: k - 0,8 litros 2 mol "2 seg" 1 [A] = 10 mol / l [B] = 6 mol / l Encuentre: "¡comience! ^ Solución: 1) Encuentre la velocidad de reacción en el momento inicial: v - k [A] 2 [B], r> = 0.8 102 b - 480 mol - l seg "1. inicio 2) Después de algún tiempo, el 60% de la sustancia B permanecerá en la mezcla de reacción Entonces: Por lo tanto, [B] disminuyó en: 6 - 3.6 = 2.4 mol / l. 3) De la ecuación de reacción se deduce que las sustancias A y B interactúan entre sí en una proporción de 2: 1, por lo tanto [A] disminuyó en 4.8 mol / ly se volvió igual a: [A] = 10 - 4.8 = 5.2 mol / l. 4) Calcule si: d) = 0.8 * 5.22 3.6 = 77.9 mol l "1 * seg" 1. Respuesta: r> inicio ~ 480 mol l seg "1, g / = 77,9 mol l-1 seg" 1. Ejemplo 5 La reacción a una temperatura de 30 ° C transcurre en 2 minutos. ¿Cuánto tiempo terminará esta reacción a una temperatura de 60 ° C, si en un rango de temperatura dado el coeficiente de temperatura de la velocidad de reacción es 2? Dado: t1 = 30 ° C t2 = 60 ° C 7 = 2 t = 2 min = 120 s Hallar: h Solución: 1) De acuerdo con la regla de van't Hoff: vt - = y ω 1 vt - = 23 = 8. Vt 2) La velocidad de reacción es inversamente proporcional al tiempo de reacción, por lo tanto: Respuesta: t = 15 seg. Preguntas y tareas para decisión independiente 1. Dé una definición de la velocidad de reacción. Dé ejemplos de reacciones que ocurren a diferentes velocidades. 2. La expresión de la velocidad real de una reacción química que se produce a un volumen constante del sistema se escribe de la siguiente manera: dC v = ± -. d t Indique cuándo se requieren signos positivos y negativos en el lado derecho de la expresión. 3. ¿Qué factores determinan la velocidad de una reacción química? 4. ¿Qué se llama energía de activación? ¿Cuál es la influencia de qué factor sobre la velocidad de una reacción química caracteriza? 5. ¿Qué explica el fuerte aumento de la velocidad de reacción al aumentar la temperatura? 6. Dé una definición a la ley básica de la cinética química: la ley de acción de masas. ¿Por quién y cuándo fue formulado? 7. ¿Cómo se llama la constante de velocidad de una reacción química y de qué factores depende? 8. ¿Qué es un catalizador y cómo afecta la velocidad de una reacción química? 9. Dé ejemplos de procesos que utilizan inhibidores. 10. ¿Qué son los promotores y dónde se utilizan? 11. ¿Qué sustancias se denominan "venenos catalíticos"? Dé ejemplos de tales sustancias. 12. ¿Qué es la catálisis homogénea y heterogénea? Dé ejemplos de procesos que utilizan sus procesos catalíticos. 13. ¿Cómo cambiará la velocidad de reacción 2С0 + 02 = 2С02 si el volumen de la mezcla de gases se reduce 2 veces? 14. ¿Cuántas veces aumentará la velocidad de una reacción química con un aumento de temperatura de 10 ° C a 40 ° C, si se sabe que con un aumento de temperatura de 10 ° C, la velocidad de reacción se duplicará? 15. La velocidad de reacción A + B = C se triplica con un aumento de temperatura por cada 10 ° C. ¿Cuántas veces aumentará la velocidad de reacción cuando la temperatura suba 50 ° C? 16. ¿Cuántas veces aumentará la velocidad de reacción de la interacción de hidrógeno y bromo si la concentración de las sustancias iniciales aumenta 4 veces? 17. ¿Cuántas veces aumentará la velocidad de reacción cuando la temperatura suba 40 ° C (y = 2)? 18. ¿Cómo cambiará la velocidad de reacción de 2NO + 02 ^ 2N02 si se duplica la presión en el sistema? 19. ¿Cuántas veces debe aumentarse la concentración de hidrógeno en el sistema N2 + 3H2 ^ 2NH3 para que la velocidad de reacción aumente 125 veces? 20. La reacción entre el óxido nítrico (II) y el cloro se desarrolla según la ecuación 2NO + C12 2NOC1; cómo cambiará la velocidad de reacción con un aumento de: a) la concentración de óxido nítrico en un factor de dos; b) la concentración de cloro es el doble; c) ¿la concentración de ambas sustancias es el doble? ... 21. A 150 ° C, parte de la reacción se completa en 16 minutos. Tomando el coeficiente de temperatura igual a 2.5, calcule cuánto tiempo tomará para que la misma reacción termine a 80 ° C. 22. ¿Cuántos grados debe aumentarse la temperatura para que la velocidad de reacción aumente 32 veces? El coeficiente de temperatura de la velocidad de reacción es 2. 23. A 30 ° C, la reacción transcurre en 3 minutos. ¿Cuánto tiempo tardará la misma reacción a 50 ° C, si el coeficiente de temperatura de la velocidad de reacción es 3. 24. A una temperatura de 40 ° C, la reacción procede en 36 minutos, ya 60 ° C - en 4 minutos. Calcule el coeficiente de temperatura de la velocidad de reacción. 25. La velocidad de reacción a 10 ° C es 2 mol / L. Calcule la velocidad de esta reacción a 50 ° C si el coeficiente de temperatura de la velocidad de reacción es 2.

LECCIÓN 10 10mo grado(primer año de estudio)

Fundamentos de la cinética química. Plan de estado de equilibrio químico

1. Cinética química y área de estudio.

2. Velocidad de reacción homogénea y heterogénea.

3. Dependencia de la velocidad de reacción de varios factores: la naturaleza de los reactivos, la concentración de los reactivos (ley de acción de masas), temperatura (regla de Van't Hoff), catalizador.

4. Reacciones químicas reversibles e irreversibles.

5. Equilibrio químico y condiciones para su desplazamiento. Principio de Le Chatelier.

La rama de la química que estudia las velocidades y los mecanismos de las reacciones químicas se llama cinética química. Uno de los conceptos principales de esta sección es el concepto de velocidad de una reacción química. Algunas reacciones químicas ocurren casi instantáneamente (por ejemplo, una reacción de neutralización en una solución), otras, durante miles de años (por ejemplo, la transformación del grafito en arcilla durante la erosión de las rocas).

La velocidad de una reacción homogénea es la cantidad de una sustancia que entra en una reacción o se forma como resultado de una reacción por unidad de tiempo en una unidad de volumen del sistema:

En otras palabras, la velocidad de una reacción homogénea es igual al cambio en la concentración molar de cualquiera de las sustancias que reaccionan por unidad de tiempo. La velocidad de reacción es un valor positivo, por lo tanto, si se expresa mediante un cambio en la concentración del producto de reacción, se coloca un signo "+", y cuando la concentración del reactivo cambia, se coloca el signo "-".

La velocidad de una reacción heterogénea es la cantidad de una sustancia que entra en una reacción o se forma como resultado de una reacción por unidad de tiempo por unidad de superficie de una fase:

Los factores más importantes que afectan la velocidad de una reacción química son la naturaleza y concentración de los reactivos, la temperatura y la presencia de un catalizador.

Influencia naturaleza de los reactivos se manifiesta en el hecho de que en las mismas condiciones, diferentes sustancias interactúan entre sí a diferentes velocidades, por ejemplo:

Al aumentar concentración de reactivos aumenta el número de colisiones entre partículas, lo que conduce a un aumento en la velocidad de reacción. Cuantitativamente, la dependencia de la velocidad de reacción de la concentración de reactivos se expresa en términos de la eficiencia de la reacción (K.M. Guldberg y P. Waage, 1867; N.I. Beketov, 1865). La velocidad de una reacción química homogénea a temperatura constante es directamente proporcional al producto de la concentración de las sustancias reaccionantes en potencias iguales a sus coeficientes estequiométricos (en este caso no se tiene en cuenta la concentración de sólidos), por ejemplo:

donde A y B son gases o líquidos, k - una constante de velocidad de reacción igual a la velocidad de reacción a una concentración de reactivo de 1 mol / L. Constante k depende de las propiedades de las sustancias que reaccionan y de la temperatura, pero no depende de la concentración de las sustancias.

