Primjer 4.1. Kako će se promijeniti brzina reakcije svake reakcije?
2NO (g) + Cl 2 (g) = 2NOCI (g) (1); CaO (c) + CO 2 (g) \u003d CaCO 3 (c) (2),
ako se pritisak u svakom sistemu poveća za 3 puta?
Rješenje. Reakcija (1) je homogena i, prema zakonu djelovanja mase, početna brzina reakcije je v = k∙ ∙ ; reakcija (2) je heterogena, a njena brzina je izražena jednadžbom v = k∙ . Koncentracija supstanci u čvrstoj fazi (CaO u ovoj reakciji) se ne mijenja tokom reakcije, stoga nije uključena u jednadžbu zakona djelovanja mase.
Povećanje pritiska u svakom od sistema za 3 puta će dovesti do smanjenja zapremine sistema za 3 puta i povećanja koncentracije svake od reagujućih gasovitih supstanci za 3 puta. Pri novim koncentracijama brzina reakcije: v" = k∙(3) 2 ∙3 = 27 k∙ ∙ (1) i v" = k 3 (2). Upoređujući izraze za brzine v i v", nalazimo da se brzina reakcije (1) povećava 27 puta, a reakcije (2) 3 puta.
Primjer 4.2. Reakcija između tvari A i B izražava se jednadžbom 2A + B = D. Početne koncentracije su: C A = 5 mol / l, C B = 3,5 mol / l. Konstanta brzine je 0,4. Izračunajte brzinu reakcije u početnom trenutku iu trenutku kada 60% tvari A ostane u reakcijskoj smjesi.
Rješenje. Prema zakonu djelovanja masa v = . U početnom trenutku, brzina v 1 = 0,4 × 5 2 × 3,5 = 35. Nakon nekog vremena, 60% tvari A ostat će u reakcijskoj smjesi, tj. koncentracija tvari A postat će jednaka 5 × 0,6 \u003d 3 mol / l. To znači da je koncentracija A smanjena za 5 - 3 = 2 mol/l. Budući da A i B međusobno djeluju u omjeru 2:1, koncentracija tvari B se smanjila za 1 mol i postala jednaka 3,5 - 1 = 2,5 mol / l. Dakle, v 2 = 0,4 × 3 2 × 2,5 = 9.
Primjer 4.3. Neko vrijeme nakon početka reakcije
2NO + O 2 = 2NO 2 koncentracije tvari bile su (mol / l): \u003d 0,06;
0,12; = 0,216. Pronađite početne koncentracije NO i O 2 .
Rješenje. Početne koncentracije NO i O 2 nalaze se na osnovu jednadžbe reakcije, prema kojoj se 2 mola NO troši na stvaranje 2 mola 2NO 2. Prema uslovu zadatka nastalo je 0,216 mol NO 2, za šta je utrošeno 0,216 mol NO. Dakle, početna koncentracija NO jednaka je:
0,06 + 0,216 = 0,276 mol/L.
Prema jednadžbi reakcije za stvaranje 2 mol NO 2 potrebno je 1 mol O 2, a za dobijanje 0,216 mol NO 2 potrebno je 0,216 / 2 = 0,108 mol / O 2. Početna koncentracija O 2 je: \u003d 0,12 + 0,108 \u003d 0,228 mol / l.
Dakle, početne koncentracije su bile:
0,276 mol/l; = 0,228 mol/l.
Primjer 4.4. Na 323 K neka reakcija se završi za 30 s. Odredite kako će se promijeniti brzina i vrijeme reakcije na 283 K ako je temperaturni koeficijent brzine reakcije 2.
Rješenje. Prema van't Hoffovom pravilu, nalazimo koliko će se puta brzina reakcije promijeniti:
2 –4 = .
Brzina reakcije se smanjuje za 16 puta. Brzina reakcije i njeno vrijeme su obrnuto povezani. Posljedično, vrijeme ove reakcije će se povećati za 16 puta i iznosit će 30 × 16 = 480 s = 8 min.
Zadaci
№ 4.1 . Reakcija se odvija prema jednačini 3N 2 + CO = CH 4 + H 2 O
Početne koncentracije reaktanata bile su (mol/l): = 0,8; CCO = 0,6. Kako će se promijeniti brzina reakcije ako se koncentracija vodika poveća na 1,2 mol/l, a koncentracija ugljičnog monoksida na 0,9 mol/l?
(odgovor:će se povećati 5 puta).
№ 4.2 . Reakcija raspadanja N 2 O odvija se prema jednadžbi 2N 2 O = 2N 2 + O 2. Konstanta brzine reakcije je 5·10 -4 . Početna koncentracija
0,32 mol/l. Odrediti brzinu reakcije u početnom trenutku iu trenutku kada se 50% N 2 O razgradi. ( odgovor: 5,12 . 10 -5 ; 1,28 . 10 -5).
№ 4.3 . Reakcija između supstanci A i B izražava se jednadžbom
A + 2B = D. Početne koncentracije: C A = 0,3 mol / l i C B = 0,4 mol / l. Konstanta brzine je 0,8. Izračunajte početnu brzinu reakcije i odredite kako se brzina reakcije promijenila nakon nekog vremena, kada se koncentracija tvari A smanjila za 0,1 mol.
(odgovor: 3,84 . 10 -2; smanjen za 6 puta).
№ 4.4 .Koji je temperaturni koeficijent brzine reakcije ako se, kada temperatura padne za 30 °C, vrijeme reakcije poveća za 64 puta? ( odgovor: 4).
№ 4.5 .Izračunajte na kojoj temperaturi će se reakcija završiti za 45 minuta, ako na 20°C traje 3 sata.Temperaturni koeficijent brzine reakcije je 3 ( odgovor: 32.6 o C).
№ 4.6. Kako će se promijeniti brzina reakcije CO + Cl 2 = COCl 2 ako se pritisak poveća za 3 puta, a temperatura se istovremeno poveća za 30 °C (γ = 2)?
(odgovor:će se povećati za 72 puta).
№ 4.7 . Reakcije se odvijaju prema jednadžbi
C (c) + O 2 (g) \u003d CO 2 (g) (1); 2CO (g) + O 2 (g) \u003d 2CO 2 (g) (2)
Kako će se promijeniti brzina reakcija (1) i (2) ako se u svakom sistemu: a) pritisak smanji za 3 puta; b) povećati zapreminu posude za 3 puta; c) povećati koncentraciju kiseonika za 3 puta? ( odgovor: a) smanjiće se u (1) za 3, u (2) za 27 puta);
b) smanjiće se u (1) za 3, u (2) za 27 puta); c) će se povećati za (1) i (2) za 3 puta).
№ 4.8 . Reakcija se odvija prema jednadžbi H 2 + I 2 \u003d 2HI. Konstanta stope je 0,16. Početne koncentracije vodonika i joda su 0,04 mol/l, odnosno 0,05 mol/l. Izračunajte početnu brzinu reakcije i njenu brzinu kada koncentracija H 2 postane jednaka 0,03 mol/l. ( odgovor: 3,2 . 10 -3 ; 1,9 . 10 -3).
№ 4.9 . Oksidacija sumpora i njegovog dioksida odvija se prema jednadžbama:
S (k) + O 2 (g) \u003d SO 2 (g) (1); 2SO 2 (g) + O 2 (g) \u003d 2SO 3 (g) (2)
Kako će se promijeniti brzina reakcija (1) i (2) ako se u svakom sistemu: a) pritisak poveća za 4 puta; b) smanjiti zapreminu posude za 4 puta; c) povećati koncentraciju kiseonika za 4 puta? ( odgovor: a) će se povećati za (1) za 4, za (2) za 64 (puta);
b) povećaće se za (1) za 4, za (2) za 64 puta); c) će se povećati za (1) i (2) za 4 puta).
№ 4.10 . Konstanta brzine reakcije 2A + B = D je 0,8. Početne koncentracije: C A = 2,5 mol/l i C B = 1,5 mol/l. Kao rezultat reakcije, ispostavilo se da je koncentracija tvari C B 0,6 mol / l. Izračunajte koliko je postalo jednako C A i brzinu reakcije. ( odgovor: 0,7 mol/l; 0,235).
№ 4.11. Reakcija se odvija prema jednačini 4HCl + O 2 = 2H 2 O + 2Cl 2
Neko vrijeme nakon početka reakcije, koncentracije supstanci uključenih u nju su postale (mol / l): \u003d 0,85; = 0,44; = 0,30. Izračunajte početne koncentracije HCl i O 2 . ( odgovor:= 1,45; = 0,59 mol/l).
