Beispiel 4.1. Wie wird sich die Reaktionsgeschwindigkeit jeder Reaktion ändern?
2NO (g) + Cl 2 (g) = 2NOCI (g) (1); CaO (c) + CO 2 (g) = CaCO 3 (c) (2),
wenn der Druck in jedem System um das Dreifache erhöht wird?
Lösung. Reaktion (1) ist homogen und nach dem Massenwirkungsgesetz beträgt die anfängliche Reaktionsgeschwindigkeit v = k∙ ∙ ; Reaktion (2) ist heterogen und ihre Geschwindigkeit wird durch die Gleichung v = k∙ ausgedrückt. Die Konzentration der Stoffe in der festen Phase (bei dieser Reaktion CaO) ändert sich während der Reaktion nicht und geht daher nicht in die Gleichung des Massenwirkungsgesetzes ein.
Eine Erhöhung des Drucks in jedem der Systeme um das Dreifache führt zu einer Verringerung des Systemvolumens um das Dreifache und einer Erhöhung der Konzentration jedes der reagierenden gasförmigen Substanzen um das Dreifache. Bei neuen Konzentrationen der Reaktionsgeschwindigkeiten: v" = k∙(3) 2 ∙3 = 27 k∙ ∙ (1) und v" = k 3 (2). Wenn wir die Ausdrücke für die Geschwindigkeiten v und v vergleichen, stellen wir fest, dass die Geschwindigkeit der Reaktion (1) um das 27-fache und die der Reaktion (2) um das Dreifache zunimmt.
Beispiel 4.2. Die Reaktion zwischen den Stoffen A und B wird durch die Gleichung 2A + B = D ausgedrückt. Die Anfangskonzentrationen sind: C A = 5 mol/l, C B = 3,5 mol/l. Die Geschwindigkeitskonstante beträgt 0,4. Berechnen Sie die Reaktionsgeschwindigkeit im Anfangsmoment und in dem Moment, in dem 60 % der Substanz A im Reaktionsgemisch verbleiben.
Lösung. Nach dem Wirkungsgesetz der Massen ist v = . Im Anfangsmoment beträgt die Geschwindigkeit v 1 = 0,4 × 5 · 2 × 3,5 = 35. Nach einiger Zeit verbleiben 60 % der Substanz A im Reaktionsgemisch, d. h. die Konzentration der Substanz A beträgt 5 × 0,6 \u003d 3 mol / l. Dies bedeutet, dass die Konzentration von A um 5 – 3 = 2 mol/l abgenommen hat. Da A und B im Verhältnis 2:1 miteinander interagieren, verringerte sich die Konzentration der Substanz B um 1 Mol und betrug 3,5 - 1 = 2,5 Mol / l. Daher ist v 2 \u003d 0,4 × 3 2 × 2,5 \u003d 9.
Beispiel 4.3. Einige Zeit nach Beginn der Reaktion
2NO + O 2 \u003d 2NO 2-Konzentrationen der Substanzen betrugen (mol / l): \u003d 0,06;
0,12; = 0,216. Finden Sie die Anfangskonzentrationen von NO und O 2 .
Lösung. Die Ausgangskonzentrationen von NO und O 2 ergeben sich aus der Reaktionsgleichung, nach der 2 mol NO für die Bildung von 2 mol 2NO 2 aufgewendet werden. Je nach Problemstellung wurden 0,216 Mol NO 2 gebildet, wofür 0,216 Mol NO verbraucht wurden. Daher ist die Anfangskonzentration von NO gleich:
0,06 + 0,216 = 0,276 mol/L.
Gemäß der Reaktionsgleichung wird für die Bildung von 2 mol NO 2 1 mol O 2 benötigt, und um 0,216 mol NO 2 zu erhalten, sind 0,216 / 2 = 0,108 mol / O 2 erforderlich. Die Anfangskonzentration von O 2 beträgt: = 0,12 + 0,108 = 0,228 mol/l.
Somit waren die anfänglichen Konzentrationen:
0,276 mol/l; = 0,228 mol/l.
Beispiel 4.4. Bei 323 K sind einige Reaktionen in 30 s abgeschlossen. Bestimmen Sie, wie sich die Reaktionsgeschwindigkeit und -zeit bei 283 K ändern, wenn der Temperaturkoeffizient der Reaktionsgeschwindigkeit 2 beträgt.
Lösung. Gemäß der Van't-Hoff-Regel ermitteln wir, wie oft sich die Reaktionsgeschwindigkeit ändert:
2 –4 = .
Die Reaktionsgeschwindigkeit verringert sich um das 16-fache. Die Geschwindigkeit einer Reaktion und ihre Zeit stehen im umgekehrten Verhältnis zueinander. Folglich erhöht sich die Zeit dieser Reaktion um das 16-fache und beträgt 30 × 16 = 480 s = 8 min.
Aufgaben
№ 4.1 . Die Reaktion verläuft nach der Gleichung 3Н 2 + CO = CH 4 + H 2 O
Die anfänglichen Konzentrationen der Reaktanten betrugen (mol/l): = 0,8; CCO = 0,6. Wie verändert sich die Reaktionsgeschwindigkeit, wenn die Wasserstoffkonzentration auf 1,2 mol/l und die Kohlenmonoxidkonzentration auf 0,9 mol/l erhöht wird?
(Antwort: erhöht sich um das Fünffache).
№ 4.2 . Die Zersetzungsreaktion von N 2 O verläuft gemäß der Gleichung 2N 2 O \u003d 2N 2 + O 2. Die Rebeträgt 5·10 -4 . Erste Konzentration
0,32 mol/l. Bestimmen Sie die Reaktionsgeschwindigkeit im Anfangsmoment und in dem Moment, in dem sich 50 % N 2 O zersetzt. ( Antwort: 5,12 . 10 -5 ; 1,28 . 10 -5).
№ 4.3 . Die Reaktion zwischen den Stoffen A und B wird durch die Gleichung ausgedrückt
A + 2B = D. Anfangskonzentrationen: C A = 0,3 mol/l und C B = 0,4 mol/l. Die Geschwindigkeitskonstante beträgt 0,8. Berechnen Sie die anfängliche Reaktionsgeschwindigkeit und bestimmen Sie, wie sich die Reaktionsgeschwindigkeit nach einiger Zeit änderte, als die Konzentration der Substanz A um 0,1 Mol abnahm.