La dependencia de la velocidad de reacción de temperatura descrito por la regla experimental de W ant-Goffa (1884). Cuando la temperatura aumenta 10 °, la velocidad de la mayoría de las reacciones químicas aumenta de 2 a 4 veces:

donde es el coeficiente de temperatura.

Catalizador Se denomina sustancia que cambia la velocidad de una reacción química, pero que no se consume como resultado de esta reacción. Distinguir entre catalizadores positivos (específicos y universales), negativos (inhibidores) y biológicos (enzimas o enzimas). El cambio en la velocidad de reacción en presencia de catalizadores se llama catálisis... Distinguir entre catálisis homogénea y heterogénea. Si los reactivos y el catalizador están en el mismo estado de agregación, la catálisis es homogénea; en diferente - heterogéneo.

Catálisis homogénea:

catálisis heterogénea:

El mecanismo de acción de los catalizadores es muy complejo y no se comprende completamente. Existe una hipótesis sobre la formación de compuestos intermedios entre el reactivo y el catalizador:

A + gato. ,

En AB + cat.

Para potenciar la acción de los catalizadores, se utilizan promotores; también hay venenos catalíticos que debilitan el efecto de los catalizadores.

La velocidad de una reacción heterogénea está influenciada por tamaño de la interfaz(el grado de finura de la sustancia) y la velocidad de suministro de reactivos y eliminación de productos de reacción de la interfaz.

Todas las reacciones químicas se dividen en dos tipos: reversibles e irreversibles.

Son irreversibles las reacciones químicas que proceden en una sola dirección., es decir. los productos de estas reacciones no interactúan entre sí para formar los materiales de partida. Las condiciones para la irreversibilidad de la reacción son la formación de un precipitado, gas o un electrolito débil. Por ejemplo:

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

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

HCl + NaOH = NaCl + H2O.

Las reacciones reversibles son reacciones que ocurren simultáneamente en las direcciones de avance y retroceso., por ejemplo:

Cuando se produce una reacción química reversible, la velocidad de la reacción directa primero tiene un valor máximo y luego disminuye debido a una disminución en la concentración de las sustancias de partida. La reacción inversa, por el contrario, en el momento inicial del tiempo tiene una velocidad mínima, que aumenta gradualmente. Por tanto, en un determinado momento, llega condición equilibrio químico , en el que la velocidad de la reacción directa es igual a la velocidad de la reacción inversa. El estado de equilibrio químico es dinámico: tanto las reacciones directas como las inversas continúan desarrollándose, pero como sus velocidades son iguales, las concentraciones de todas las sustancias en el sistema de reacción no cambian. Estas concentraciones se denominan equilibrio.

La razón de las constantes de velocidad de las reacciones directa e inversa es un valor constante y se denomina constante de equilibrio ( PARA R ) ... Las concentraciones de sólidos no se incluyen en la expresión de la constante de equilibrio. La constante de equilibrio de la reacción depende de la temperatura y la presión, pero no depende de la concentración de los reactivos y de la presencia de un catalizador, que acelera las reacciones tanto directa como inversa. Cuanto mas PARA p, mayor es el rendimiento práctico de los productos de reacción. Si PARA p> 1, entonces los productos de reacción prevalecen en el sistema; si PARA R< 1, в системе преобладают реагенты.

El equilibrio químico es móvil, es decir con un cambio en las condiciones externas, la velocidad de la reacción de avance o retroceso puede aumentar. La dirección del desplazamiento del equilibrio está determinada por el principio formulado por el científico francés Le Chatelier en 1884. Si se ejerce una influencia externa sobre el sistema de equilibrio, entonces el equilibrio se desplaza hacia la reacción que contrarresta este efecto. El desplazamiento del equilibrio está influenciado por cambios en la concentración de reactivos, temperatura y presión.

Un aumento de la concentración de reactivos y la retirada de productos provocan un desplazamiento del equilibrio hacia la reacción directa.

Cuando el sistema se calienta, el equilibrio se desplaza hacia la reacción endotérmica, mientras que se enfría, hacia la exotérmica.

En las reacciones en las que intervienen sustancias gaseosas, un aumento de presión desplaza el equilibrio hacia una reacción que procede con una disminución del número de moléculas de gas. Si la reacción transcurre sin cambiar el número de moléculas de sustancias gaseosas, entonces el cambio de presión no afecta de ninguna manera el desplazamiento del equilibrio.

Ejemplo 4.1. ¿Cómo cambiará la velocidad de reacción de cada una de las reacciones?

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

si la presión en cada sistema se incrementa 3 veces?

Solución. La reacción (1) es homogénea y, según la ley de acción de masas, la velocidad de reacción inicial es v = k ∙ ∙; la reacción (2) es heterogénea y su velocidad se expresa mediante la ecuación v = k ∙. La concentración de sustancias en la fase sólida (en esta reacción CaO) no cambia durante la reacción, por lo que no se incluye en la ecuación de la ley de acción de masas.

Un aumento de presión en cada uno de los sistemas en 3 veces conducirá a una disminución en el volumen del sistema en 3 veces y un aumento en la concentración de cada una de las sustancias gaseosas que reaccionan en 3 veces. A nuevas concentraciones de las velocidades de reacción: v "= k ∙ (3) 2 ∙ 3 = 27 k ∙ ∙ (1) y v" = k 3 (2). Comparando las expresiones para las velocidades vyv ", encontramos que la velocidad de reacción (1) aumenta 27 veces y la reacción (2) - 3 veces.

Ejemplo 4.2. La reacción entre las sustancias A y B se expresa mediante la ecuación 2A + B = D. Las concentraciones iniciales son: C A = 5 mol / L, C B = 3,5 mol / L. La constante de velocidad es 0.4. Calcule la velocidad de reacción en el momento inicial y en el momento en que el 60% de la sustancia A permanece en la mezcla de reacción.

Solución. Según la ley de acción de masas v =. En el momento inicial, la velocidad es v 1 = 0,4 × 5 2 × 3,5 = 35. Después de algún tiempo, el 60% de la sustancia A permanecerá en la mezcla de reacción, es decir, la concentración de la sustancia A será igual a 5 × 0,6. = 3 mol / l. Esto significa que la concentración de A disminuyó en 5 - 3 = 2 mol / l. Dado que A y B interactúan entre sí en una proporción de 2: 1, la concentración de sustancia B disminuyó en 1 mol y se volvió igual a 3,5 - 1 = 2,5 mol / L. Por lo tanto, v 2 = 0.4 × 3 2 × 2.5 = 9.

Ejemplo 4.3... Algún tiempo después del inicio de la reacción.

2NO + O 2 = 2NO 2 la concentración de sustancias fue (mol / l): = 0.06;

0,12; = 0,216. Encuentre las concentraciones iniciales de NO y O 2.

Solución. Las concentraciones iniciales de NO y O 2 se encuentran en base a la ecuación de reacción, según la cual se consumen 2 moles de NO para la formación de 2 moles de 2NO 2. Según la condición del problema, se formaron 0,216 moles de NO 2, por lo que se consumieron 0,216 moles de NO. Esto significa que la concentración inicial de NO es igual a:

0.06 + 0.216 = 0.276 mol / L.

De acuerdo con la ecuación de reacción para la formación de 2 mol de NO 2, se requiere 1 mol de O 2, y para obtener 0,216 mol de NO 2, se requiere 0,216 / 2 = 0,108 mol / O 2. La concentración inicial de O 2 es: = 0,12 + 0,108 = 0,228 mol / l.