№ 4.12 . Početne koncentracije tvari u reakciji CO + H 2 O ↔ CO 2 + H 2
bili su jednaki (mol/l): C CO = 0,5; = 0,6; = 0,4; = 0,2. Izračunajte koncentracije svih supstanci uključenih u reakciju nakon što je 60% H 2 O reagiralo. ( odgovor: CCO = 0,14; = 0,24; = 0,76; = 0,56 mol/l).
№ 4.13 . Kako će se promijeniti brzina reakcije 2CO + O 2 \u003d CO 2 ako:
a) povećati volumen reakcione posude 3 puta; b) povećati koncentraciju CO za 3 puta; c) povećati temperaturu za 40 o C (γ = 2)? ( odgovor: a) smanjiće se za 27 puta; b) povećaće se za 9 puta; c) povećaće se za 16 puta).
№ 4.14 . Na 10°C, reakcija je završena za 20 minuta. Koliko će trajati reakcija kada temperatura poraste na 40°C, ako je temperaturni koeficijent 3? ( odgovor: 44,4 s).
№ 4.15 . Koliko puta treba povećati
a) koncentracija CO u sistemu 2CO \u003d CO 2 + C tako da se brzina reakcije povećava za 4 puta?
b) koncentracija vodonika u sistemu N 2 + 3H 2 \u003d 2NH 3 tako da se brzina reakcije povećava 100 puta?
c) pritisak u sistemu 2NO + O 2 = 2NO 2 tako da se brzina stvaranja NO 2 povećava za 10 3 puta? ( odgovor: 2 puta; 4,64 puta; 10 puta).
№ 4.16 . Brzina reakcije A + 2B = AB 2 na C A = 0,15 mol / l i
C B \u003d 0,4 mol / l jednako je 2,4 ∙ 10 -3. Odredite konstantu brzine i brzinu reakcije kada koncentracija B postane 0,2 mol/L. ( odgovor: 0,1; 2 ∙ 10 -4).
№ 4.17 . Kako će se promijeniti brzina reakcije 2A + B \u003d A 2 B ako se koncentracija tvari A poveća za 3 puta, koncentracija tvari B se smanji 2 puta, a temperatura se poveća za 40 ° C (γ \u003d 2)? ( odgovor:će se povećati za 72 puta).
№ 4.18. Reakcija se odvija prema jednačini 2H 2 S + 3O 2 = 2SO 2 + 2H 2 O.
Neko vrijeme nakon početka reakcije, koncentracije supstanci uključenih u nju su postale (mol / l): \u003d 0,009; = 0,02; = 0,003. Izračunajte: = 0,7 mol/l).
1. U posudi je pomiješan plin A s količinom tvari 4,5 mol i plin B s količinom tvari 3 mol. Gasovi A i B reagiraju u skladu s jednačinom A + B \u003d C. Nakon nekog vremena u sistemu je nastao plin C sa tvari od 2 mola. Koje količine neizreagovanih gasova A i B su ostale u sistemu?
Iz jednadžbe reakcije slijedi:
Dn(A) = Dn(B) = Dn(C) = 2 mol,
gdje je Dn promjena količine supstance tokom reakcije.
Dakle, u posudi je ostalo:
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. Reakcija se odvija prema jednačini: 2A + B ⇄ C i ima drugi red za supstancu A i prvi za supstancu B. U početnom trenutku, brzina reakcije je 15 mol/l×s. Izračunajte konstantu brzine i brzinu direktne reakcije u trenutku kada reaguje 50% supstance B, ako su početne koncentracije jednake: S(A) = 10 mol/l; C(B) = 5 mol/l. Kako će se promijeniti brzina hemijske reakcije?
S(B), koji je ušao u reakciju, jednak je:
C(B) \u003d 0,5 5 \u003d 2,5 mol / l.
Prema tome, C(A), koji je ušao u reakciju, jednak je:
2 mol/l A - 1 mol/l B
C(A) - 2,5 mol/l B
C(A) i C(B) nakon reakcije:
C(A) \u003d 10 - 5 \u003d 5 mol/l,
C(B) \u003d 5 - 2,5 \u003d 2,5 mol / l.
Brzina direktne reakcije će biti:
Brzina hemijske reakcije će se promeniti:
tj. smanjiće se za 8 puta.
3. Reakcija između supstanci A i B izražava se jednadžbom: A + 2B \u003d C i ima prvi red za supstancu A, a drugi za supstancu B. Početne koncentracije tvari su: C (A) \u003d 2 mol / l; C(B) = 4 mol/l; konstanta brzine je 1,0. Odrediti početnu brzinu reakcije i brzinu nakon nekog vremena, kada se koncentracija tvari A smanji za 0,3 mol/l.
Prema zakonu masovne akcije:
Ako se koncentracija tvari A smanji za 0,3 mol/l, tada će se koncentracija tvari B smanjiti za 0,3 × 2 = 0,6 mol/l. Nakon reakcije, koncentracije su:
4. Brzine direktnih i reverznih reakcija u gasnoj fazi koje se odvijaju u zatvorenoj posudi izražene su jednadžbama:
Prema zakonu djelovanja mase, brzine direktne i reverzne reakcije u početnim uvjetima su:
Povećanje tlaka za 3 puta za plinovite sisteme dovodi do smanjenja volumena mješavine plina za 3 puta, koncentracije sva tri plina će se povećati za isti iznos, a brzine obje reakcije će postati respektivno jednake:
Omjeri brzine reakcije su:
Tako će se brzina reakcije naprijed povećati za 27 puta, a obrnuto - za 9.
5. Reakcija na temperaturi od 50 0 C teče za 2 minute i 15 sekundi. Koliko će vremena trebati da se ova reakcija završi na temperaturi od 70 0 C, ako je temperaturni koeficijent brzine g 3 u ovom temperaturnom opsegu?
Sa porastom temperature od 50 do 70 0 C, brzina reakcije se povećava u skladu s van't Hoffovim pravilom:
Gdje = 70 0 C, \u003d 50 0 C, a i - brzine reakcije na datim temperaturama.
Dobijamo:
one. brzina reakcije se povećava za 9 puta.
Prema definiciji, vrijeme reakcije je obrnuto proporcionalno brzini reakcije, dakle:
gdje je i vrijeme reakcije na temperaturama I .
Odavde dobijamo:
S obzirom da je = 135 s (2 min 15 s), određujemo vrijeme reakcije na temperaturi :
6. Koliko puta će se povećati brzina hemijske reakcije sa povećanjem temperature od = 10 0 C do = 80 0 S , ako je temperaturni koeficijent brzine g jednak 2?
Iz van't Hoffovog pravila:
Brzina reakcije će se povećati 128 puta.
7. Proučavanjem kinetike izlučivanja lijeka iz tijela pacijenta utvrđeno je da je za 3 sata 50% početne količine lijeka ostalo u tijelu pacijenta. Odrediti poluživot i konstantu brzine reakcije eliminacije lijeka iz ljudskog tijela, ako je poznato da je to reakcija prvog reda.
Budući da je u određenom vremenskom periodu 50% lijeka uklonjeno iz tijela, tada je t 1/2 = 3 sata. Konstantu brzine reakcije izračunavamo iz jednačine:
8. U laboratorijskim istraživanjima vodenih rastvora leka utvrđeno je da se zbog hidrolize koncentracija leka dnevno smanjila sa 0,05 mol/l na 0,03 mol/l. Izračunajte poluživot reakcije hidrolize lijeka.
Budući da se reakcije hidrolize obično odvijaju sa značajnim viškom vode, njena koncentracija može biti konstantna. Posljedično, samo se koncentracija lijeka mijenja tokom reakcije, a reakcija hidrolize se može smatrati reakcijom prvog reda.
Vrijednost konstante brzine reakcije nalazimo iz jednadžbe:
9. Poluvrijeme eliminacije lijeka iz tijela pacijenta (reakcija prvog reda) je 5 sati. Odredite vrijeme tokom kojeg će se 75% lijeka ukloniti iz tijela.
Uz uklanjanje 75% lijeka iz tijela, omjer C / C 0 će biti 0,25. U ovom slučaju, zgodno je koristiti formulu:
,
10. Konstanta brzine reakcije hidrolize saharoze je 2,31×10 - 3 h - 1 . Izračunati:
1) poluživot reakcije;
2) vreme tokom kojeg 20% saharoze prolazi kroz hidrolizu;
3) koji će dio glukoze biti podvrgnut hidrolizi nakon 5 dana.
1. Vrijeme poluraspada je:
2. Nakon što je 20% saharoze podvrgnuto hidrolizi, odnos C/C 0 će biti 0,8. dakle:
3. Nakon 5 dana (120 sati), C/C 0 odnos će biti:
Posljedično, 24% glukoze je podvrgnuto hidrolizi.