(Antwort: 3,84 . 10 -2; um das Sechsfache verringert).
№ 4.4 .Wie groß ist der Temperaturkoeffizient der Reaktionsgeschwindigkeit, wenn sich bei einer Temperatursenkung um 30 °C die Reaktionszeit um das 64-fache erhöht? ( Antwort: 4).
№ 4.5 .Berechnen Sie, bei welcher Temperatur die Reaktion in 45 Minuten endet, wenn sie bei 20 °C 3 Stunden dauert. Der Temperaturkoeffizient der Reaktionsgeschwindigkeit beträgt 3 ( Antwort: 32,6 zu C).
№ 4.6. Wie ändert sich die Reaktionsgeschwindigkeit CO + Cl 2 = COCl 2, wenn der Druck um das Dreifache und gleichzeitig die Temperatur um 30 °C erhöht wird (γ = 2)?
(Antwort: wird sich um das 72-fache erhöhen).
№ 4.7 . Die Reaktionen verlaufen gemäß den Gleichungen
C (c) + O 2 (g) = CO 2 (g) (1); 2CO (g) + O 2 (g) = 2CO 2 (g) (2)
Wie ändert sich die Geschwindigkeit der Reaktionen (1) und (2), wenn in jedem System: a) der Druck um das Dreifache reduziert wird; b) das Volumen des Gefäßes um das Dreifache erhöhen; c) die Sauerstoffkonzentration um das Dreifache erhöhen? ( Antwort: a) wird in (1) um das 3-fache, in (2) um das 27-fache abnehmen);
b) wird in (1) um das Dreifache, in (2) um das 27-fache abnehmen); c) erhöht sich um (1) und (2) um das Dreifache).
№ 4.8 . Die Reaktion verläuft gemäß der Gleichung H 2 + I 2 \u003d 2HI. Die Geschwindigkeitskonstante beträgt 0,16. Die anfänglichen Konzentrationen von Wasserstoff und Jod betragen 0,04 mol/l bzw. 0,05 mol/l. Berechnen Sie die Anfangsgeschwindigkeit der Reaktion und ihre Geschwindigkeit, wenn die H 2 -Konzentration 0,03 mol / l erreicht. ( Antwort: 3,2 . 10 -3 ; 1,9 . 10 -3).
№ 4.9 . Die Oxidation von Schwefel und seinem Dioxid verläuft nach den Gleichungen:
S (k) + O 2 (g) = SO 2 (g) (1); 2SO 2 (g) + O 2 (g) = 2SO 3 (g) (2)
Wie ändert sich die Geschwindigkeit der Reaktionen (1) und (2), wenn in jedem System: a) der Druck um das Vierfache erhöht wird; b) das Volumen des Gefäßes um das Vierfache reduzieren; c) die Sauerstoffkonzentration um das Vierfache erhöhen? ( Antwort: a) erhöht sich um (1) um 4, um (2) um 64 (mal);
b) wird um (1) um das 4-fache, um (2) um das 64-fache erhöht); c) erhöht sich um (1) und (2) um das Vierfache).
№ 4.10 . Die Geschwindigkeitskonstante der Reaktion 2A + B = D beträgt 0,8. Anfangskonzentrationen: C A = 2,5 mol/l und C B = 1,5 mol/l. Als Ergebnis der Reaktion stellte sich heraus, dass die Konzentration der Substanz CB 0,6 mol/l betrug. Berechnen Sie, was C A entspricht, und die Reaktionsgeschwindigkeit. ( Antwort: 0,7 mol/l; 0,235).
№ 4.11. Die Reaktion verläuft nach der Gleichung 4HCl + O 2 = 2H 2 O + 2Cl 2
Einige Zeit nach Beginn der Reaktion betrugen die Konzentrationen der daran beteiligten Stoffe (mol/l): = 0,85; = 0,44; = 0,30. Berechnen Sie die Anfangskonzentrationen von HCl und O 2 . ( Antwort:= 1,45; = 0,59 mol/l).
№ 4.12 . Anfangskonzentrationen der Stoffe in der Reaktion CO + H 2 O ↔ CO 2 + H 2
waren gleich (mol/l): C CO = 0,5; = 0,6; = 0,4; = 0,2. Berechnen Sie die Konzentrationen aller an der Reaktion beteiligten Stoffe, nachdem 60 % H 2 O reagiert haben. ( Antwort: CCO = 0,14; = 0,24; = 0,76; = 0,56 mol/l).
№ 4.13 . Wie ändert sich die Reaktionsgeschwindigkeit 2CO + O 2 = CO 2, wenn:
a) Erhöhen Sie das Volumen des Reaktionsgefäßes um das Dreifache; b) die CO-Konzentration um das Dreifache erhöhen; c) die Temperatur um 40 o C erhöhen (γ = 2)? ( Antwort: a) wird um das 27-fache abnehmen; b) wird um das Neunfache erhöht; c) wird um das 16-fache erhöht).
№ 4.14 . Bei 10 °C ist die Reaktion in 20 Minuten abgeschlossen. Wie lange dauert die Reaktion, wenn die Temperatur auf 40 °C ansteigt, wenn der Temperaturkoeffizient 3 beträgt? ( Antwort: 44,4 s).
№ 4.15 . Wie oft sollte erhöht werden
a) die CO-Konzentration im System 2CO = CO 2 + C, sodass sich die Reaktionsgeschwindigkeit um das Vierfache erhöht?
b) die Wasserstoffkonzentration im System N 2 + 3H 2 = 2NH 3, so dass die Reaktionsgeschwindigkeit um das 100-fache steigt?
c) Druck im System 2NO + O 2 = 2NO 2, so dass die Bildungsrate von NO 2 um das 10 3-fache steigt? ( Antwort: 2 mal; 4,64-fach; 10 mal).
№ 4.16 . Die Reaktionsgeschwindigkeit A + 2B \u003d AB 2 bei C A \u003d 0,15 mol / l und
C B \u003d 0,4 mol / l entspricht 2,4 ∙ 10 -3. Bestimmen Sie die Geschwindigkeitskonstante und die Reaktionsgeschwindigkeit, wenn die B-Konzentration 0,2 mol/L erreicht. ( Antwort: 0,1; 2 ∙ 10 -4).