Así, las concentraciones iniciales fueron:

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

Ejemplo 4.4. A 323 K, parte de la reacción termina en 30 s. Determine cómo cambian la velocidad de reacción y el tiempo de su curso a 283 K, si el coeficiente de temperatura de la velocidad de reacción es igual a 2.

Solución. De acuerdo con la regla de Van't Hoff, encontramos cuántas veces cambiará la velocidad de reacción:

2 –4 = .

La velocidad de reacción disminuye 16 veces. La velocidad de la reacción y el tiempo de su curso están relacionados inversamente. proporcional... En consecuencia, el curso de esta reacción aumentará 16 veces y será 30 × 16 = 480 s = 8 minutos.

Tareas

№ 4.1 ... La reacción procede de acuerdo con la ecuación 3H 2 + CO = CH 4 + H 2 O

Las concentraciones iniciales de los reactivos fueron (mol / l): = 0,8; C CO = 0,6. ¿Cómo cambiará la velocidad de reacción si la concentración de hidrógeno aumenta a 1,2 mol / L y la concentración de monóxido de carbono a 0,9 mol / L?

(Respuesta: aumentará 5 veces).

№ 4.2 ... La reacción de descomposición del N 2 O procede de acuerdo con la ecuación 2N 2 O = 2N 2 + O 2. La constante de velocidad de reacción es 5 · 10 –4. Concentración inicial

0,32 mol / l. Determine la velocidad de reacción en el momento inicial y en el momento en que se descompone el 50% del N 2 O ( Respuesta: 5,12 . 10 -5 ; 1,28 . 10 -5).

№ 4.3 ... La reacción entre las sustancias A y B se expresa mediante la ecuación

A + 2B = D. Concentraciones iniciales: C A = 0.3 mol / L y C B = 0.4 mol / L. La constante de velocidad es 0,8. Calcule la velocidad de reacción inicial y determine cómo cambió la velocidad de reacción después de cierto tiempo, cuando la concentración de sustancia A disminuyó en 0.1 mol.

(Respuesta: 3,84 . 10 -2; disminuyó 6 veces).

№ 4.4 ¿Cuál es el coeficiente de temperatura de la velocidad de reacción si, cuando la temperatura se reduce en 30 ° C, el tiempo de reacción aumenta 64 veces? ( Respuesta: 4).

№ 4.5 .Calcule a qué temperatura terminará la reacción en 45 minutos, si a 20 ° C tardará 3 horas. El coeficiente de temperatura de la velocidad de reacción es 3 ( Respuesta: 32,6 sobre C).

№ 4.6. ¿Cómo cambiará la velocidad de reacción CO + Cl 2 = COCl 2 si la presión se incrementa 3 veces y al mismo tiempo la temperatura se incrementa en 30 о С (γ = 2)?

(Respuesta: aumentará 72 veces).

№ 4.7 ... Las reacciones proceden de acuerdo con las ecuaciones.

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

¿Cómo cambiará la velocidad de las reacciones (1) y (2) si en cada sistema: a) disminuye la presión en 3 veces; b) aumentar el volumen del recipiente en 3 veces; c) aumentar la concentración de oxígeno en 3 veces? ( Respuesta: a) disminuirá en (1) en 3, en (2) en 27 veces);

b) disminuirá en (1) en 3, en (2) en 27 veces); c) aumentará en (1) y (2) 3 veces).

№ 4.8 ... La reacción procede de acuerdo con la ecuación H 2 + I 2 = 2HI. La constante de velocidad es 0,16. Las concentraciones iniciales de hidrógeno y yodo son 0,04 mol / ly 0,05 mol / l, respectivamente. Calcule la velocidad de reacción inicial y su velocidad cuando la concentración de H2 se convierta en 0.03 mol / L. ( Respuesta: 3,2 . 10 -3 ; 1,9 . 10 -3).

№ 4.9 ... La oxidación del azufre y su dióxido procede de acuerdo con las ecuaciones:

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

¿Cómo cambiará la velocidad de las reacciones (1) y (2) si en cada sistema: a) aumenta la presión 4 veces; b) reducir 4 veces el volumen del recipiente; c) ¿aumentar 4 veces la concentración de oxígeno? ( Respuesta: a) aumentará en (1) en 4, en (2) en 64 (veces);

b) aumentará en (1) 4 veces, en (2) 64 veces); c) aumentará en (1) y (2) por 4).

№ 4.10 ... La constante de velocidad de reacción 2A + B = D es 0.8. Concentraciones iniciales: C A = 2.5 mol / L y C B = 1.5 mol / L. Como resultado de la reacción, se encontró que la concentración de C B era de 0,6 mol / l. Calcule lo que se ha vuelto igual a CA y la velocidad de reacción. ( Respuesta: 0,7 mol / L; 0,235).

№ 4.11. La reacción procede de acuerdo con la ecuación 4HCl + O 2 = 2H 2 O + 2Cl 2

Algún tiempo después del inicio de la reacción, la concentración de las sustancias involucradas en el acero (mol / l): = 0,85; = 0,44; = 0,30. Calcule las concentraciones iniciales de HCl y O 2. ( Respuesta:= 1,45; = 0,59 mol / l).

№ 4.12 ... Concentraciones iniciales de sustancias en la reacción CO + H 2 O ↔ CO 2 + H 2

fueron iguales (mol / l): C CO = 0,5; = 0,6; = 0,4; = 0,2. Calcule las concentraciones de todas las sustancias que participan en la reacción después de que haya reaccionado H 2 O al 60% ( Respuesta: C CO = 0,14; = 0,24; = 0,76; = 0,56 mol / l).

№ 4.13 ... ¿Cómo cambiará la velocidad de reacción 2СО + О 2 = СО 2 si:

a) aumentar el volumen del recipiente de reacción 3 veces; b) aumentar 3 veces la concentración de CO; c) ¿aumentar la temperatura en 40 о С (γ = 2)? ( Respuesta: a) disminuir en 27 veces; b) aumentará 9 veces; c) aumentará 16 veces).

№ 4.14 ... A 10 ° C, la reacción termina en 20 minutos. ¿Cuánto tiempo tardará la reacción cuando la temperatura suba a 40 ° C, si el coeficiente de temperatura es 3? ( Respuesta: 44,4 s).

№ 4.15 ... Cuantas veces deberías incrementar

a) la concentración de CO en el sistema 2CO = CO 2 + C, de modo que la velocidad de reacción aumenta 4 veces?

b) la concentración de hidrógeno en el sistema N 2 + 3H 2 = 2NH 3 de modo que la velocidad de reacción aumenta 100 veces?

c) la presión en el sistema 2NO + O 2 = 2NO 2 de modo que la tasa de formación de NO 2 aumenta en 10 3 veces? ( Respuesta: 2 veces; 4,64 veces; 10 veces).

№ 4.16 ... La velocidad de reacción A + 2B = AB 2 en C A = 0.15 mol / ly

C B = 0,4 mol / l es 2,4 ∙ 10 −3. Determine la constante de velocidad y la velocidad de reacción cuando la concentración de B se vuelve 0.2 mol / L. ( Respuesta: 0,1; 2 ∙ 10 -4).

№ 4.17 ... ¿Cómo cambiará la velocidad de reacción 2A + B = A 2 B si la concentración de sustancia A aumenta 3 veces, la concentración de sustancia B se reduce 2 veces y la temperatura aumenta 40 ° C (γ = 2) ? ( Respuesta: aumentará 72 veces).

№ 4.18. La reacción procede de acuerdo con la ecuación 2H 2 S + 3O 2 = 2SO 2 + 2H 2 O.

Algún tiempo después del inicio de la reacción, la concentración de las sustancias involucradas en el acero (mol / l): = 0, 009; = 0,02; = 0,003. Calcular: = 0,7 mol / l).