11. U toku neke reakcije prvog reda, 60% početne količine supstance se pretvori u 30 minuta. Odredite koji će dio tvari ostati nakon 1 sata.
1. Nakon 30 minuta, količina preostale supstance će biti:
C 1 \u003d C 0 - 0,6 C 0 = 0,4 × C 0.
tj. odnos C 0 /C 1 je 2,5.
2. Pronađite konstantu brzine reakcije:
3. Količina supstance C 2 koja preostaje nakon 1 sata određena je formulom:
Tako će nakon 1 sata ostati 16% originalne supstance.
Pitanja za samokontrolu
1. Šta se naziva brzinom hemijske reakcije?
2. Šta se naziva pravom brzinom homogene reakcije?
3. Koja je dimenzija brzine homogene reakcije?
4. Šta se naziva brzinom heterogene reakcije?
5. Koja je dimenzija brzine heterogene reakcije?
6. Navedite faktore koji utiču na brzinu reakcije.
7. Formulirajte zakon masovnog djelovanja.
8. Koje je fizičko značenje konstante brzine reakcije? Od čega zavisi konstanta brzine reakcije, a od čega ne?
9. Šta se naziva red reakcija? Navedite primjere jednadžbi reakcija nultog, prvog, drugog i trećeg reda.
10. Da li dimenzija konstante brzine reakcije zavisi od redosleda reakcije?
11. Šta se zove molekularnost reakcije?
13. Definirajte jednostavne i složene reakcije. Dajte klasifikaciju složenih reakcija.
14. Formulirajte van't Hoffovo pravilo. Dajte matematički izraz za van't Hoffovo pravilo.
15. Kako brzina reakcije ovisi o energiji aktivacije? Napišite Arrheniusovu jednačinu.
16. Šta je aktivirani kompleks? Zašto se reakcije odvijaju kroz faze formiranja aktiviranih kompleksa?
17. Šta se zove katalizator? Homogena i heterogena kataliza. Zašto se reakcije odvijaju brže u prisustvu katalizatora?
18. Šta je enzimska kataliza? Napišite Michaelis-Menten jednačinu.
Varijante zadataka za samostalno rješavanje
Opcija broj 1
1. Reakcija između supstanci A i B izražena je jednadžbom 2A + B = C i ima drugi red za supstancu A i prvi za tvar B. Početne koncentracije tvari su: C 0 (A) = 0,4 mol / l; C 0 (B) \u003d 0,8 mol / l; k = 0,6. Odrediti početnu brzinu reakcije i brzinu nakon nekog vremena, kada se koncentracija tvari A smanji za 0,2 mol/l.
2. Za koliko stepeni treba podići temperaturu da se brzina reakcije poveća za 64 puta? Temperaturni koeficijent brzine reakcije g je 2.
a) kada se pritisak u sistemu udvostruči?
b) sa povećanjem zapremine gasova za 2 puta?
Opcija broj 2
1. Reakcija se odvija prema jednadžbi: A + B = C i ima prvi red u supstanci A i u supstanciji B. Koncentracija A je povećana sa 2 na 8 mol/l, a koncentracija B sa 3 na 9 mol/l. Za koliko se povećala brzina reakcije naprijed?
2. Na 150 0 C, reakcija se završava za 10 minuta. Uzimajući temperaturni koeficijent g jednak 2, izračunajte koliko minuta bi reakcija završila na 170 0 C.
3. Brzina reakcije je izražena jednadžbom: 
Koliko će se puta promijeniti brzina reakcije kada se koncentracija polaznih tvari poveća za 3 puta?
Opcija broj 3
1. Reakcija je izražena jednadžbom: A + B \u003d C i ima prvi red u tvari A iu tvari B. Pri početnim koncentracijama C 0 (A) = 3 mol / l i C 0 (B) \ u003d 5 mol/l, brzina direktne reakcije jednaka 0,3 mol/l×s. Odredite konstantu brzine i brzinu reakcije nakon nekog vremena, kada se koncentracija A smanji za 2 mol/L.
2. Koliko će se puta povećati brzina hemijske reakcije sa porastom temperature od 10 do 70 0 C, ako je temperaturni koeficijent brzine g 2?
3. Brzina reakcije A (tv) + 2B (gas) = C (tv) izražena je jednadžbom: 
Kako će se promijeniti brzina reakcije ako se koncentracija B udvostruči?
Opcija broj 4
1. Reakcija se odvija prema jednadžbi: 2A + B = 2C i ima drugi red za supstancu A i prvi za supstancu B. Izračunajte brzinu direktne reakcije u trenutku kada reaguje 40% supstance B ako je početna koncentracije su: C 0 (A) = 8 mol/l; C 0 (B) = 4 mol/l; k = 0,4.
2. Neka reakcija na 100 0 C završava se za 5 minuta. Koliko će vremena trebati da se završi na 80 0 C ako je temperaturni koeficijent brzine g 3?
3. Brzina reakcije 3A + B = C izražena je jednadžbom: 
Koliko puta će se promijeniti brzina direktne reakcije?
a) kada se koncentracija supstance A udvostruči?
b) uz istovremeno smanjenje koncentracije polaznih tvari za 2 puta?
Opcija broj 5
1. Brzina određene reakcije s porastom temperature od 40 do 70 0 C povećala se za 8 puta. Odrediti vrijednost g.
2. Reakcija se odvija prema jednadžbi: A + 3B \u003d 2C i ima prvi red za tvar A, a drugi za tvar B. Početne koncentracije tvari su: C 0 (A) = 2 mol / l; C 0 (B) = 6 mol/l; k = 1. Izračunajte početnu brzinu reakcije naprijed i brzinu u trenutku kada se koncentracija tvari A smanjila za 1 mol/l. Kako će se promijeniti brzina hemijske reakcije?
3. Kako će se promijeniti brzine direktnih i reverznih reakcija koje se javljaju u gasnoj fazi i poštuju jednačine:
Opcija broj 6
1. U zatvorenoj posudi nalazi se mješavina plinova, koja se sastoji od 1 mol A i 3 mola B, koja reaguje prema jednačini: A + 3B = 2C. Brzina direktne reakcije je opisana jednadžbom 
Koliko puta će se smanjiti brzina direktne reakcije nakon što reaguje 0,5 mol A?
2. Za koliko stepeni treba povećati temperaturu da se brzina reakcije poveća za 9 puta ako je temperaturni koeficijent brzine g 3?
3. Kako će se promeniti brzina direktne reakcije u gasnoj fazi: 2A = B, čiji je red procenjen na 0,5, uz izotermno smanjenje pritiska u sistemu za 3 puta?
Opcija broj 7
1. Reakcija između supstanci A i B odvija se prema jednadžbi: A + 2B \u003d C i ima prvi red u tvari A i u tvari B. Početne koncentracije supstanci koje reaguju bile su: C 0 (A) \u003d 1,5 mol / l; C 0 (B) = 3 mol/l; k = 0,4. Izračunajte brzinu hemijske reakcije u početnom trenutku i nakon nekog vremena, kada je reagovalo 75% A.
2. Koliki je temperaturni koeficijent brzine g ako se s porastom temperature za 30 0 C brzina reakcije poveća 27 puta?
3. Kako će se promijeniti brzine direktnih i reverznih reakcija koje se javljaju u gasnoj fazi i poštuju jednačine:
sa izotermnim povećanjem pritiska za 2 puta?
Opcija broj 8
1. U otopini od 1 litre koja sadrži 1 mol tvari A i 2 mola tvari B, reakcija se odvija: A + 3B = 2C + D. Direktna reakcija ima prvi red u tvari A, a drugi u tvari B. Koliko će puta brzina reakcije direktnog smanjenja nakon 0,65 mola supstance A?
2. Kada temperatura poraste od -5 do +5 0 C, brzina bakterijske hidrolize (enzimski proces) se povećava za 4 puta. Odrediti vrijednost temperaturnog koeficijenta brzine reakcije g.
3. Koliko puta treba povećati koncentraciju supstance A u sistemu 2A (gas) \u003d B (gas) + C (čvrsta materija) tako da se brzina direktne reakcije, koja je reakcija drugog reda, poveća za 4 puta?
Opcija broj 9
1. Reakcija se odvija prema jednadžbi: 2A + B = 2C i ima drugi red za supstancu A i prvi za supstancu B. Brzina direktne reakcije je 8 mol/l×s. Izračunajte konstantu brzine i brzinu direktne reakcije u trenutku kada reaguje 30% supstance B ako su početne koncentracije: C 0 (A) = 2 mol/l; C 0 (B) \u003d 1 mol / l. Kako će se promijeniti brzina hemijske reakcije?