№ 4.17 . Wie ändert sich die Reaktionsgeschwindigkeit 2A + B = A 2 B, wenn die Konzentration von Substanz A um das Dreifache erhöht, die Konzentration von Substanz B um das Zweifache verringert und die Temperatur um 40 ° C erhöht wird (γ =). 2)? ( Antwort: wird sich um das 72-fache erhöhen).
№ 4.18. Die Reaktion verläuft nach der Gleichung 2H 2 S + 3O 2 = 2SO 2 + 2H 2 O.
Einige Zeit nach Beginn der Reaktion betrugen die Konzentrationen der daran beteiligten Stoffe (mol/l): = 0,009; = 0,02; = 0,003. Berechnen Sie: = 0,7 mol/l).
1. Gas A wurde in einem Gefäß mit einer Stoffmenge von 4,5 Mol und Gas B mit einer Stoffmenge von 3 Mol vermischt. Die Gase A und B reagieren gemäß der Gleichung A + B = C. Nach einiger Zeit bildete sich im System Gas C mit einer Stoffmenge von 2 Mol. Welche Mengen der nicht umgesetzten Gase A und B verblieben im System?
Aus der Reaktionsgleichung folgt:
Dn(A) = Dn(B) = Dn(C) = 2 mol,
Dabei ist Dn die Änderung der Menge eines Stoffes während der Reaktion.
Daher blieben im Gefäß:
n 2 (A) = n 1 (A) – Dn(A); n 2 (A) \u003d (4,5 - 2) mol \u003d 2,5 mol;
n 2 (B) = n 1 (B) – Dn(B); n 2 (B) \u003d (3 - 2) mol \u003d 1 mol.
2. Die Reaktion verläuft nach der Gleichung: 2A + B ⇄ C und hat für Stoff A die zweite Ordnung und für Stoff B die erste Ordnung. Im Anfangszeitpunkt beträgt die Reaktionsgeschwindigkeit 15 mol/l×s. Berechnen Sie die Geschwindigkeitskonstante und die Geschwindigkeit der direkten Reaktion in dem Moment, in dem 50 % der Substanz B reagieren, wenn die Anfangskonzentrationen gleich sind: С(A) = 10 mol/l; C(B) = 5 mol/l. Wie verändert sich die Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion?
С(B), das in die Reaktion eingetreten ist, ist gleich:
C(B) \u003d 0,5 5 \u003d 2,5 mol / l.
Dementsprechend ist C(A), das in die Reaktion eingetreten ist, gleich:
2 mol/l A - 1 mol/l B
C(A) - 2,5 mol/l B
C(A) und C(B) nach der Reaktion:
C(A) \u003d 10 - 5 \u003d 5 mol / l,
C(B) \u003d 5 - 2,5 \u003d 2,5 mol / l.
Die Geschwindigkeit der direkten Reaktion beträgt:
Die Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion ändert sich:
d. h. es verringert sich um das Achtfache.
3. Die Reaktion zwischen den Stoffen A und B wird durch die Gleichung A + 2B = C ausgedrückt und hat die erste Ordnung für Stoff A und die zweite für Stoff B. Die Anfangskonzentrationen der Stoffe sind: C (A) = 2 mol/l; C(B) = 4 mol/l; die Geschwindigkeitskonstante beträgt 1,0. Ermitteln Sie die Anfangsgeschwindigkeit der Reaktion und die Geschwindigkeit nach einiger Zeit, wenn die Konzentration der Substanz A um 0,3 mol/l abnimmt.
Nach dem Massenwirkungsgesetz gilt:
Wenn die Konzentration von Stoff A um 0,3 mol/l abnimmt, dann nimmt die Konzentration von Stoff B um 0,3 × 2 = 0,6 mol/l ab. Nach der Reaktion betragen die Konzentrationen:
4. Die Geschwindigkeiten der direkten und umgekehrten Gasphasenreaktionen in einem geschlossenen Gefäß werden durch die Gleichungen ausgedrückt:
Nach dem Massenwirkungsgesetz betragen die Geschwindigkeiten der Direkt- und Rückreaktionen unter Anfangsbedingungen:
Eine Erhöhung des Drucks um das Dreifache führt bei Gassystemen zu einer Verringerung des Volumens des Gasgemisches um das Dreifache, die Konzentrationen aller drei Gase nehmen um den gleichen Betrag zu und die Geschwindigkeiten beider Reaktionen werden jeweils gleich:
Die Reaktionsgeschwindigkeitsverhältnisse sind:
Somit erhöht sich die Geschwindigkeit der Vorwärtsreaktion um das 27-fache, die Rückwärtsreaktion um das 9-fache.
5. Die Reaktion bei einer Temperatur von 50 0 C läuft in 2 Minuten 15 Sekunden ab. Wie lange dauert es, bis diese Reaktion bei einer Temperatur von 70 0 C beendet ist, wenn der Temperaturkoeffizient der Rate g in diesem Temperaturbereich 3 beträgt?
Bei einer Temperaturerhöhung von 50 auf 70 0 C erhöht sich die Reaktionsgeschwindigkeit gemäß der Van't-Hoff-Regel:
Wo = 70 0 C, \u003d 50 0 С, a und - Reaktionsgeschwindigkeiten bei bestimmten Temperaturen.
Wir bekommen:
diese. die Reaktionsgeschwindigkeit erhöht sich um das Neunfache.
Laut Definition ist die Reaktionszeit umgekehrt proportional zur Reaktionsgeschwindigkeit, also:
wo und ist die Reaktionszeit bei Temperaturen Und .
Von hier aus erhalten wir:
Vorausgesetzt, dass = 135 s (2 min 15 s), bestimmen wir die Reaktionszeit bei einer Temperatur :
6. Wie oft erhöht sich die Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion mit steigender Temperatur? = 10 0 C bis = 80 0 С , wenn der Temperaturkoeffizient der Geschwindigkeit g gleich 2 ist?
Aus der Van't-Hoff-Regel:
Die Reaktionsgeschwindigkeit erhöht sich um das 128-fache.