1. En un recipiente, el gas A se mezcló con la cantidad de sustancia 4,5 mol y el gas B con la cantidad de sustancia 3 mol. Los gases A y B reaccionan de acuerdo con la ecuación A + B = C. Después de un tiempo, el gas C se formó en el sistema con una cantidad de 2 mol. ¿Cuántos gases A y B sin reaccionar quedan en el sistema?

De la ecuación de reacción se deduce que:

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

donde Dn es el cambio en la cantidad de una sustancia durante la reacción.

En consecuencia, lo siguiente permanece en el recipiente:

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. La reacción procede de acuerdo con la ecuación: 2A + B ⇄ C y tiene el segundo orden en la sustancia A y el primero en la sustancia B. En el momento inicial, la velocidad de reacción es de 15 mol / l × s. Calcule la constante de velocidad y la velocidad de la reacción directa en el momento en que reacciona el 50% de la sustancia B, si las concentraciones iniciales son iguales: C (A) = 10 mol / l; C (B) = 5 mol / L. ¿Cómo cambiará la velocidad de una reacción química?

C (B) reaccionó es igual a:

C (B) = 0.5 · 5 = 2.5 mol / L.

En consecuencia, la reacción С (A) es igual a:

2 mol / L A - 1 mol / L B

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

C (A) y C (B) después de la reacción:

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

C (B) = 5 - 2.5 = 2.5 mol / L.

La velocidad de reacción directa será igual a:

La velocidad de la reacción química cambiará:

es decir, disminuirá 8 veces.

3. La reacción entre las sustancias A y B se expresa mediante la ecuación: A + 2B = C y tiene el primer orden en la sustancia A y el segundo en la sustancia B. Las concentraciones iniciales de sustancias son iguales: C (A) = 2 mol / l; C (B) = 4 mol / l; la constante de velocidad es 1.0. Encuentre la velocidad de reacción inicial y la velocidad después de cierto tiempo, cuando la concentración de sustancia A disminuye en 0.3 mol / L.

Según la ley de acción de masas:

Si la concentración de sustancia A disminuye en 0,3 mol / l, entonces la concentración de sustancia B disminuirá en 0,3 × 2 = 0,6 mol / l. Una vez que continúa la reacción, las concentraciones son iguales:

4. Las tasas de reacciones directas e inversas en fase gaseosa que ocurren en un recipiente cerrado se expresan mediante las ecuaciones:

De acuerdo con la ley de masas efectivas, las tasas de reacciones directas e inversas en condiciones iniciales son iguales:

Un aumento de la presión en 3 veces para sistemas gaseosos conduce a una disminución en el volumen de la mezcla de gases en 3 veces, la concentración de los tres gases aumentará en la misma cantidad y las velocidades de ambas reacciones serán, respectivamente, iguales. :

Las relaciones de velocidad de reacción son:

Por lo tanto, la velocidad de la reacción hacia adelante aumentará en 27 veces, a la inversa, en 9.

5. La reacción a una temperatura de 50 0 С prosigue en 2 minutos y 15 segundos. ¿Cuánto tiempo tardará esta reacción en terminar a una temperatura de 70 0 С, si en un rango de temperatura dado el coeficiente de temperatura de la velocidad g es igual a 3?

Con un aumento de temperatura de 50 a 70 0 С, la velocidad de reacción de acuerdo con la regla de Van't Hoff aumenta:

dónde = 70 0 С, = 50 0 С, ay son las velocidades de reacción a estas temperaturas.

Obtenemos:

aquellos. la velocidad de reacción aumenta 9 veces.

Por definición, el tiempo de reacción es inversamente proporcional a la velocidad de reacción, por lo tanto:

donde y es el tiempo de reacción a temperaturas y .

De aquí obtenemos:

Considerando que = 135 s (2 min 15 s), determinamos el tiempo de reacción a una temperatura :

6. ¿Cuántas veces aumentará la velocidad de una reacción química cuando la temperatura suba de = 10 0 C hasta = 80 0 С , si el coeficiente de temperatura de la velocidad g es 2?

De la regla de Van't Hoff:

La velocidad de reacción aumentará 128 veces.

7. Al estudiar la cinética de eliminación del fármaco del cuerpo del paciente, se encontró que el 50% de la cantidad inicial del fármaco permanecía en el cuerpo del paciente en 3 horas. Determine la vida media y la constante de velocidad de reacción para la eliminación del fármaco del cuerpo humano, si se sabe que se trata de una reacción de primer orden.

Dado que durante un período de tiempo dado el 50% del fármaco se excretó del cuerpo, entonces t 1/2 = 3 horas. La constante de velocidad de reacción se calcula a partir de la ecuación:

8. En investigación de laboratorio soluciones acuosas del fármaco, se encontró que debido a la hidrólisis, la concentración del fármaco por día disminuyó de 0,05 mol / la 0,03 mol / l. Calcule la vida media de la reacción de hidrólisis del fármaco.

Dado que las reacciones de hidrólisis generalmente se desarrollan con un exceso significativo de agua, su concentración puede ser constante. Por lo tanto, en el curso de la reacción, solo cambia la concentración del fármaco y la reacción de hidrólisis puede considerarse una reacción de primer orden.

El valor de la constante de velocidad de reacción se encuentra a partir de la ecuación:

9. La vida media del fármaco en el organismo del paciente (reacción de primer orden) es de 5 horas. Determine el tiempo durante el cual el 75% del fármaco se excretará del cuerpo.

Cuando el 75% del fármaco se excreta del organismo, la relación C / C 0 será de 0,25. V este caso conviene utilizar la fórmula:

10. La constante de velocidad de la reacción de hidrólisis de sacarosa es 2.31 × 10 - 3 h - 1. Calcular:

1) la vida media de la reacción;

2) el tiempo durante el cual el 20% de la sacarosa sufrirá hidrólisis;

3) qué parte de la glucosa se someterá a hidrólisis después de 5 días.

1. La vida media es igual a:

2. Una vez que la sacarosa al 20% se somete a hidrólisis, la relación C / C0 será 0,8. Por eso:

3. Después de 5 días (120 horas), la relación C / C 0 será:

En consecuencia, se hidrolizó el 24% de la glucosa.

11. En el curso de alguna reacción de primer orden, el 60% de la cantidad inicial de la sustancia se convierte en 30 minutos. Determine la cantidad de sustancia que quedará después de 1 hora.

1. Después de 30 minutos, la cantidad de sustancia restante será:

C 1 = C 0 - 0,6 C 0 = 0,4 × C 0.

es decir, la relación C 0 / C 1 es 2,5.

2. Encuentre la constante de velocidad de reacción:

3. La cantidad de sustancia C 2 que queda después de 1 hora se determina mediante la fórmula:

Así, después de 1 hora, quedará el 16% de la sustancia original.

Preguntas para el autocontrol

1. ¿Cómo se llama la velocidad de una reacción química?

2. ¿Cómo se llama la verdadera velocidad de una reacción homogénea?

3. ¿Cuál es la dimensión de la velocidad de una reacción homogénea?

4. ¿Cómo se llama la velocidad de una reacción heterogénea?

5. ¿Cuál es la dimensión de la velocidad de una reacción heterogénea?

6. Enumere los factores que influyen en la velocidad de reacción.

7. Formular la ley de masas en acción.

8. ¿Cuál es el significado físico de la constante de velocidad de reacción? ¿De qué depende la constante de velocidad de reacción y de qué no depende?

9. ¿Cómo se llama orden de reacción? Dé ejemplos de ecuaciones de reacción de cero, primero, segundo y tercer orden.

10. ¿La dimensión de la constante de velocidad de reacción depende del orden de la reacción?

11. ¿Cómo se llama la molecularidad de una reacción?