2. Sa porastom temperature od 10 do 50 0 C, brzina reakcije se povećala za 16 puta. Odrediti temperaturni koeficijent brzine g.
3. Reakcija se odvija prema jednadžbi: A + B = C + D + E i ima prvi red za supstancu A i nulu za supstancu B. Kako će se promijeniti brzina direktne reakcije nakon razrjeđivanja reakcione smjese za 3 puta ?
Opcija broj 10
1. Reakcija se odvija prema jednadžbi: A + 2B \u003d AB 2 i ima prvi red u tvari A, a drugi u tvari B. Konstanta brzine reakcije je 0,01. Izračunajte brzinu reakcije pri početnim koncentracijama: C 0 (A) = 0,8 mol/l; C 0 (B) = 0,8 mol / l i brzina reakcije u trenutku stvaranja 0,2 mol / l supstance AB 2.
2. Koliko će se puta povećati brzina hemijske reakcije sa porastom temperature od 30 do 60 0 C, ako je temperaturni koeficijent brzine g 3?
3. Poluvrijeme eliminacije lijeka iz tijela pacijenta (reakcija prvog reda) je 6 sati. Odredite vrijeme za koje će se sadržaj lijeka u ljudskom tijelu smanjiti za 8 puta.
Opcija broj 11
1. Reakcija se odvija prema jednadžbi: A + B \u003d 2C i ima prvi red u tvari A iu tvari B. Početne koncentracije tvari su: C 0 (A) = 0,3 mol / l; C 0 (B) \u003d 0,5 mol / l; k = 0,1. Odrediti početnu brzinu reakcije i brzinu reakcije nakon nekog vremena, kada se koncentracija A smanji za 0,1 mol/l.
2. Na 100 0 C, neka reakcija se završava za 16 minuta. Uzimajući temperaturni koeficijent brzine g jednak 2, izračunajte za koliko minuta bi se ista reakcija završila na 140 0 C?
3. Poluvrijeme eliminacije lijeka iz tijela pacijenta (reakcija prvog reda) je 2 sata. Odredite vrijeme tokom kojeg će se 99% lijeka ukloniti iz tijela.
Opcija broj 12
1. Reakcija se odvija prema jednadžbi: A + 2B \u003d C i ima prvi red za supstancu A, a drugi za supstancu B. Početne koncentracije tvari su: C 0 (A) = 0,9 mol / l; C 0 (B) \u003d 1,5 mol / l; k = 0,6. Nađite početnu brzinu reakcije i brzinu nakon nekog vremena, kada se potroši 50% supstance A.
2. Koliki je temperaturni koeficijent brzine hemijske reakcije g , ako se s porastom temperature za 30 0 C brzina povećava 27 puta?
3. Poluvrijeme neke reakcije prvog reda je 30 minuta. Izračunajte koji će dio prvobitne količine ostati nakon 1 sata.
Opcija broj 13
1. Reakcija se odvija prema jednadžbi: 2A + B = 2C i ima drugi red za supstancu A i prvi za supstancu B. Konstanta brzine reakcije je 5 × 10 - 2. Izračunajte brzinu reakcije pri početnim koncentracijama C 0 (A) = 0,4 mol/l; C 0 (B) \u003d 0,9 mol / l i brzina reakcije do trenutka kada se formira 0,1 mol supstance C.
2. Na temperaturi od 10 0 C, reakcija se odvija za 80 minuta. Na kojoj temperaturi će se reakcija završiti za 20 minuta ako je temperaturni koeficijent brzine g 2?
3. Tokom laboratorijskih studija utvrđeno je da se tokom dana koncentracija lijeka u tijelu pacijenta smanjila sa 0,1 mol/l na 0,02 mol/l. Izračunajte poluživot lijeka, uz pretpostavku da je ova reakcija prvog reda.
Opcija broj 14
1. U zatvorenoj posudi zapremine 1 l nalazi se mešavina gasova, koja se sastoji od 1 mol gasa A i 3 mola gasa B, koji reaguje prema jednačini: A + 3B = 2C. Direktna reakcija ima prvi red u supstanciji A, a drugi u supstance B. Kako će se promeniti brzina direktne reakcije nakon što reaguje 0,5 mol gasa A?
2. Sa povećanjem temperature sistema sa 10 na 50 0 C, brzina hemijske reakcije se povećala za 16 puta. Odrediti temperaturni koeficijent brzine reakcije g .
3. Prilikom nesreće u nuklearnoj elektrani u Černobilu (1986.) oslobođen je radionuklid Cs-137, čije je vrijeme poluraspada 30 godina. Izračunajte koji dio radionuklida koji je ušao u tijelo je ostao u ovom trenutku.
Opcija broj 15
1. Reakcija se odvija prema jednadžbi: A + B \u003d C ima prvi red u tvari A iu tvari B. Pri početnim koncentracijama tvari C 0 (A) = 0,6 mol / l; C 0 (B) = 0,8 mol/l, brzina reakcije je 0,03 mol/l×s. Odredite konstantu brzine i brzinu reakcije nakon nekog vremena, kada se koncentracija tvari A smanji za 0,3 mol/l.
2. Brzina reakcije na 0 0 C je 1 mol/l×s. Izračunajte brzinu ove reakcije na 30 0 C ako je temperaturni koeficijent brzine reakcije 3.
3. Konstanta brzine hidrolize pesticida na 25 0 C je 0,32 s - 1 . Početna koncentracija pesticida u uzorku bila je 2,5 mol/L. Izračunajte vrijeme potrebno da koncentracija pesticida padne na 0,01 mol/l.
Opcija broj 16
1. Reakcija raspadanja se odvija prema jednadžbi: 2A = 2B + C i ima drugi red u tvari A. Konstanta brzine ove reakcije na 200 0 C je 0,05. Početna koncentracija S(A) = 2 mol/l. Odrediti brzinu reakcije na naznačenoj temperaturi u početnom trenutku iu trenutku kada se 80% supstance A razgradi.
2. Kako će se promijeniti brzina direktne reakcije: 2A (tv) + 3B (gas) \u003d 2C (tv), koji ima nulti red za supstancu A i treći za supstancu B, ako je pritisak u sistemu povećan za 3 puta?
3. U toku neke reakcije prvog reda, 20% početne količine supstance se transformiše za 45 minuta. Odredite koji će dio tvari ostati nakon 1,5 sata.
Opcija broj 17
1. Interakcija plinova odvija se prema jednadžbi: A + 2B \u003d 2C i ima prvi red u smislu tvari A, a drugi u smislu tvari B. Početne koncentracije plinova su: C 0 (A) \ u003d 2 mol/l; C 0 (B) = 4 mol/l; k = 0,02. Izračunajte brzinu direktne reakcije u početnom trenutku i nakon nekog vremena, kada reaguje 50% supstance A.
2. Na 20 0 C, reakcija se odvija za 2 minute. Koliko će trajati ista reakcija na 0 0 C ako je g = 2?
3. Mravlja kiselina se razlaže na ugljični monoksid (IV) i vodonik na površini zlata. Konstanta brzine ove reakcije na 140 0 C je 5,5×10 - 4 min -1 , a na 185 0 C je 9,2 × 10 - 3 min -1 . Odredite energiju aktivacije ove reakcije.
Opcija broj 18
1. Reakcija se odvija prema jednadžbi: 2A + B = 2C i ima prvi red u tvari A iu tvari B. Brzina reakcije je 0,5 mol/l×s. Početne koncentracije supstanci su jednake: S(A) = 6 mol/l; C(B) = 3 mol/l. Odrediti konstantu brzine ove reakcije i brzinu reakcije nakon nekog vremena, kada se koncentracija supstance B smanji za 1 mol/l.
2. Na 20 0 C, reakcija se odvija za 2 minute. Koliko će trajati ista reakcija na 50 0 C ako je g = 2?
3. Konstanta brzine reakcije inverzije šećera od šećerne trske na 25 0 C je 9,67×10 - 3 min - 1 , a na 40 0 C je 73,4 × 10 - 3 min -1 . Odredite energiju aktivacije ove reakcije u navedenom temperaturnom rasponu.
Kontrolna pitanja i zadaci
1. Brzina hemijskih reakcija, razlika između prosječne i trenutne brzine.
2. Zapišite matematički izraz zakona djelovanja mase za kemijske reakcije:
2A + B = A 2 B
4Fe + 3O 2 \u003d 2Fe 2 O 3
3. Zavisnost brzine hemijske reakcije o prirodi reaktanata, o temperaturi. Van't Hoffov zakon, Arrheniusova jednadžba. Homogena i heterogena kataliza. Primjeri. Mehanizam djelovanja katalizatora. Energija aktivacije hemijske reakcije.