7. Bei der Untersuchung der Kinetik der Arzneimittelausscheidung aus dem Körper des Patienten wurde festgestellt, dass nach 3 Stunden 50 % der ursprünglichen Arzneimittelmenge im Körper des Patienten verblieben. Bestimmen Sie die Halbwertszeit und die Geschwindigkeitskonstante der Ausscheidungsreaktion des Arzneimittels aus dem menschlichen Körper, wenn bekannt ist, dass es sich um eine Reaktion erster Ordnung handelt.
Da für einen bestimmten Zeitraum 50 % des Arzneimittels aus dem Körper entfernt wurden, ist t 1/2 = 3 Stunden. Wir berechnen die Reaus der Gleichung:
8. Bei Laboruntersuchungen wässriger Lösungen des Arzneimittels wurde festgestellt, dass aufgrund der Hydrolyse die Konzentration des Arzneimittels pro Tag von 0,05 mol/l auf 0,03 mol/l abnahm. Berechnen Sie die Halbwertszeit der Hydrolysereaktion des Arzneimittels.
Da Hydrolysereaktionen meist mit einem erheblichen Wasserüberschuss ablaufen, kann dessen Konzentration konstant sein. Folglich ändert sich während der Reaktion nur die Konzentration des Arzneimittels und die Hydrolysereaktion kann als Reaktion erster Ordnung betrachtet werden.
Den Wert der Reermitteln wir aus der Gleichung:
9. Die Halbwertszeit des Arzneimittels aus dem Körper des Patienten (Reaktion erster Ordnung) beträgt 5 Stunden. Bestimmen Sie die Zeit, in der 75 % des Arzneimittels aus dem Körper entfernt werden.
Bei der Entfernung von 75 % des Arzneimittels aus dem Körper beträgt das C/C0-Verhältnis 0,25. In diesem Fall ist es praktisch, die Formel zu verwenden:
,
10. Die Geschwindigkeitskonstante der Saccharose-Hydrolysereaktion beträgt 2,31×10 – 3 h – 1 . Berechnung:
1) die Halbwertszeit der Reaktion;
2) die Zeit, in der 20 % der Saccharose hydrolysiert werden;
3) welcher Teil der Glukose wird nach 5 Tagen hydrolysiert?
1. Die Halbwertszeit beträgt:
2. Nachdem 20 % der Saccharose hydrolysiert wurden, beträgt das C/C0-Verhältnis 0,8. Somit:
3. Nach 5 Tagen (120 Stunden) beträgt das C/C0-Verhältnis:
Folglich wurden 24 % der Glucose hydrolysiert.
11. Bei einer Reaktion erster Ordnung werden in 30 Minuten 60 % der Ausgangsmenge des Stoffes umgesetzt. Bestimmen Sie, welcher Teil der Substanz nach 1 Stunde übrig bleibt.
1. Nach 30 Minuten beträgt die Menge der verbleibenden Substanz:
C 1 \u003d C 0 - 0,6 C 0 \u003d 0,4 × C 0.
d. h. das C 0 /C 1-Verhältnis beträgt 2,5.
2. Finden Sie die Reaktionsgeschwindigkeitskonstante:
3. Die nach 1 Stunde verbleibende Menge an Substanz C 2 wird durch die Formel bestimmt:
Somit sind nach 1 Stunde noch 16 % der ursprünglichen Substanz übrig.
Fragen zur Selbstkontrolle
1. Wie nennt man die Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion?
2. Wie nennt man die wahre Geschwindigkeit einer homogenen Reaktion?
3. Wie groß ist die Geschwindigkeit einer homogenen Reaktion?
4. Wie nennt man die Geschwindigkeit einer heterogenen Reaktion?
5. Wie groß ist die Geschwindigkeit einer heterogenen Reaktion?
6. Listen Sie die Faktoren auf, die die Reaktionsgeschwindigkeit beeinflussen.
7. Formulieren Sie das Massenwirkungsgesetz.
8. Welche physikalische Bedeutung hat die Reaktionsgeschwindigkeitskonstante? Wovon hängt die Geschwindigkeitskonstante einer Reaktion ab und wovon nicht?
9. Wie nennt man die Reaktionsordnung? Nennen Sie Beispiele für Reaktionsgleichungen nullter, erster, zweiter und dritter Ordnung.
10. Hängt die Dimension der Revon der Reihenfolge der Reaktion ab?
11. Wie nennt man die Molekularität der Reaktion?
13. Definieren Sie einfache und komplexe Reaktionen. Geben Sie eine Klassifizierung komplexer Reaktionen an.
14. Formulieren Sie die Van't-Hoff-Regel. Geben Sie einen mathematischen Ausdruck für die Van't-Hoff-Regel an.
15. Wie hängt die Reaktionsgeschwindigkeit von der Aktivierungsenergie ab? Schreiben Sie die Arrhenius-Gleichung.
16. Was ist ein aktivierter Komplex? Warum durchlaufen Reaktionen die Phasen der Bildung aktivierter Komplexe?
17. Was nennt man einen Katalysator? Homogene und heterogene Katalyse. Warum laufen Reaktionen in Gegenwart von Katalysatoren schneller ab?
18. Was ist enzymatische Katalyse? Schreiben Sie die Michaelis-Menten-Gleichung.
Varianten von Aufgaben zur eigenständigen Lösung
Option Nummer 1
1. Die Reaktion zwischen den Stoffen A und B wird durch die Gleichung 2A + B = C ausgedrückt und hat für Stoff A die zweite Ordnung und für Stoff B die erste. Die Anfangskonzentrationen der Stoffe sind: C 0 (A) = 0,4 mol/l; C 0 (B) \u003d 0,8 mol / l; k = 0,6. Ermitteln Sie die Anfangsgeschwindigkeit der Reaktion und die Geschwindigkeit nach einiger Zeit, wenn die Konzentration der Substanz A um 0,2 mol/l abnimmt.
2. Um wie viel Grad sollte die Temperatur erhöht werden, damit die Reaktionsgeschwindigkeit um das 64-fache steigt? Der Temperaturkoeffizient der Reaktionsgeschwindigkeit g beträgt 2.
a) wenn sich der Druck im System verdoppelt?
b) bei einer Vergrößerung des Gasvolumens um das Zweifache?
Option Nummer 2
1. Die Reaktion verläuft nach der Gleichung: A + B = C und hat im Stoff A und im Stoff B die erste Ordnung. Die Konzentration von A wurde von 2 auf 8 mol/l und die Konzentration von B von 3 auf erhöht 9 mol/l. Um wie viel erhöhte sich die Geschwindigkeit der Vorwärtsreaktion?