13. Defina reacciones simples y complejas. Dar la clasificación de reacciones complejas.

14. Formule la regla de Van't Hoff. Da una expresión matemática para la regla de Van't Hoff.

15. ¿Cómo depende la velocidad de reacción de la energía de activación? Escribe la ecuación de Arrhenius.

16. ¿Qué es un complejo activado? ¿Por qué las reacciones pasan por las etapas de formación de complejos activados?

17. ¿Qué se llama catalizador? Catálisis homogénea y heterogénea. ¿Por qué las reacciones son más rápidas en presencia de catalizadores?

18. ¿Qué es la catálisis enzimática? Escribe la ecuación de Michaelis-Menten.

Variantes de tareas para solución independiente.

Opción número 1

1. La reacción entre las sustancias A y B se expresa mediante la ecuación 2A + B = C y tiene el segundo orden en la sustancia A y el primero en la sustancia B. Las concentraciones iniciales de sustancias son: C 0 (A) = 0,4 mol / l; C0 (B) = 0,8 mol / l; k = 0,6. Encuentre la velocidad de reacción inicial y la velocidad después de cierto tiempo, cuando la concentración de sustancia A disminuye en 0.2 mol / L.

2. ¿Cuántos grados necesita para elevar la temperatura para que la velocidad de reacción aumente 64 veces? El coeficiente de temperatura de la velocidad de reacción g es igual a 2.

a) ¿Cuándo se duplica la presión en el sistema?

b) cuando el volumen de gases aumenta 2 veces?

Opción número 2

1. La reacción procede de acuerdo con la ecuación: A + B = C y tiene el primer orden en la sustancia A y en la sustancia B. La concentración de A se incrementó de 2 a 8 mol / l, y la concentración de B de 3 a 9 mol / l. ¿Cuántas veces ha aumentado la velocidad de la reacción directa?

2. A 150 0 С, la reacción finaliza en 10 minutos. Tomando el coeficiente de temperatura g igual a 2, calcule cuántos minutos habría terminado la reacción a 170 0 C.

3. La velocidad de reacción se expresa mediante la ecuación: ¿Cuántas veces cambiará la velocidad de reacción con un aumento de 3 veces en la concentración de las sustancias de partida?

Opción número 3

1. La reacción se expresa mediante la ecuación: A + B = C y tiene el primer orden en la sustancia A y en la sustancia B. A concentraciones iniciales C 0 (A) = 3 mol / ly C 0 (B) = 5 mol / l, la velocidad de la reacción directa es igual a 0,3 mol / L × s. Determine la constante de velocidad y la velocidad de reacción después de un tiempo, cuando la concentración de A disminuye en 2 mol / L.

2. ¿Cuántas veces aumentará la velocidad de una reacción química cuando la temperatura suba de 10 a 70 0 С, si el coeficiente de temperatura de la velocidad g es igual a 2?

3. La velocidad de reacción A (tv) + 2B (gas) = C (tv) se expresa mediante la ecuación: ¿Cómo cambiará la velocidad de reacción si se duplica la concentración de B?

Opción número 4

1. La reacción procede de acuerdo con la ecuación: 2A + B = 2C y tiene el segundo orden en la sustancia A y el primero en la sustancia B. Calcule la velocidad de la reacción directa en el momento en que el 40% de la sustancia B reacciona, si el las concentraciones iniciales son iguales: C 0 (A) = 8 mol / l; C0 (B) = 4 mol / l; k = 0,4.

2. Alguna reacción a 100 0 С termina en 5 minutos. ¿Cuánto tiempo llevará terminar en 80 0 С, si el coeficiente de temperatura de la tasa g es igual a 3?

3. La velocidad de reacción 3A + B = C se expresa mediante la ecuación: ¿Cuántas veces cambiará la velocidad de la reacción directa?

a) con un aumento de 2 veces en la concentración de sustancia A?

b) reduciendo al mismo tiempo la concentración de las sustancias de partida en 2 veces?

Opción número 5

1. La velocidad de alguna reacción con un aumento de temperatura de 40 a 70 0 С se ha multiplicado por 8. Determine el valor de g.

2. La reacción procede según la ecuación: A + 3B = 2C y tiene el primer orden en la sustancia A y el segundo en la sustancia B. Las concentraciones iniciales de sustancias son iguales: C 0 (A) = 2 mol / l; C0 (B) = 6 mol / l; k = 1. Calcule la velocidad inicial de la reacción directa y la velocidad en el momento en que la concentración de sustancia A ha disminuido en 1 mol / L. ¿Cómo cambiará la velocidad de una reacción química?

3. ¿Cómo serán las velocidades de las reacciones directa e inversa que tienen lugar en la fase gaseosa y obedecerán las ecuaciones?

Opción número 6

1. En un recipiente cerrado hay una mezcla de gases, formada por 1 mol A y 3 mol B, que reacciona según la ecuación: A + 3B = 2C. La velocidad de reacción directa se describe mediante la ecuación ¿Cuántas veces disminuirá la velocidad de la reacción directa después de que hayan reaccionado 0,5 mol de A?

2. ¿Cuántos grados debe aumentarse la temperatura para que la velocidad de reacción aumente 9 veces si el coeficiente de temperatura de la velocidad g es 3?

3. ¿Cómo cambiará la velocidad de la reacción directa en fase gaseosa: 2A = B, cuyo orden se estima en 0,5, con una disminución isotérmica de la presión en el sistema en un factor de 3?

Opción número 7

1. La reacción entre las sustancias A y B procede de acuerdo con la ecuación: A + 2B = C y tiene el primer orden en la sustancia A y en la sustancia B. Las concentraciones iniciales de las sustancias que reaccionan fueron: C 0 (A) = 1,5 mol / l; C0 (B) = 3 mol / l; k = 0,4. Calcule la velocidad de una reacción química en el momento inicial y después de cierto tiempo, cuando reacciona 75% A.

2. ¿Cuál es el coeficiente de temperatura de la velocidad g, si con un aumento de temperatura en 30 0 С la velocidad de reacción aumenta 27 veces?

3. ¿Cómo serán las velocidades de las reacciones directa e inversa que tienen lugar en la fase gaseosa y obedecerán las ecuaciones?

con un aumento isotérmico de la presión en 2 veces?

Opción número 8

1. En una solución con un volumen de 1 litro, que contiene 1 mol de sustancia A y 2 mol de sustancia B, la reacción procede: A + 3B = 2C + D. La reacción directa tiene el primer orden en la sustancia A y el segundo en la sustancia B. ¿Cuántas veces disminuirá la velocidad de la reacción en línea recta después de que hayan reaccionado 0,65 moles de sustancia A?

2. Cuando la temperatura aumenta de -5 a +5 0 С, la tasa de hidrólisis bacteriana (proceso enzimático) aumenta 4 veces. Encuentre el valor del coeficiente de temperatura de la velocidad de reacción g.

3. ¿Cuántas veces debe aumentarse la concentración de sustancia A en el sistema 2A (gas) = B (gas) + C (tv.) Para que la velocidad de la reacción directa, que es una reacción de segundo orden, aumenta 4 veces?

Opción número 9

1. La reacción procede de acuerdo con la ecuación: 2A + B = 2C y tiene el segundo orden en la sustancia A y el primero en la sustancia B. La velocidad de la reacción directa es 8 mol / l × s. Calcule la constante de velocidad y la velocidad de la reacción directa en el momento en que reacciona el 30% de la sustancia B, si las concentraciones iniciales son iguales: C 0 (A) = 2 mol / l; C 0 (B) = 1 mol / l. ¿Cómo cambiará la velocidad de una reacción química?

2. Con un aumento de temperatura de 10 a 50 0 С, la velocidad de reacción aumentó 16 veces. Determine el coeficiente de temperatura de la rapidez g.

3. La reacción procede de acuerdo con la ecuación: A + B = C + D + E y tiene el primer orden en la sustancia A y cero en la sustancia B. ¿Cómo cambiará la velocidad de la reacción directa después de diluir la mezcla de reacción 3 veces? ?