4. Konstanta brzine reakcije A + 2B \u003d AB 2 je 2 10 -3 l / (mol s). Izračunajte njegovu brzinu u početnom trenutku kada je C A = C B = 0,4 mol/l i nakon nekog vremena. Do tada je koncentracija supstance AB 2 bila 0,1 mol/L.
5. Sagorevanje metana u kiseoniku ako se koncentracija kiseonika poveća za 5 puta?
6. Kemijska reakcija se odvija prema jednadžbi A + B = C. U početnom trenutku vremena, C A = 2,7 mol / l, C B = 2,5 mol / l. Nakon 0,5 sati koncentracija tvari A se smanjila i postala jednaka C A = 2,5 mol / l. Izračunajte koncentraciju tvari B i C do ovog trenutka i prosječnu brzinu u navedenom vremenskom periodu.
7. Koliko puta treba povećati pritisak da se brzina hemijske reakcije 2NO 2 + O 2 = 2NO 2 poveća 1000 puta?
8. Koliko će se puta promijeniti brzina hemijske reakcije kada se temperatura smanji sa 70 na 30 0 C, ako je temperaturni koeficijent 3.
9. Za koliko stepeni treba podići temperaturu da se brzina hemijske reakcije poveća za 81 puta? Temperaturni koeficijent brzine reakcije je 3?
10. Izračunajte temperaturni koeficijent određene hemijske reakcije ako se s porastom temperature od 10 do 50 0 C brzina hemijske reakcije poveća za 16 puta.
Primjeri izvršavanja zadataka
Primjer 1 Napišite matematički izraz za zakon djelovanja mase za sljedeće kemijske reakcije:
Odgovori. Za reakciju (1), brzina ovisi samo o koncentraciji SO 2, za reakciju (2) ovisi samo o koncentraciji H 2 .
Primjer 2 Kako će se promijeniti brzina hemijske reakcije?
4Al (c) + 3O 2 (g) \u003d 2Al 2 O 3 (c),
ako se koncentracija kisika poveća za 3 puta?
Rješenje
1. Zapisujemo izraz za zavisnost brzine hemijske reakcije od koncentracije reaktanata: V 1 = k 3.
2. S povećanjem koncentracije kisika za 3 puta, brzina kemijske reakcije također se povećava: V 2 = k 3.
V 2 / V 1 = ¾¾¾¾¾¾ = 27
Odgovori. S povećanjem koncentracije kisika za 3 puta, brzina kemijske reakcije se povećava za 27 puta.
Primjer 3 Kako će se promijeniti brzina hemijske reakcije?
2Al (c) + 3Cl 2 (g) \u003d 2AlCl 3 (c)
kada se pritisak udvostruči?
Rješenje.
1. Zapisujemo izraz za zavisnost brzine hemijske reakcije od koncentracije reaktanata: V 1 = k 3.
2. Kada se pritisak udvostruči, udvostručuje se i koncentracija hlora. Dakle, V 2 = k 3 .
3. Promjena brzine hemijske reakcije je
V 2 / V 1 = ¾¾¾¾¾¾ = 8
Odgovori. Sa povećanjem pritiska za 2 puta, brzina ove hemijske reakcije se povećava za 8 puta.
Primjer 4 Temperaturni koeficijent brzine hemijske reakcije je 2,5. Kako će se promeniti njena brzina a) sa povećanjem temperature reakcione smeše sa 60 na 100 o C; b) kada temperatura padne sa 50 na 30°C.
Rješenje
1. Ovisnost brzine kemijske reakcije od temperature određena je van't Hoffovim pravilom. Njegov matematički izraz:
V 2 = V 1 γ (t2 - t1) / 10 .
Dakle, a) V 2 / V 1 = 2,5 (100-60) / 10 = 2,5 4 = 39,06;
b) V 2 / V 1 = 2,5 (30-50) / 10 = 2,5 -2 \u003d 1 / 6,25 = 0,16.
Odgovori. Sa povećanjem temperature za 40°, brzina ove reakcije se povećava za 39,06 puta, sa smanjenjem temperature za 20°, brzina hemijske reakcije se smanjuje za 6,25 puta i iznosi samo 0,16 od brzine hemijske reakcije na temperatura od 50°C.
Predmet. Hemijska ravnoteža
Kontrolna pitanja i zadaci
1. Reverzibilne i ireverzibilne hemijske reakcije. Navedite primjere. Glavni znakovi nepovratnosti reakcija. Lažna hemijska ravnoteža.
2. Zakon djelovanja mase za reverzibilne kemijske reakcije. Fizičko značenje konstante hemijske ravnoteže.
3. Zapišite izraz za konstantu kemijske ravnoteže za sljedeće kemijske reakcije:
3Fe(c) + 4H 2 O(g) Fe 3 O 4 (c) + 4H 2 (g)
CaO (c) + CO 2 (g) CaCO 3 (c)
Ca(c) + C(c) +3/2O 2 (g) CaCO 3 (c)
4. Le Chatelierov princip. Navedite primjere.
5. Kako povećanje pritiska utiče na promjenu hemijske ravnoteže u sljedećim reakcijama:
H 2 (g) + J 2 (g) 2HJ (g)
CO(g) + Cl 2 (g) COCl 2 (g)
2NO(g) + O 2 (g) 2NO 2 (g)
C(c) + CO 2 (g) 2CO(g)
6. U smjeru direktne ili reverzne reakcije, kemijska ravnoteža će se pomjeriti u sljedećim reakcijama kako temperatura pada:
2H 2 S(g) + 3O 2 (g) 2SO 2(g) + 2H 2 O(g) DH< 0
2N 2 (g) + O 2 (g) 2N 2 O(g) DH > 0
2SO 2 (g) + O 2 (g) 2SO 3 (g) + 192,74 kJ
N 2 O 4 (g) 2NO 2 (g) - 54,47 kJ
7. Pod dejstvom kojih faktora se hemijska ravnoteža može pomeriti ka direktnoj reakciji:
C (c) + H 2 O (g) CO (g) + H 2 (g) - 129,89 kJ
N 2 (g) + 3H 2 (g) 2NH 3 (g) DH< 0
8. Hemijska ravnoteža u reakciji 2SO 2 (g) + O 2 (g) \u003d 2SO 3 (g) uspostavljena je pri sljedećim koncentracijama reaktanata: \u003d 0,2 mol / l, \u003d 0,05 mol / l, \u003d 0,09 mol/l. Kako će se promijeniti brzina reakcije naprijed, brzina obrnute, ako se volumen mješavine plina smanji za 3 puta?
9. Izračunajte ravnotežnu koncentraciju vodika i hlora u hemijskoj reakciji: H 2 (g) + Cl 2 (g) = 2HCl (g), ako su početne koncentracije C (H 2) = 0,5 mol / l, C (Cl 2) = 1,5 mol/l, a ravnotežna koncentracija hlorovodonika = 0,8 mol/l. Izračunajte konstantu hemijske ravnoteže.
10. Na određenoj temperaturi, sastav ravnotežne smjese je sljedeći: m (CO) = 11,2 g, m (Cl 2) = 14,2 g, m (COCl 2) = 19,8 g, njegov volumen je 10 litara. Izračunajte konstantu ravnoteže hemijske reakcije CO(g) + Cl 2 (g) COCl 2 (g)
Primjeri izvršavanja zadataka
Primjer 1 Napišite matematički izraz za konstantu kemijske ravnoteže reakcije Ca 3 N 2 (c) + 6H 2 O (g) \u003d 3Ca (OH) 2 (c) + 2NH 3 (g).
Rješenje. Matematički izraz za konstantu hemijske ravnoteže (zakon dejstva mase za reverzibilne reakcije) ne uzima u obzir učešće supstanci u čvrstoj i tečnoj fazi. dakle,
Odgovori. Konstanta ravnoteže određena je omjerom ravnotežnih koncentracija amonijaka i vode u plinovitoj fazi.
Primjer 2 Za reakciju CoO (c) + CO (g) \u003d Co (c) + CO 2 (g), izračunajte konstantu kemijske ravnoteže, ako je do trenutka ravnoteže reagiralo 80% CO, početna koncentracija CO iznosi 1,88 mol / l.
Rješenje
1. Matematički izraz za konstantu kemijske ravnoteže Kc = /.
2. Ravnotežne koncentracije CO i CO 2 . Ravnotežna koncentracija CO bit će manja od početne (dio tvari - 80% - ušao je u kemijsku reakciju:
[CO] = C (CO) ref. – C (CO) proreg. \u003d 1,88 - (1,88 80) / 100 \u003d
0,376 mol/l.