2. Bei 150 0 C endet die Reaktion in 10 Minuten. Berechnen Sie unter Annahme des Temperaturkoeffizienten g gleich 2, nach wie vielen Minuten die Reaktion bei 170 °C beendet gewesen wäre.
3. Die Reaktionsgeschwindigkeit wird durch die Gleichung ausgedrückt: 
Wie oft ändert sich die Reaktionsgeschwindigkeit, wenn die Konzentration der Ausgangsstoffe um das Dreifache erhöht wird?
Option Nummer 3
1. Die Reaktion wird durch die Gleichung ausgedrückt: A + B \u003d C und hat die erste Ordnung in Substanz A und in Substanz B. Bei Anfangskonzentrationen C 0 (A) \u003d 3 mol / l und C 0 (B) \ u003d 5 mol/l, die Geschwindigkeit der direkten Reaktion beträgt 0,3 mol/l×s. Bestimmen Sie die Geschwindigkeitskonstante und die Reaktionsgeschwindigkeit nach einiger Zeit, wenn die Konzentration von A um 2 mol/L abnimmt.
2. Wie oft erhöht sich die Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion bei einem Temperaturanstieg von 10 auf 70 0 C, wenn der Temperaturkoeffizient der Geschwindigkeit g 2 beträgt?
3. Die Reaktionsgeschwindigkeit A (tv) + 2B (Gas) = C (tv) wird durch die Gleichung ausgedrückt: 
Wie ändert sich die Reaktionsgeschwindigkeit, wenn die Konzentration von B verdoppelt wird?
Option Nummer 4
1. Die Reaktion verläuft nach der Gleichung: 2A + B \u003d 2C und hat die zweite Ordnung für Substanz A und die erste für Substanz B. Berechnen Sie die Geschwindigkeit der direkten Reaktion in dem Moment, in dem 40 % der Substanz B reagieren, wenn die Anfangskonzentrationen sind: C 0 (A) = 8 mol/l; C 0 (B) = 4 mol/l; k = 0,4.
2. Einige Reaktionen bei 100 0 C enden in 5 Minuten. Wie lange dauert es, bis bei 80 0 C Schluss ist, wenn der Temperaturkoeffizient der Geschwindigkeit g 3 ist?
3. Die Reaktionsgeschwindigkeit 3A + B = C wird durch die Gleichung ausgedrückt: 
Wie oft ändert sich die Geschwindigkeit der direkten Reaktion?
a) wenn sich die Konzentration der Substanz A verdoppelt?
b) bei gleichzeitiger Verringerung der Konzentration der Ausgangsstoffe um das 2-fache?
Option Nummer 5
1. Die Geschwindigkeit einer bestimmten Reaktion erhöhte sich bei einem Temperaturanstieg von 40 auf 70 0 C um das Achtfache. Bestimmen Sie den Wert von g.
2. Die Reaktion verläuft nach der Gleichung: A + 3B = 2C und hat die erste Ordnung für Stoff A und die zweite für Stoff B. Die Anfangskonzentrationen der Stoffe sind: C 0 (A) = 2 mol/l; C 0 (B) = 6 mol/l; k = 1. Berechnen Sie die anfängliche Geschwindigkeit der Hinreaktion und die Geschwindigkeit in dem Moment, in dem die Konzentration der Substanz A um 1 mol/l abgenommen hat. Wie verändert sich die Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion?
3. Wie ändern sich die Geschwindigkeiten der direkten und umgekehrten Reaktionen, die in der Gasphase ablaufen und den Gleichungen gehorchen:
Option Nummer 6
1. In einem geschlossenen Gefäß befindet sich ein Gasgemisch, bestehend aus 1 Mol A und 3 Mol B, das nach der Gleichung: A + 3B = 2C reagiert. Die Geschwindigkeit der direkten Reaktion wird durch die Gleichung beschrieben 
Wie oft nimmt die Geschwindigkeit der direkten Reaktion ab, nachdem 0,5 mol A reagiert haben?
2. Um wie viel Grad sollte die Temperatur erhöht werden, damit sich die Reaktionsgeschwindigkeit um das Neunfache erhöht, wenn der Temperaturkoeffizient der Geschwindigkeit g 3 beträgt?
3. Wie ändert sich die Geschwindigkeit der direkten Gasphasenreaktion: 2A = B, deren Größenordnung auf 0,5 geschätzt wird, bei einem isothermen Druckabfall im System um das Dreifache?
Option Nummer 7
1. Die Reaktion zwischen den Stoffen A und B verläuft nach der Gleichung: A + 2B = C und hat die erste Ordnung in Stoff A und in Stoff B. Die Anfangskonzentrationen der reagierenden Stoffe waren: C 0 (A) = 1,5 mol/l; C 0 (B) = 3 mol/l; k = 0,4. Berechnen Sie die Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion zu Beginn und nach einiger Zeit, wenn 75 % A reagiert haben.
2. Wie groß ist der Temperaturkoeffizient der Geschwindigkeit g, wenn bei einer Temperaturerhöhung um 30 0 C die Reaktionsgeschwindigkeit um das 27-fache steigt?
3. Wie ändern sich die Geschwindigkeiten der direkten und umgekehrten Reaktionen, die in der Gasphase ablaufen und den Gleichungen gehorchen:
mit einem isothermen Druckanstieg um das Zweifache?
Option Nummer 8
1. In einer 1-Liter-Lösung, die 1 Mol Substanz A und 2 Mol Substanz B enthält, läuft die Reaktion ab: A + 3B = 2C + D. Die direkte Reaktion hat die erste Ordnung in Substanz A und die zweite in Substanz B. Wie oft erhöht sich die Geschwindigkeit der direkten Abnahmereaktion nach 0,65 Mol der Substanz A?
2. Wenn die Temperatur von -5 auf +5 0 C steigt, erhöht sich die Geschwindigkeit der bakteriellen Hydrolyse (enzymatischer Prozess) um das Vierfache. Finden Sie den Wert des Temperaturkoeffizienten der Reaktionsgeschwindigkeit g.
3. Wie oft sollte die Konzentration der Substanz A im System 2A (Gas) = B (Gas) + C (Feststoff) erhöht werden, damit die Geschwindigkeit der direkten Reaktion, bei der es sich um eine Reaktion zweiter Ordnung handelt, um zunimmt 4 Mal?