Opción número 10

1. La reacción procede de acuerdo con la ecuación: A + 2B = AB 2 y tiene el primer orden en la sustancia A y el segundo en la sustancia B. La constante de velocidad de reacción es 0.01. Calcule la velocidad de reacción a las concentraciones iniciales: C 0 (A) = 0,8 mol / l; C 0 (B) = 0,8 mol / ly la velocidad de reacción en el momento de la formación de 0,2 mol / l de sustancia AB 2.

2. ¿Cuántas veces aumentará la velocidad de una reacción química cuando la temperatura suba de 30 a 60 0 С, si el coeficiente de temperatura de la velocidad g es igual a 3?

3. La vida media del fármaco en el organismo del paciente (reacción de primer orden) es de 6 horas. Determine cuánto tiempo el contenido de la droga en el cuerpo humano disminuirá en 8 veces.

Opción número 11

1. La reacción procede según la ecuación: A + B = 2C y tiene el primer orden en la sustancia A y en la sustancia B. Las concentraciones iniciales de sustancias son iguales: C 0 (A) = 0,3 mol / l; C0 (B) = 0,5 mol / l; k = 0,1. Encuentre la velocidad de reacción inicial y la velocidad de reacción después de cierto tiempo, cuando la concentración de A disminuye en 0.1 mol / L.

2. A 100 0 C, parte de la reacción termina en 16 minutos. Tomando el coeficiente de temperatura de la tasa g igual a 2, calcule cuántos minutos habría terminado la misma reacción a 140 0 С?

3. La vida media del fármaco en el organismo del paciente (reacción de primer orden) es de 2 horas. Determine el tiempo durante el cual el 99% del fármaco se excretará del cuerpo.

Opción número 12

1. La reacción procede según la ecuación: A + 2B = C y tiene el primer orden en la sustancia A y el segundo en la sustancia B. Las concentraciones iniciales de sustancias son iguales: C 0 (A) = 0,9 mol / l; C0 (B) = 1,5 mol / l; k = 0,6. Encuentre la velocidad de reacción inicial y la velocidad después de cierto tiempo, cuando se consume el 50% de la sustancia A.

2. ¿Cuál es el coeficiente de temperatura de la velocidad de una reacción química g , si con un aumento de temperatura en 30 0 С la velocidad aumenta 27 veces?

3. La vida media de algunas reacciones de primer orden es de 30 minutos. Calcule qué parte de la cantidad original quedará en 1 hora.

Opción número 13

1. La reacción procede de acuerdo con la ecuación: 2A + B = 2C y tiene el segundo orden en la sustancia A y el primero en la sustancia B. La constante de velocidad de reacción es 5 × 10 - 2. Calcule la velocidad de reacción a concentraciones iniciales C 0 (A) = 0,4 mol / l; C 0 (B) = 0,9 mol / L y la velocidad de reacción en el momento de la formación de 0,1 mol de sustancia C.

2. A una temperatura de 10 0 C, la reacción transcurre en 80 minutos. ¿A qué temperatura terminará la reacción en 20 minutos si el coeficiente de temperatura de la velocidad g es igual a 2?

3. En el curso de estudios de laboratorio, se encontró que la concentración del fármaco en el cuerpo del paciente por día disminuyó de 0,1 mol / la 0,02 mol / l. Calcule la vida media del fármaco, asumiendo que la reacción dada es de primer orden.

Opción número 14

1. En un recipiente cerrado con un volumen de 1 litro hay una mezcla de gases formada por 1 mol de gas A y 3 mol de gas B, que reacciona según la ecuación: A + 3B = 2C. La reacción directa tiene el primer orden en la sustancia A y el segundo en la sustancia B. ¿Cómo cambiará la velocidad de la reacción directa después de que hayan reaccionado 0,5 moles de gas A?

2. Con un aumento en la temperatura del sistema de 10 a 50 0 С, la velocidad de la reacción química aumentó 16 veces. Determine el coeficiente de temperatura de la velocidad de reacción g .

3. Durante el accidente de la central nuclear de Chernobyl (1986), se liberó el radionúclido Cs-137, cuya vida media es de 30 años. Calcule cuánto del radionúclido que ha entrado en el cuerpo permanece en el momento actual.

Opción número 15

1. La reacción procede de acuerdo con la ecuación: A + B = C tiene el primer orden en la sustancia A y en la sustancia B. A concentraciones iniciales de sustancias C 0 (A) = 0,6 mol / l; Con 0 (B) = 0,8 mol / l, la velocidad de reacción es 0,03 mol / l × s. Determine la constante de velocidad y la velocidad de reacción después de un tiempo, cuando la concentración de sustancia A disminuye en 0.3 mol / L.

2. La velocidad de reacción a 0 0 С es igual a 1 mol / l × s. Calcule la velocidad de esta reacción a 30 0 С, si el coeficiente de temperatura de la velocidad de reacción es 3.

3. La constante de velocidad de hidrólisis de plaguicidas a 25 0 С es igual a 0,32 s - 1. La concentración inicial del plaguicida en la muestra fue de 2,5 mol / L. Calcule cuánto tiempo tarda la concentración de pesticida en disminuir a 0.01 mol / L.

Opción número 16

1. La reacción de descomposición procede de acuerdo con la ecuación: 2A = 2B + C y tiene el segundo orden en la sustancia A. La constante de velocidad de esta reacción a 200 0 С es igual a 0.05. Concentración inicial C (A) = 2 mol / L. Determine la velocidad de reacción a la temperatura especificada en el momento inicial y en el momento en que el 80% de la sustancia A se descompone.

2. ¿Cómo cambiará la velocidad de la reacción directa: 2A (tv) + 3B (gas) = 2C (tv), que tiene un orden cero en la sustancia A y tercero en la sustancia B, si la presión en el sistema es aumentado en 3 veces?

3. En el curso de alguna reacción de primer orden, el 20% de la cantidad inicial de la sustancia se convierte en 45 minutos. Determine la cantidad de sustancia que quedará después de 1,5 horas.

Opción número 17

1. La interacción de los gases procede de acuerdo con la ecuación: A + 2B = 2C y tiene el primer orden en la sustancia A y el segundo en la sustancia B. Las concentraciones iniciales de gas son iguales: C 0 (A) = 2 mol / l; C0 (B) = 4 mol / l; k = 0,02. Calcule la velocidad de la reacción directa en el momento inicial y después de cierto tiempo, cuando el 50% de la sustancia A ha reaccionado.

2. A 20 0 С, la reacción prosigue en 2 minutos. ¿Cuánto tiempo tomará la misma reacción a 0 0 С, si g = 2?

3. El ácido fórmico se descompone en monóxido de carbono (IV) e hidrógeno en la superficie del oro. La constante de velocidad de esta reacción a 140 0 С es 5.5 × 10 - 4 min –1, ya 185 0 С es 9.2 × 10 –3 min –1. Determine la energía de activación de esta reacción.

Opción número 18

1. La reacción procede de acuerdo con la ecuación: 2A + B = 2C y tiene el primer orden en la sustancia A y en la sustancia B. La velocidad de reacción es de 0,5 mol / l × s. Las concentraciones iniciales de sustancias son: C (A) = 6 mol / l; C (B) = 3 mol / L. Determine la constante de velocidad de esta reacción y la velocidad de reacción después de algún tiempo, cuando la concentración de sustancia B disminuye en 1 mol / L.

2. A 20 0 С, la reacción transcurre en 2 minutos. ¿Cuánto tiempo tomará la misma reacción a 50 0 С, si g = 2?

3. La constante de velocidad de la reacción de inversión del azúcar de caña a 25 ° С es igual a 9,67 × 10 - 3 min - 1, ya 40 ° С es 73,4 × 10 - 3 min -1. Determine la energía de activación de esta reacción en el rango de temperatura especificado.