Ravnotežna koncentracija CO 2 je:
[CO 2 ] = C (CO) proreag. = (1,88 80) / 100 = 1,504 mol / l.
3. U matematičkom izrazu za konstantu kemijske ravnoteže zamjenjujemo vrijednosti ravnotežnih koncentracija CO i CO 2:
Kc \u003d 1,504 / 0,376 = 4.
Odgovori. Konstanta hemijske ravnoteže ove reakcije je 4; što ukazuje da je u ovom trenutku brzina reakcije naprijed 4 puta veća od brzine reverzne reakcije.
Primjer 3 U kojem smjeru će se pomaknuti kemijska ravnoteža reakcije 2NiO (c) + CO 2 (g) + H 2 O (g) = (NiOH) 2 CO 3 (c) DH o< 0
a) sa porastom pritiska, b) sa porastom temperature? Predložite optimalnu promjenu termodinamičkih parametara T i P kako bi se povećao prinos produkta reakcije.
Rješenje
1. U skladu sa Le Chatelierovim principom, povećanje pritiska pomera ravnotežu hemijske reakcije u pravcu koji je praćen smanjenjem zapremine reakcionog sistema. Sa povećanjem pritiska, ravnoteža ove reakcije se pomera udesno (brzina prednje reakcije je veća od one obrnute).
2. U skladu sa Le Chatelierovim principom, povećanje temperature pomera hemijsku ravnotežu ka endotermnoj reakciji. Stoga, kako temperatura raste, ravnoteža ove reakcije se pomiče ulijevo (brzina obrnute reakcije je veća od one naprijed).
3. Za povećanje prinosa produkta hemijske reakcije formiranja nikal (II) hidroksokarbonata, povećajte pritisak i smanjite temperaturu.
Primjer 4 Napišite izraz za konstantu kemijske ravnoteže reakcije:
MgO (c) + H 2 (g) \u003d Mg (c) + H 2 O (g).
Da li povećanje pritiska utiče na promjenu hemijske ravnoteže?
Rješenje. Za heterogene reakcije u izrazu za brzinu.
1. Osnovni pojmovi i postulati kemijske kinetike
Hemijska kinetika je grana fizičke hemije koja proučava brzine hemijskih reakcija. Osnovni zadaci hemijske kinetike su: 1) proračun brzina reakcija i određivanje kinetičkih krivulja, tj. ovisnost koncentracija reaktanata o vremenu ( direktni zadatak); 2) određivanje reakcionih mehanizama iz kinetičkih krivulja ( inverzni problem).
Brzina kemijske reakcije opisuje promjenu koncentracije reaktanata u jedinici vremena. Za reakciju
a A+ b B+... d D+ e E+...
brzina reakcije je definirana na sljedeći način:
gdje uglaste zagrade označavaju koncentraciju tvari (obično se mjeri u mol/l), t- vrijeme; a, b, d, e- stehiometrijski koeficijenti u jednadžbi reakcije.
Brzina reakcije ovisi o prirodi reaktanata, njihovoj koncentraciji, temperaturi i prisutnosti katalizatora. Ovisnost brzine reakcije od koncentracije opisana je osnovnim postulatom kemijske kinetike - zakon delujućih masa:
Brzina hemijske reakcije u svakom trenutku vremena proporcionalna je trenutnim koncentracijama reaktanata podignutih na neke stepene:
,
Gdje k- konstanta brzine (neovisno o koncentraciji); x, y- neki brojevi koji se pozivaju redosled reakcija supstanci A i B, respektivno. Ovi brojevi uglavnom nemaju nikakve veze sa koeficijentima a I b u jednadžbi reakcije. Zbir eksponenata x+ y pozvao opšti redosled reakcija. Redoslijed reakcije može biti pozitivan ili negativan, cijeli broj ili razlomak.
Većina hemijskih reakcija sastoji se od nekoliko faza, tzv elementarne reakcije. Pod elementarnom reakcijom obično se podrazumijeva jedan čin formiranja ili cijepanja kemijske veze, koji se odvija kroz formiranje prijelaznog kompleksa. Broj čestica uključenih u elementarnu reakciju naziva se molekularnost reakcije. Postoje samo tri tipa elementarnih reakcija: monomolekularne (A B + ...), bimolekularne (A + B D + ...) i trimolekularne (2A + B D + ...). Za elementarne reakcije, opći red je jednak molekularnosti, a redoslijed u smislu tvari jednak je koeficijentima u jednadžbi reakcije.
PRIMJERI
Primjer 1-1. Brzina stvaranja NO u reakciji 2NOBr (g) 2NO (g) + Br 2(g) je 1,6 . 10 -4 mol/(l.s). Kolika je brzina reakcije i potrošnja NOBr?
Rješenje. Po definiciji, brzina reakcije je:
Krtica / (l. s).
Iz iste definicije proizlazi da je stopa potrošnje NOBr jednaka stopi stvaranja NO sa suprotnim predznakom:
mol / (l. s).
Primjer 1-2. U reakciji 2. reda A + B D, početne koncentracije tvari A i B su 2,0 mol/l i 3,0 mol/l, respektivno. Brzina reakcije je 1,2. 10 -3 mol/(l.s) pri [A] = 1,5 mol/l. Izračunajte konstantu brzine i brzinu reakcije na [B] = 1,5 mol/L.
Rješenje. Prema zakonu djelovanja mase, u svakom trenutku, brzina reakcije je:
.
Do trenutka kada je [A] = 1,5 mol/l reagovalo je 0,5 mol/l supstanci A i B, dakle [B] = 3 – 0,5 = 2,5 mol/l. Konstanta stope je:
L/(mol. s).
Do trenutka kada je [B] = 1,5 mol/l reagovalo je 1,5 mol/l supstanci A i B, dakle [A] = 2 – 1,5 = 0,5 mol/l. Brzina reakcije je:
Krtica / (l. s).
ZADACI
1-1. Kako je brzina reakcije sinteze amonijaka 1/2 N 2 + 3/2 H 2 \u003d NH 3 izražena kroz koncentracije dušika i vodika? (odgovor)
1-2. Kako će se promijeniti brzina reakcije sinteze amonijaka 1/2 N 2 + 3/2 H 2 \u003d NH 3 ako se jednačina reakcije napiše kao N 2 + 3H 2 = 2NH 3? (odgovor)
1-3. Koji je redoslijed elementarnih reakcija: a) Cl + H 2 = HCl + H; b) 2NO + Cl 2 = 2NOCl? (odgovor)
1-4. Koja od sljedećih vrijednosti može biti a) negativna; b) frakcijske vrijednosti: brzina reakcije, red reakcije, molekularnost reakcije, konstanta brzine, stehiometrijski koeficijent? (odgovor)
1-5. Zavisi li brzina reakcije o koncentraciji produkta reakcije? (odgovor)
1-6. Koliko puta će se povećati brzina elementarne reakcije u gasnoj fazi A = 2D sa 3 puta povećanjem pritiska? (Odgovor)
1-7. Odrediti red reakcije ako konstanta brzine ima dimenziju l 2 / (mol 2. s). (odgovor)
1-8. Konstanta brzine gasovite reakcije 2. reda na 25 °C je 10 3 l / (mol. s). Koliko je ta konstanta jednaka ako se kinetička jednačina izrazi kao pritisak u atmosferi? (Odgovor)
1-9. Za reakciju u gasnoj fazi n-ti red nA B izražava brzinu formiranja B u smislu ukupnog pritiska.(Odgovor)
1-10. Konstante brzine direktne i reverzne reakcije su 2,2 i 3,8 L/(mol s). Po kojem od sljedećih mehanizama mogu teći ove reakcije: a) A + B = D; b) A + B = 2D; c) A = B + D; d) 2A = B. (odgovor)
1-11. Reakcija razlaganja 2HI H 2 + I 2 ima 2. red sa konstantom brzine k= 5,95 . 10 -6 l/(mol. s). Izračunajte brzinu reakcije pri pritisku od 1 atm i temperaturi od 600 K. (odgovor)
1-12. Brzina reakcije 2. reda A + B D je 2,7. 10 -7 mol/(l. s) pri koncentracijama tvari A i B, respektivno, 3,0. 10 -3 mol/l i 2,0 mol/l. Izračunajte konstantu brzine. (Odgovor)
1-13. U reakciji 2. reda A + B 2D, početne koncentracije tvari A i B su po 1,5 mol/L. Brzina reakcije je 2,0. 10 -4 mol/(l.s) pri [A] = 1,0 mol/l. Izračunajte konstantu brzine i brzinu reakcije na [B] = 0,2 mol/l. (odgovor)
1-14. U reakciji 2. reda A + B 2D, početne koncentracije tvari A i B su 0,5 i 2,5 mol/L, respektivno. Koliko je puta brzina reakcije pri [A] = 0,1 mol/l manja od početne brzine? (odgovor)
1-15. Brzina reakcije u gasnoj fazi je opisana jednadžbom w = k. [A] 2 . [B]. U kojem omjeru između koncentracija A i B će početna brzina reakcije biti maksimalna pri fiksnom ukupnom pritisku? (odgovor)
2. Kinetika jednostavnih reakcija
U ovom dijelu ćemo, na osnovu zakona djelovanja mase, sastaviti i riješiti kinetičke jednadžbe za ireverzibilne reakcije cjelobrojnog reda.