Option Nummer 9
1. Die Reaktion verläuft nach der Gleichung: 2A + B = 2C und hat für Stoff A die zweite Ordnung und für Stoff B die erste Ordnung. Die Geschwindigkeit der direkten Reaktion beträgt 8 mol/l×s. Berechnen Sie die Geschwindigkeitskonstante und die Geschwindigkeit der direkten Reaktion in dem Moment, in dem 30 % der Substanz B reagieren, wenn die Anfangskonzentrationen sind: C 0 (A) = 2 mol/l; C 0 (B) \u003d 1 mol / l. Wie verändert sich die Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion?
2. Bei einer Temperaturerhöhung von 10 auf 50 0 C erhöhte sich die Reaktionsgeschwindigkeit um das 16-fache. Bestimmen Sie den Temperaturkoeffizienten der Geschwindigkeit g.
3. Die Reaktion verläuft nach der Gleichung: A + B = C + D + E und hat die erste Ordnung für Substanz A und null für Substanz B. Wie ändert sich die Geschwindigkeit der direkten Reaktion nach dreimaliger Verdünnung der Reaktionsmischung? ?
Option Nummer 10
1. Die Reaktion verläuft nach der Gleichung: A + 2B = AB 2 und hat die erste Ordnung in Substanz A und die zweite in Substanz B. Die Rebeträgt 0,01. Berechnen Sie die Reaktionsgeschwindigkeit bei Anfangskonzentrationen: C 0 (A) = 0,8 mol/l; C 0 (B) = 0,8 mol/l und die Reaktionsgeschwindigkeit zum Zeitpunkt der Bildung beträgt 0,2 mol/l der Substanz AB 2.
2. Wie oft erhöht sich die Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion bei einem Temperaturanstieg von 30 auf 60 0 C, wenn der Temperaturkoeffizient der Geschwindigkeit g 3 beträgt?
3. Die Halbwertszeit des Arzneimittels aus dem Körper des Patienten (Reaktion erster Ordnung) beträgt 6 Stunden. Bestimmen Sie die Zeit, in der sich der Gehalt des Arzneimittels im menschlichen Körper um das Achtfache verringert.
Optionsnummer 11
1. Die Reaktion verläuft nach der Gleichung: A + B = 2C und hat die erste Ordnung in Stoff A und in Stoff B. Die Anfangskonzentrationen der Stoffe betragen: C 0 (A) = 0,3 mol/l; C 0 (B) \u003d 0,5 mol / l; k = 0,1. Ermitteln Sie die anfängliche Reaktionsgeschwindigkeit und die Reaktionsgeschwindigkeit nach einiger Zeit, wenn die Konzentration A um 0,1 mol/l abnimmt.
2. Bei 100 0 C sind einige Reaktionen nach 16 Minuten beendet. Berechnen Sie unter Annahme des Temperaturkoeffizienten der Geschwindigkeit g gleich 2, in wie vielen Minuten die gleiche Reaktion bei 140 0 C geendet hätte?
3. Die Halbwertszeit des Arzneimittels aus dem Körper des Patienten (Reaktion erster Ordnung) beträgt 2 Stunden. Bestimmen Sie die Zeit, in der 99 % des Arzneimittels aus dem Körper entfernt werden.
Optionsnummer 12
1. Die Reaktion verläuft nach der Gleichung: A + 2B = C und hat die erste Ordnung für Stoff A und die zweite für Stoff B. Die Anfangskonzentrationen der Stoffe betragen: C 0 (A) = 0,9 mol/l; C 0 (B) \u003d 1,5 mol / l; k = 0,6. Ermitteln Sie die anfängliche Reaktionsgeschwindigkeit und die Geschwindigkeit nach einiger Zeit, wenn 50 % der Substanz A verbraucht wurden.
2. Wie groß ist der Temperaturkoeffizient der chemischen Reaktionsgeschwindigkeit g? , Wenn bei einem Temperaturanstieg um 30 0 C die Geschwindigkeit um das 27-fache steigt?
3. Die Halbwertszeit einiger Reaktionen erster Ordnung beträgt 30 Minuten. Berechnen Sie, welcher Teil der ursprünglichen Menge nach 1 Stunde übrig bleibt.
Optionsnummer 13
1. Die Reaktion verläuft nach der Gleichung: 2A + B = 2C und hat für Stoff A die zweite Ordnung und für Stoff B die erste Ordnung. Die Rebeträgt 5 × 10 – 2. Berechnen Sie die Reaktionsgeschwindigkeit bei Anfangskonzentrationen C 0 (A) = 0,4 mol/l; C 0 (B) \u003d 0,9 mol / l und die Reaktionsgeschwindigkeit zum Zeitpunkt der Bildung von 0,1 mol der Substanz C.
2. Bei einer Temperatur von 10 0 C läuft die Reaktion in 80 Minuten ab. Bei welcher Temperatur ist die Reaktion in 20 Minuten abgeschlossen, wenn der Temperaturkoeffizient der Geschwindigkeit g 2 beträgt?
3. Im Rahmen von Laboruntersuchungen wurde festgestellt, dass die Konzentration des Arzneimittels im Körper des Patienten tagsüber von 0,1 mol/l auf 0,02 mol/l abnahm. Berechnen Sie die Halbwertszeit des Arzneimittels unter der Annahme, dass diese Reaktion erster Ordnung ist.
Optionsnummer 14
1. In einem geschlossenen Gefäß mit einem Volumen von 1 l befindet sich ein Gasgemisch, bestehend aus 1 Mol Gas A und 3 Mol Gas B, das nach der Gleichung: A + 3B = 2C reagiert. Die direkte Reaktion hat in Stoff A die erste Ordnung und in Stoff B die zweite Ordnung. Wie ändert sich die Geschwindigkeit der direkten Reaktion, nachdem 0,5 Mol Gas A reagiert haben?
2. Mit einer Erhöhung der Systemtemperatur von 10 auf 50 0 C erhöhte sich die Geschwindigkeit der chemischen Reaktion um das 16-fache. Bestimmen Sie den Temperaturkoeffizienten der Reaktionsgeschwindigkeit g .