1. Conceptos y postulados básicos de la cinética química

La cinética química es una rama de la química física que estudia la velocidad de las reacciones químicas. Las principales tareas de la cinética química: 1) cálculo de las velocidades de reacción y determinación de las curvas cinéticas, es decir, la dependencia de las concentraciones de reactivos en el tiempo ( tarea directa); 2) determinación de los mecanismos de reacción mediante curvas cinéticas ( problema inverso).

La velocidad de una reacción química describe el cambio en la concentración de reactivos por unidad de tiempo. Para reaccionar

a A + B B + ... D D + mi E + ...

la velocidad de reacción se determina de la siguiente manera:

donde los corchetes denotan la concentración de la sustancia (generalmente medida en mol / L), t- tiempo; a, B, D, mi- coeficientes estequiométricos en la ecuación de reacción.

La velocidad de reacción depende de la naturaleza de los reactivos, su concentración, temperatura y la presencia de un catalizador. La dependencia de la velocidad de reacción de la concentración se describe mediante el principal postulado de la cinética química: ley de masas:

La velocidad de una reacción química en cada momento es proporcional a las concentraciones actuales de reactivos, elevadas hasta cierto punto:

dónde k- constante de velocidad (independiente de la concentración); X, y- algunos números que se llaman orden de reacción por sustancia A y B, respectivamente. En general, estos números no tienen nada que ver con los coeficientes a y B en la ecuación de reacción. Suma de exponentes X+ y llamado orden de reacción general... El orden de reacción puede ser positivo o negativo, total o fraccionado.

La mayoría de las reacciones químicas constan de varias etapas, llamadas reacciones elementales... Una reacción elemental generalmente se entiende como un solo acto de formación o ruptura de un enlace químico, que procede de la formación de un complejo de transición. El número de partículas que participan en una reacción elemental se llama molecularidad reacciones. Solo hay tres tipos de reacciones elementales: monomolecular (A B + ...), bimolecular (A + B D + ...) y trimolecular (2A + B D + ...). Para las reacciones elementales, el orden general es igual a la molecularidad y los órdenes de las sustancias son iguales a los coeficientes de la ecuación de reacción.

EJEMPLOS

Ejemplo 1-1. La velocidad de formación de NO en la reacción 2NOBr (g) 2NO (g) + Br 2 (g) es 1,6. 10 -4 mol / (l. S). ¿Cuál es la velocidad de reacción y la velocidad a la que se gasta el NOBr?

Solución... Por definición, la velocidad de reacción es:

Mole / (l. S).

De la misma definición se deduce que la tasa de consumo de NOBr es igual a la tasa de formación de NO con el signo opuesto:

mol / (l. s).

Ejemplo 1-2. En la reacción de segundo orden A + B D, las concentraciones iniciales de las sustancias A y B son 2.0 mol / L y 3.0 mol / L, respectivamente. La velocidad de reacción es 1,2. 10-3 mol / (l. S) a [A] = 1,5 mol / l. Calcule la constante de velocidad y la velocidad de reacción en [B] = 1,5 mol / L.

Solución... Según la ley de acción de masas, en cualquier momento la velocidad de reacción es igual a:

En el momento en que [A] = 1,5 mol / L, han reaccionado 0,5 mol / L de las sustancias A y B, por lo tanto [B] = 3 - 0,5 = 2,5 mol / L. La constante de velocidad es:

L / (mol. S).

En el momento en que [B] = 1.5 mol / L, 1.5 mol / L de las sustancias A y B han reaccionado, por lo tanto [A] = 2 - 1.5 = 0.5 mol / L. La velocidad de reacción es:

Mole / (l. S).

TAREAS

1-1. ¿Cómo se expresa la velocidad de la reacción de síntesis de amoníaco como 1/2 N 2 + 3/2 H 2 = NH 3 a través de la concentración de nitrógeno e hidrógeno? (respuesta)

1-2. ¿Cómo cambiará la velocidad de la reacción de síntesis de amoníaco 1/2 N 2 + 3/2 H 2 = NH 3 si la ecuación de reacción se escribe como N 2 + 3H 2 = 2NH 3? (respuesta)

1-3. ¿Cuál es el orden de las reacciones elementales: a) Сl + H 2 = HCl + H; b) 2NO + Cl 2 = 2NOCl? (respuesta)

1-4. ¿Cuál de los valores enumerados puede tomar a) negativo; b) valores fraccionarios: velocidad de reacción, orden de reacción, molecularidad de reacción, constante de velocidad, coeficiente estequiométrico? (respuesta)

1-5. ¿Depende la velocidad de reacción de la concentración de los productos de reacción? (respuesta)

1-6. ¿Cuántas veces aumentará la velocidad de la reacción elemental en fase gaseosa A = 2D con un aumento de 3 veces en la presión? (Respuesta)

1-7. Determine el orden de la reacción si la constante de velocidad tiene la dimensión l 2 / (mol 2. S). (respuesta)

1-8. La constante de velocidad de la reacción del gas de segundo orden a 25 ° C es igual a 10 3 l / (mol. S). ¿A qué es igual esta constante si la ecuación cinética se expresa en términos de presión en atmósferas? (Respuesta)

1-9. Para reacción en fase gaseosa norte-th orden nA B expresa la tasa de formación de B a través de la presión total. (respuesta)

1-10. Las constantes de velocidad de las reacciones directa e inversa son 2.2 y 3.8 L / (mol. S). ¿Por cuál de los siguientes mecanismos pueden proceder estas reacciones: a) A + B = D; b) A + B = 2D; c) A = B + D; d) 2A = B. (respuesta)

1-11. La reacción de descomposición 2HI H 2 + I 2 es de segundo orden con una velocidad constante k= 5,95. 10 -6 l / (mol. S). Calcule la velocidad de reacción a una presión de 1 atm y una temperatura de 600 K. (respuesta)

1-12. La velocidad de reacción de segundo orden A + B D es 2,7. 10 -7 mol / (l. S) a concentraciones de sustancias A y B, respectivamente, 3.0. 10-3 mol / L y 2,0 mol / L. Calcule la constante de tasa (Respuesta).

1-13. En la reacción de segundo orden A + B 2D, las concentraciones iniciales de las sustancias A y B son de 1,5 mol / L cada una. La velocidad de reacción es 2,0. 10 -4 mol / (l. S) a [A] = 1,0 mol / l. Calcule la constante de velocidad y la velocidad de reacción en [B] = 0,2 mol / L. (respuesta)

1-14. En la reacción de segundo orden A + B 2D, las concentraciones iniciales de las sustancias A y B son 0.5 y 2.5 mol / L, respectivamente. ¿Cuántas veces la velocidad de reacción a [A] = 0,1 mol / L es menor que la velocidad inicial? (respuesta)

1-15. La velocidad de reacción en fase gaseosa se describe mediante la ecuación w = k... [A] 2. [B]. ¿En qué proporción entre las concentraciones de A y B será máxima la velocidad de reacción inicial a una presión total fija? (respuesta)

2. Cinética de reacciones simples

En esta sección, sobre la base de la ley de acción de masas, compondremos y resolveremos ecuaciones cinéticas para reacciones irreversibles de todo un orden.

Reacciones de orden 0. La velocidad de estas reacciones es independiente de la concentración:

donde [A] es la concentración del material de partida. El orden cero ocurre en reacciones fotoquímicas y heterogéneas.

Reacciones de primer orden. En reacciones de tipo A B, la velocidad es directamente proporcional a la concentración:

Al resolver ecuaciones cinéticas, a menudo se usa la siguiente notación: concentración inicial [A] 0 = a, concentración de corriente [A] = a - X(t), dónde X(t) es la concentración de la sustancia A reaccionada. En estas designaciones, la ecuación cinética para la reacción de primer orden y su solución tienen la forma:

La solución de la ecuación cinética también se escribe en otra forma, conveniente para analizar el orden de la reacción:

El tiempo que tarda la mitad de la sustancia A en desintegrarse se denomina vida media t 1/2. Está determinado por la ecuación X(t 1/2) = a/ 2 y es igual a

Reacciones de segundo orden. En reacciones como A + B D + ... la velocidad es directamente proporcional al producto de las concentraciones:

Concentración inicial de sustancias: [A] 0 = a, [B] 0 = B; concentración actual: [A] = a- X(t), [B] = B - X(t).