Reakcije 0. reda. Brzina ovih reakcija ne zavisi od koncentracije:
,
gdje je [A] koncentracija polazne tvari. Nulti red se javlja u heterogenim i fotohemijskim reakcijama.
Reakcije 1. reda. U reakcijama tipa A B, brzina je direktno proporcionalna koncentraciji:
.
Prilikom rješavanja kinetičkih jednadžbi često se koristi sljedeća oznaka: početna koncentracija [A] 0 = a, trenutna koncentracija [A] = a - x(t), Gdje x(t) je koncentracija izreagovane supstance A. U ovim zapisima, kinetička jednadžba za reakciju 1. reda i njeno rješenje imaju oblik:
Rješenje kinetičke jednadžbe je također napisano u drugom obliku, pogodnom za analizu redoslijeda reakcije:
.
Vrijeme koje je potrebno polovini tvari A da se raspadne naziva se vrijeme poluraspada t 1/2. Definisano je jednadžbom x(t 1/2) = a/2 i jednako
Reakcije 2. reda. U reakcijama tipa A + B D + ..., brzina je direktno proporcionalna proizvodu koncentracija:
.
Početne koncentracije supstanci: [A] 0 = a, [B] 0 = b; trenutne koncentracije: [A] = a- x(t), [B] = b - x(t).
Prilikom rješavanja ove jednačine razlikuju se dva slučaja.
1) iste početne koncentracije tvari A i B: a = b. Kinetička jednačina ima oblik:
.
Rješenje ove jednadžbe je napisano u različitim oblicima:
Vrijeme poluraspada tvari A i B je isto i jednako:
2) Početne koncentracije tvari A i B su različite: a
b. Kinetička jednačina ima oblik: 
.
Rješenje ove jednačine se može napisati na sljedeći način:
Vrijeme poluraspada tvari A i B je različito: 
.
reakcije n-tog reda n A D + ... Kinetička jednačina ima oblik:
.
Rješenje kinetičke jednadžbe:
. (2.1)
Poluživot supstance A obrnuto je proporcionalan ( n-1)-ti stepen početne koncentracije:
. (2.2)
Primjer 2-1. Vrijeme poluraspada radioaktivnog izotopa 14 C je 5730 godina. Prilikom arheoloških iskopavanja pronađeno je drvo čiji sadržaj 14 C iznosi 72% normalnog. Koja je starost drveta?
Rješenje. Radioaktivni raspad je reakcija prvog reda. Konstanta stope je:
Životni vijek stabla se može naći iz rješenja kinetičke jednadžbe, uzimajući u obzir činjenicu da je [A] = 0,72 . [A]0:
Primjer 2-2. Utvrđeno je da je reakcija 2. reda (jedan reagens) 75% završena za 92 min pri početnoj koncentraciji reagensa od 0,24 M. Koliko će vremena trebati da koncentracija reagensa dostigne 0,16 M pod istim uslovima?
Rješenje. Zapisujemo dva puta rješenje kinetičke jednadžbe za reakciju 2. reda s jednim reagensom:
,
gdje, po konvenciji, a= 0,24M, t 1 = 92 min, x 1 = 0,75 . 0,24=0,18M, x 2 = 0,24 - 0,16 = 0,08 M. Podijelimo jednu jednačinu drugom:
Primjer 2-3. Za elementarnu reakciju n A B označava vreme poluraspada A do t 1/2, a vreme raspada A za 75% - do t 3/4. Dokažite da omjer t 3/4 / t 1/2 ne ovisi o početnoj koncentraciji, već je određen samo redoslijedom reakcije n.Rješenje. Zapisujemo dva puta rješenje kinetičke jednadžbe za reakciju n-ti red sa jednim reagensom:
i podijelite jedan izraz drugim. Konstante k I a iz oba izraza će se poništiti i dobijamo:
.
Ovaj rezultat se može generalizirati dokazivanjem da omjer vremena za koje je stupanj konverzije a i b ovisi samo o redoslijedu reakcije:
.
ZADACI
2-1. Koristeći rješenje kinetičke jednadžbe dokazati da je za reakcije 1. reda vrijeme t x, za koji dostiže stepen konverzije početne supstance x, ne zavisi od početne koncentracije. (odgovor)2-2. Reakcija prvog reda se odvija za 30% za 7 min. Koliko će vremena trebati da reakcija bude 99% potpuna? (odgovor)
2-3. Vrijeme poluraspada radioaktivnog izotopa 137 Cs, koji je ušao u atmosferu kao rezultat nesreće u Černobilu, iznosi 29,7 godina. Nakon kojeg vremena će količina ovog izotopa biti manja od 1% originalne? (odgovor)
2-4. Vrijeme poluraspada radioaktivnog izotopa 90 Sr, koji ulazi u atmosferu tokom nuklearnih testova, iznosi 28,1 godina. Pretpostavimo da je tijelo novorođenčeta apsorbiralo 1,00 mg ovog izotopa. Koliko će stroncijuma ostati u organizmu nakon a) 18 godina, b) 70 godina, ako pretpostavimo da se ne izluči iz organizma? (Odgovor)
2-5. Konstanta brzine reakcije prvog reda SO 2 Cl 2 = SO 2 + Cl 2 je 2,2. 10 -5 s -1 na 320 o C. Koliki procenat SO 2 Cl 2 će se razgraditi ako se drži 2 sata na ovoj temperaturi? (Odgovor)
2-6. Konstanta brzine reakcije 1. reda
2N 2 O 5 (g) 4NO 2 (g) + O 2 (g)
na 25°C iznosi 3,38. 10 -5 s -1 . Koliki je period poluraspada N 2 O 5 ? Koliki će biti pritisak u sistemu nakon a) 10 s, b) 10 min, ako je početni pritisak bio 500 mm Hg. Art. (odgovor)
2-7. Reakcija prvog reda se izvodi s različitim količinama polaznog materijala. Hoće li se tangente na početne dijelove kinetičkih krivulja sjeći u jednoj tački na x-osi? Objasni odgovor (odgovor)
2-8. Reakcija prvog reda A 2B se odvija u gasnoj fazi. Početni pritisak je str 0 (B nedostaje). Naći zavisnost ukupnog pritiska od vremena. Nakon kojeg vremena će se pritisak povećati za 1,5 puta u odnosu na početni? Koliki je stepen reakcije do tog trenutka? (odgovor)
2-9. Reakcija drugog reda 2A B teče u gasnoj fazi. Početni pritisak je str 0 (B nedostaje). Naći zavisnost ukupnog pritiska od vremena. Nakon kojeg vremena će se pritisak smanjiti za 1,5 puta u odnosu na početni? Koliki je stepen reakcije do tog trenutka? (odgovor)
2-10. Supstanca A je pomešana sa supstancama B i C u jednakim koncentracijama od 1 mol/l. Nakon 1000 s ostaje 50% tvari A. Koliko će tvari A ostati nakon 2000 s ako reakcija ima: a) nulu, b) prvi, c) drugi, c) treći opći red? (odgovor)
2-11. Koja će od reakcija - prvog, drugog ili trećeg reda - završiti brže ako su početne koncentracije tvari 1 mol/l i sve konstante brzine izražene u mol/l i s jednake 1? (odgovor)
2-12. Reakcija
CH 3 CH 2 NO 2 + OH - H 2 O + CH 3 CHNO 2 -
ima drugi red i konstantu brzine k= 39,1 l/(mol. min) na 0 oko C. Pripremljen je rastvor koji sadrži 0,004 M nitroetana i 0,005 M NaOH. Koliko vremena je potrebno da 90% nitroetana reaguje?