3. Beim Unfall im Kernkraftwerk Tschernobyl (1986) wurde das Radionuklid Cs-137 freigesetzt, dessen Halbwertszeit 30 Jahre beträgt. Berechnen Sie, welcher Teil des in den Körper gelangten Radionuklids zum jetzigen Zeitpunkt verblieben ist.
Optionsnummer 15
1. Die Reaktion verläuft nach der Gleichung: A + B = C hat die erste Ordnung in Stoff A und in Stoff B. Bei Anfangskonzentrationen der Stoffe C 0 (A) = 0,6 mol/l; C 0 (B) = 0,8 mol/l, die Reaktionsgeschwindigkeit beträgt 0,03 mol/l×s. Bestimmen Sie die Geschwindigkeitskonstante und die Reaktionsgeschwindigkeit nach einiger Zeit, wenn die Konzentration der Substanz A um 0,3 mol/l abnimmt.
2. Die Reaktionsgeschwindigkeit bei 0 0 C beträgt 1 mol/l×s. Berechnen Sie die Geschwindigkeit dieser Reaktion bei 30 0 C, wenn der Temperaturkoeffizient der Reaktionsgeschwindigkeit 3 beträgt.
3. Die Geschwindigkeitskonstante der Pestizidhydrolyse bei 25 °C beträgt 0,32 s – 1 . Die anfängliche Konzentration des Pestizids in der Probe betrug 2,5 mol/l. Berechnen Sie die Zeit, die benötigt wird, bis die Pestizidkonzentration auf 0,01 mol/L abfällt.
Optionsnummer 16
1. Die Zersetzungsreaktion verläuft nach der Gleichung: 2A = 2B + C und hat in Stoff A die zweite Ordnung. Die Geschwindigkeitskonstante dieser Reaktion bei 200 0 C beträgt 0,05. Anfangskonzentration С(A) = 2 mol/l. Bestimmen Sie die Reaktionsgeschwindigkeit bei der angegebenen Temperatur im Anfangsmoment und in dem Moment, in dem sich 80 % der Substanz A zersetzt haben.
2. Wie ändert sich die Geschwindigkeit der direkten Reaktion: 2A (tv) + 3B (Gas) = 2C (tv), was für Substanz A eine nullte Ordnung und für Substanz B eine dritte Ordnung hat, wenn der Druck im System gleich ist um das Dreifache erhöht?
3. Im Verlauf einer Reaktion erster Ordnung werden innerhalb von 45 Minuten 20 % der ursprünglichen Stoffmenge umgewandelt. Bestimmen Sie, welcher Teil der Substanz nach 1,5 Stunden übrig bleibt.
Optionsnummer 17
1. Die Wechselwirkung von Gasen verläuft nach der Gleichung: A + 2B \u003d 2C und hat die erste Ordnung in Bezug auf Stoff A und die zweite in Bezug auf Stoff B. Die Anfangskonzentrationen von Gasen sind: C 0 (A) \ u003d 2 mol/l; C 0 (B) = 4 mol/l; k = 0,02. Berechnen Sie die Geschwindigkeit der direkten Reaktion zu Beginn und nach einiger Zeit, wenn 50 % der Substanz A reagiert haben.
2. Bei 20 0 C läuft die Reaktion in 2 Minuten ab. Wie lange dauert die gleiche Reaktion bei 0 0 C, wenn g = 2?
3. Ameisensäure zerfällt auf der Goldoberfläche in Kohlenmonoxid (IV) und Wasserstoff. Die Geschwindigkeitskonstante dieser Reaktion beträgt bei 140 °C 5,5 × 10 – 4 min –1 und bei 185 °C 9,2 × 10 – 3 min –1 . Bestimmen Sie die Aktivierungsenergie dieser Reaktion.
Optionsnummer 18
1. Die Reaktion verläuft nach der Gleichung: 2A + B = 2C und hat im Stoff A und im Stoff B die erste Ordnung. Die Reaktionsgeschwindigkeit beträgt 0,5 mol/l×s. Die Ausgangskonzentrationen der Stoffe sind gleich: С(A) = 6 mol/l; C(B) = 3 mol/l. Bestimmen Sie die Geschwindigkeitskonstante dieser Reaktion und die Reaktionsgeschwindigkeit nach einiger Zeit, wenn die Konzentration der Substanz B um 1 mol/l abnimmt.
2. Bei 20 0 C läuft die Reaktion in 2 Minuten ab. Wie lange dauert die gleiche Reaktion bei 50 0 C, wenn g = 2?
3. Die Geschwindigkeitskonstante der Rohrzucker-Inversionsreaktion beträgt bei 25 °C 9,67×10 – 3 min –1 und bei 40 °C 73,4 × 10 – 3 min –1 . Bestimmen Sie die Aktivierungsenergie dieser Reaktion im angegebenen Temperaturbereich.
Kontrollieren Sie Fragen und Aufgaben
1. Die Geschwindigkeit chemischer Reaktionen, die Differenz zwischen der Durchschnittsgeschwindigkeit und der Momentangeschwindigkeit.
2. Schreiben Sie den mathematischen Ausdruck des Massenwirkungsgesetzes für chemische Reaktionen auf:
2A + B = A 2 B
4Fe + 3O 2 \u003d 2Fe 2 O 3
3. Abhängigkeit der Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion von der Art der Reaktanten, von der Temperatur. Van't Hoffs Gesetz, Arrhenius-Gleichung. Homogene und heterogene Katalyse. Beispiele. Der Wirkungsmechanismus des Katalysators. Die Aktivierungsenergie einer chemischen Reaktion.
4. Die Geschwindigkeitskonstante der Reaktion A + 2B \u003d AB 2 beträgt 2 · 10 -3 l / (mol s). Berechnen Sie seine Geschwindigkeit im Anfangsmoment, wenn C A = C B = 0,4 mol/l und nach einiger Zeit. Zu diesem Zeitpunkt betrug die Konzentration der Substanz AB 2 0,1 mol/L.
5. Verbrennung von Methan in Sauerstoff, wenn die Sauerstoffkonzentration um das Fünffache erhöht wird?
6. Die chemische Reaktion verläuft gemäß der Gleichung A + B \u003d C. Zum Anfangszeitpunkt beträgt C A \u003d 2,7 mol/l, C B \u003d 2,5 mol/l. Nach 0,5 Stunden nahm die Konzentration der Substanz A ab und betrug C A = 2,5 mol/l. Berechnen Sie die Konzentration der Stoffe B und C bis zu diesem Zeitpunkt und die Durchschnittsgeschwindigkeit im angegebenen Zeitraum.