Al resolver esta ecuación, se distinguen dos casos.

1) las mismas concentraciones iniciales de sustancias A y B: a = B... La ecuación cinética es:

La solución a esta ecuación se escribe en varias formas:

La vida media de las sustancias A y B es la misma y es igual a:

2) Las concentraciones iniciales de las sustancias A y B son diferentes: a B... La ecuación cinética es:
.

La solución a esta ecuación se puede escribir de la siguiente manera:

Las vidas medias de las sustancias A y B son diferentes: .

Reacciones de enésimo orden norte A D + ... La ecuación cinética es:

Solución de la ecuación cinética:

. (2.1)

La vida media de la sustancia A es inversamente proporcional a ( norte-1) -ésimo grado de concentración inicial:

. (2.2)

Ejemplo 2-1. La vida media del isótopo radiactivo 14 C es 5730 años. Durante las excavaciones arqueológicas, se encontró un árbol, el contenido de 14 C en el que es el 72% de lo normal. ¿Qué edad tiene el árbol?
Solución. La desintegración radiactiva es una reacción de primer orden. La constante de velocidad es:

La vida útil de un árbol se puede encontrar a partir de la solución de la ecuación cinética, teniendo en cuenta que [A] = 0,72. [A] 0:

Ejemplo 2-2. Se encontró que la reacción de segundo orden (un reactivo) se completa en un 75% en 92 min a una concentración de reactivo inicial de 0.24 M. ¿Cuánto tiempo tomará para que la concentración de reactivo alcance 0.16 M en las mismas condiciones?
Solución. Escribamos el doble de la solución de la ecuación cinética para una reacción de segundo orden con un reactivo:

donde, por condición, a= 0,24 M, t 1 = 92 min, X 1 = 0,75. 0,24 = 0,18 M, X 2 = 0,24 - 0,16 = 0,08 M. Divida una ecuación por otra:

Ejemplo 2-3. Para una reacción elemental norte A B denotamos la vida media de A por t 1/2, y el tiempo de desintegración de A por 75% por t 3/4. Demuestre que la relación t 3/4 / t 1/2 no depende de la concentración inicial, sino que está determinada solo por el orden de la reacción norte.Solución. Escribamos el doble de la solución de la ecuación cinética para la reacción norte-th orden con un reactivo:

y dividir una expresión por otra. Constantes k y a de ambas expresiones se reducirá, y obtenemos:

Este resultado se puede generalizar demostrando que la relación de los tiempos en los que el grado de conversión es ayb depende solo del orden de la reacción:

TAREAS

2-1. Usando la solución de la ecuación cinética, demuestre que para reacciones de primer orden el tiempo t X, para el cual el grado de conversión de la sustancia inicial alcanza X, no depende de la concentración inicial. (respuesta)

2-2. La reacción de primer orden avanza en un 30% en 7 minutos. ¿Cuánto tiempo tardará la reacción en completarse en un 99%? (respuesta)

2-3. La vida media del isótopo radiactivo 137 Cs, que entró en la atmósfera como resultado Accidente de Chernobyl, - 29,7 años. ¿Después de qué tiempo la cantidad de este isótopo será inferior al 1% del original? (respuesta)

2-4. La vida media del isótopo radiactivo 90 Sr, que ingresa a la atmósfera en pruebas nucleares, - 28,1 años. Suponga que el cuerpo de un bebé recién nacido ha absorbido 1,00 mg de este isótopo. ¿Cuánto estroncio quedará en el cuerpo después de a) 18 años, b) 70 años, si asumimos que no se excreta del cuerpo? (Respuesta)

2-5. La constante de velocidad para la reacción de primer orden SO 2 Cl 2 = SO 2 + Cl 2 es 2.2. 10-5 s -1 a 320 ° C. ¿Qué porcentaje de SO 2 Cl 2 se descompondrá cuando se mantenga durante 2 horas a esta temperatura? (Respuesta)

2-6. Constante de velocidad de reacción de primer orden

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

a 25 ° C es 3,38. 10 -5 s -1. ¿Cuál es la vida media del N 2 O 5? ¿Cuál será la presión en el sistema después de a) 10 s, b) 10 minutos, si la presión inicial fue de 500 mm Hg? Arte. (respuesta)

2-7. La reacción de primer orden se lleva a cabo con cantidades variables de material de partida. ¿Se intersecarán las tangentes a las secciones iniciales de las curvas cinéticas en un punto del eje de abscisas? Explique la respuesta. (Respuesta)

2-8. La reacción A 2B de primer orden transcurre en fase gaseosa. La presión inicial es pag 0 (falta B). Encuentre la dependencia de la presión total en el tiempo. ¿Después de qué tiempo aumentará la presión 1,5 veces en comparación con la inicial? ¿Cuál es el alcance de la reacción en este momento? (respuesta)

2-9. La reacción de segundo orden 2A B procede en fase gaseosa. La presión inicial es pag 0 (falta B). Encuentre la dependencia de la presión total en el tiempo. ¿Después de qué tiempo la presión disminuirá 1,5 veces en comparación con la inicial? ¿Cuál es el alcance de la reacción en este momento? (respuesta)

2-10. La sustancia A se mezcló con las sustancias B y C en concentraciones iguales de 1 mol / L. Después de 1000 s, queda el 50% de la sustancia A. ¿Qué cantidad de sustancia A permanecerá en 2000 s si la reacción tiene: a) cero, b) primero, c) segundo, c) tercer orden general? (Respuesta)

2-11. ¿Cuál de las reacciones, de primer, segundo o tercer orden, finalizará más rápido si las concentraciones iniciales de sustancias son iguales a 1 mol / L y todas las constantes de velocidad, expresadas en términos de mol / L ys, son iguales a 1? (respuesta)

2-12. Reacción

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

tiene segundo orden y velocidad constante k= 39,1 L / (mol. Min.) A 0 о С. Se preparó una solución que contenía 0,004 M de nitroetano y 0,005 M de NaOH. ¿Cuánto tiempo tardará en reaccionar el 90% del nitroetano?

2-13. La constante de velocidad de recombinación de iones H + y FG - (fenilglioxinato) en la molécula de UFH a 298 K es k= 10 11,59 l / (mol s). Calcule el tiempo durante el cual la reacción se completó en un 99,999% si las concentraciones iniciales de ambos iones son 0,001 mol / L. (respuesta)

2-14. La velocidad de oxidación del butanol-1 por el ácido hipocloroso no depende de la concentración de alcohol y es proporcional a 2. ¿Cuánto tiempo tarda la reacción de oxidación a 298 K en completar el 90% si la solución inicial contiene 0.1 mol / L de HClO y 1 mol / L de alcohol? La constante de velocidad de reacción es k= 24 L / (mol.min). (respuesta)

2-15. A una cierta temperatura, se saponifica una solución de acetato de etilo 0,01 M con una solución de NaOH 0,002 M al 10% en 23 min. ¿En cuántos minutos se saponificará al mismo grado con una solución de KOH 0,005 M? Considere que esta reacción es de segundo orden y los álcalis están completamente disociados (Respuesta).

2-16. La reacción de segundo orden A + B P se lleva a cabo en una solución con concentraciones iniciales [A] 0 = 0.050 mol / L y [B] 0 = 0.080 mol / L. Después de 1 h, la concentración de sustancia A disminuyó a 0.020 mol / L. Calcule la constante de velocidad y la vida media de ambas sustancias.