2-13. Konstanta brzine rekombinacije H+ i FG - (fenilglioksinat) jona u molekulu UFH na 298 K je k= 10 11,59 l/(mol. s). Izračunajte vrijeme za koje je reakcija protekla za 99,999% ako su početne koncentracije oba jona jednake 0,001 mol/l. (odgovor)
2-14. Brzina oksidacije butanola-1 hipohlornom kiselinom ne zavisi od koncentracije alkohola i proporcionalna je 2 . Koliko će vremena trebati da reakcija oksidacije na 298 K dostigne 90% ako je početni rastvor sadržavao 0,1 mol/l HClO i 1 mol/l alkohola? Konstanta brzine reakcije je k= 24 l/(mol. min). (odgovor)
2-15. Na određenoj temperaturi, 0,01 M rastvor etil acetata se saponifikuje sa 0,002 M rastvorom NaOH za 10% za 23 min. Nakon koliko minuta će se saponificirati do istog stepena sa 0,005 M otopinom KOH? Smatrajte da je ova reakcija drugog reda i da su alkalije potpuno disocirane. (Odgovor)
2-16. Reakcija drugog reda A + B P izvodi se u rastvoru sa početnim koncentracijama [A] 0 = 0,050 mol/l i [B] 0 = 0,080 mol/l. Nakon 1 h koncentracija tvari A se smanjila na 0,020 mol/l. Izračunajte konstantu brzine i poluživot obje supstance.
SESIJA 10 10. razred(prva godina studija)
Osnove hemijske kinetike. Plan stanja hemijske ravnoteže
1. Kemijska kinetika i područje njenog proučavanja.
2. Brzina homogenih i heterogenih reakcija.
3. Ovisnost brzine reakcije o različitim faktorima: prirodi reaktanata, koncentraciji reaktanata (zakon djelovanja mase), temperaturi (van't Hoffovo pravilo), katalizatoru.
4. Reverzibilne i ireverzibilne hemijske reakcije.
5. Hemijska ravnoteža i uslovi za njeno pomeranje. Le Chatelierov princip.
Grana hemije koja proučava brzine i mehanizme hemijskih reakcija naziva se hemijska kinetika. Jedan od glavnih koncepata u ovom odeljku je koncept brzine hemijske reakcije. Neke kemijske reakcije se odvijaju gotovo trenutno (na primjer, reakcija neutralizacije u otopini), druge se odvijaju milenijumima (na primjer, transformacija grafita u glinu tokom trošenja stijena).
Brzina homogene reakcije je količina supstance koja ulazi u reakciju ili nastaje kao rezultat reakcije u jedinici vremena po jedinici zapremine sistema:
Drugim riječima, brzina homogene reakcije jednaka je promjeni molarne koncentracije bilo kojeg od reaktanata u jedinici vremena. Brzina reakcije je pozitivna vrijednost, stoga, ako se izražava kroz promjenu koncentracije produkta reakcije, stavlja se znak “+”, a kada se koncentracija reagensa promijeni, znak je “–”.
Brzina heterogene reakcije je količina tvari koja ulazi u reakciju ili nastaje kao rezultat reakcije u jedinici vremena po jedinici površine faze:
Najvažniji faktori koji utiču na brzinu hemijske reakcije su priroda i koncentracija reaktanata, temperatura i prisustvo katalizatora.
Uticaj priroda reagensa To se manifestira u činjenici da pod istim uvjetima različite tvari međusobno djeluju različitom brzinom, na primjer:
Sa povećanjem koncentracije reagensa povećava se broj sudara između čestica, što dovodi do povećanja brzine reakcije. Kvantitativno, ovisnost brzine reakcije o koncentraciji reagensa izražena je zakonom djelovanja u u u s u s i s (K.M. Guldberg i P. Waage, 1867; N.I. Beketov, 1865). Brzina homogene hemijske reakcije pri konstantnoj temperaturi direktno je proporcionalna proizvodu koncentracija reaktanata u snagama jednakim njihovim stehiometrijskim koeficijentima (koncentracije čvrstih materija se ne uzimaju u obzir), na primer:
gde su A i B gasovi ili tečnosti, k- konstanta brzine reakcije, jednaka brzini reakcije pri koncentraciji reaktanata od 1 mol/l. Konstantno k ovisi o svojstvima reaktanata i temperaturi, ali ne ovisi o koncentraciji tvari.
Ovisnost brzine reakcije o temperatura je opisan eksperimentalnim pravilom Van t-Goffa (1884). S povećanjem temperature za 10 °, brzina većine kemijskih reakcija povećava se 2-4 puta:
gdje je temperaturni koeficijent.
Katalizator Supstancom se naziva supstanca koja mijenja brzinu kemijske reakcije, ali se kao rezultat te reakcije ne troši. Postoje pozitivni katalizatori (specifični i univerzalni), negativni (inhibitori) i biološki (enzimi ili enzimi). Promjena brzine reakcije u prisustvu katalizatora naziva se kataliza. Razlikovati homogenu i heterogenu katalizu. Ako su reaktanti i katalizator u istom agregacijskom stanju, kataliza je homogena; u različitim - heterogenim.
Homogena kataliza:
heterogena kataliza:
Mehanizam djelovanja katalizatora je vrlo složen i nije u potpunosti shvaćen. Postoji hipoteza o stvaranju intermedijarnih spojeva između reaktanta i katalizatora:
A + kat. ,
U AB + kat.
Da bi se pojačalo djelovanje katalizatora, koriste se promotori; postoje i katalitički otrovi koji slabe djelovanje katalizatora.
Na brzinu heterogene reakcije utiče veličina interfejsa(stepen finoće supstance) i brzinu dovoda reagensa i odstranjivanja produkta reakcije sa međuprostora.
Sve hemijske reakcije se dijele na dvije vrste: reverzibilne i nepovratne.
Nepovratne su kemijske reakcije koje se odvijaju samo u jednom smjeru., tj. proizvodi ovih reakcija ne stupaju u interakciju jedni s drugima da bi formirali početne materijale. Uslovi za ireverzibilnost reakcije su stvaranje taloga, gasa ili slabog elektrolita. Na primjer:
BaCl 2 + H 2 SO 4 \u003d BaSO 4 + 2HCl,
K 2 S + 2HCl \u003d 2KCl + H 2 S,
HCl + NaOH \u003d NaCl + H 2 O.
Reverzibilne su reakcije koje se odvijaju istovremeno u smjeru naprijed i nazad., Na primjer:
Kada dođe do reverzibilne kemijske reakcije, brzina direktne reakcije u početku ima maksimalnu vrijednost, a zatim se smanjuje zbog smanjenja koncentracije polaznih tvari. Obrnuta reakcija, naprotiv, u početnom trenutku vremena ima minimalnu brzinu, koja se postepeno povećava. Dakle, u određenom trenutku, stanje hemijske ravnoteže pri kojoj je brzina prednje reakcije jednaka brzini obrnute reakcije. Stanje hemijske ravnoteže je dinamično - i dalje se odvijaju i prednja i obrnuta reakcija, ali pošto su njihove brzine jednake, koncentracije svih supstanci u reakcionom sistemu se ne menjaju. Ove koncentracije se nazivaju ravnotežnim.
Omjer konstanti brzine direktne i reverzne reakcije je konstanta i naziva se konstanta ravnoteže ( TO R ) . Koncentracije čvrstih materija nisu uključene u izraz konstante ravnoteže. Konstanta ravnoteže reakcije ovisi o temperaturi i tlaku, ali ne ovisi o koncentraciji reaktanata i prisutnosti katalizatora, koji ubrzava i prednju i obrnutu reakciju. Više TO p, veći je praktični prinos produkta reakcije. Ako TO p > 1, tada u sistemu dominiraju produkti reakcije; Ako TO R< 1, в системе преобладают реагенты.
Hemijska ravnoteža je pokretna, tj. kada se vanjski uvjeti promijene, brzina reakcije naprijed ili nazad može se povećati. Pravac pomeranja ravnoteže određen je principom koji je formulisao francuski naučnik Le Chatelier 1884. Ako se na ravnotežni sistem izvrši spoljni uticaj, onda se ravnoteža pomera prema reakciji koja se suprotstavlja ovom uticaju. Na pomak ravnoteže utiču promjene koncentracije reagensa, temperature i pritiska.
Povećanje koncentracije reaktanata i povlačenje produkata dovode do pomaka u ravnoteži prema direktnoj reakciji.
Kada se sistem zagreva, ravnoteža se pomera ka endotermnoj reakciji, a kada se ohladi, pomera se ka egzotermnoj.
Za reakcije koje uključuju plinovite tvari, povećanje tlaka pomiče ravnotežu u smjeru reakcije koja se odvija sa smanjenjem broja molekula plina. Ako se reakcija odvija bez promjene broja molekula plinovitih tvari, tada promjena tlaka ni na koji način ne utječe na promjenu ravnoteže.