7. Wie oft sollte der Druck erhöht werden, damit sich die Geschwindigkeit der chemischen Reaktion 2NO 2 + O 2 = 2NO 2 um das 1000-fache erhöht?
8. Wie oft ändert sich die Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion, wenn die Temperatur von 70 auf 30 °C sinkt, wenn der Temperaturkoeffizient 3 beträgt?
9. Um wie viel Grad sollte die Temperatur erhöht werden, damit sich die Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion um das 81-fache erhöht? Der Temperaturkoeffizient der Reaktionsgeschwindigkeit beträgt 3?
10. Berechnen Sie den Temperaturkoeffizienten einer bestimmten chemischen Reaktion, wenn bei einem Temperaturanstieg von 10 auf 50 0 С die Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion um das 16-fache zunimmt.
Beispiele für das Erledigen von Aufgaben
Beispiel 1 Schreiben Sie einen mathematischen Ausdruck für das Massenwirkungsgesetz für die folgenden chemischen Reaktionen:
Antwort. Bei Reaktion (1) hängt die Geschwindigkeit nur von der SO 2 -Konzentration ab, bei Reaktion (2) hängt sie nur von der H 2 -Konzentration ab.
Beispiel 2 Wie verändert sich die Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion?
4Al (c) + 3O 2 (g) = 2Al 2 O 3 (c),
wenn die Sauerstoffkonzentration um das Dreifache erhöht wird?
Lösung
1. Wir schreiben den Ausdruck für die Abhängigkeit der Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion von der Konzentration der Reaktanten auf: V 1 = k 3.
2. Bei einer Erhöhung der Sauerstoffkonzentration um das Dreifache erhöht sich auch die Geschwindigkeit der chemischen Reaktion: V 2 \u003d k 3.
V 2 / V 1 = ¾¾¾¾¾¾¾¾ = 27
Antwort. Bei einer Erhöhung der Sauerstoffkonzentration um das Dreifache erhöht sich die Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion um das 27-fache.
Beispiel 3 Wie verändert sich die Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion?
2Al (c) + 3Cl 2 (g) = 2AlCl 3 (c)
wenn der Druck verdoppelt wird?
Lösung.
1. Wir schreiben den Ausdruck für die Abhängigkeit der Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion von der Konzentration der Reaktanten auf: V 1 = k 3.
2. Wenn sich der Druck verdoppelt, verdoppelt sich auch die Chlorkonzentration. Daher ist V 2 = k 3 .
3. Die Änderung der Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion ist
V 2 / V 1 = ¾¾¾¾¾¾¾ = 8
Antwort. Bei einer Druckerhöhung um das Zweifache erhöht sich die Geschwindigkeit dieser chemischen Reaktion um das Achtfache.
Beispiel 4 Der Temperaturkoeffizient der Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion beträgt 2,5. Wie ändert sich seine Geschwindigkeit a) mit einer Erhöhung der Temperatur der Reaktionsmischung von 60 auf 100 °C; b) wenn die Temperatur von 50 auf 30 °C sinkt.
Lösung
1. Die Abhängigkeit der Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion von der Temperatur wird durch die Van't-Hoff-Regel bestimmt. Sein mathematischer Ausdruck:
V 2 = V 1 γ (t2 – t1) / 10 .
Daher ist a) V 2 / V 1 = 2,5 (100-60) / 10 = 2,5 4 = 39,06;
b) V 2 / V 1 \u003d 2,5 (30-50) / 10 \u003d 2,5 -2 \u003d 1 / 6,25 \u003d 0,16.
Antwort. Bei einem Temperaturanstieg um 40° erhöht sich die Geschwindigkeit dieser Reaktion um das 39,06-fache, bei einem Temperaturabfall um 20° verringert sich die Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion um das 6,25-fache und beträgt nur noch das 0,16-fache der Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion eine Temperatur von 50°C.
Thema. Chemisches Gleichgewicht
Kontrollieren Sie Fragen und Aufgaben
1. Reversible und irreversible chemische Reaktionen. Nenne Beispiele. Die Hauptzeichen der Irreversibilität von Reaktionen. Falsches chemisches Gleichgewicht.
2. Das Massenwirkungsgesetz für reversible chemische Reaktionen. Die physikalische Bedeutung der chemischen Gleichgewichtskonstante.
3. Schreiben Sie den Ausdruck für die chemische Gleichgewichtskonstante für die folgenden chemischen Reaktionen auf:
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. Das Prinzip von Le Chatelier. Nenne Beispiele.
5. Wie wirkt sich eine Druckerhöhung auf die Verschiebung des chemischen Gleichgewichts bei folgenden Reaktionen aus:
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. In Richtung einer direkten oder umgekehrten Reaktion verschiebt sich das chemische Gleichgewicht bei folgenden Reaktionen mit sinkender Temperatur:
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. Durch welche Faktoren kann das chemische Gleichgewicht in Richtung einer direkten Reaktion verschoben werden:
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. Das chemische Gleichgewicht in der Reaktion 2SO 2 (g) + O 2 (g) = 2SO 3 (g) wurde bei den folgenden Konzentrationen der Reaktanten eingestellt: = 0,2 mol/l, = 0,05 mol/l, = 0,09 mol/l. Wie ändert sich die Geschwindigkeit der Hinreaktion bzw. die Geschwindigkeit der Rückreaktion, wenn das Volumen des Gasgemisches um das Dreifache reduziert wird?
9. Berechnen Sie die Gleichgewichtskonzentration von Wasserstoff und Chlor in einer chemischen Reaktion: H 2 (g) + Cl 2 (g) = 2HCl (g), wenn die Anfangskonzentrationen von C (H 2) = 0,5 mol/l, C (Cl 2) = 1,5 mol/l und die Gleichgewichtskonzentration von Chlorwasserstoff = 0,8 mol/l. Berechnen Sie die chemische Gleichgewichtskonstante.
10. Bei einer bestimmten Temperatur ist die Zusammensetzung der Gleichgewichtsmischung wie folgt: m (CO) = 11,2 g, m (Cl 2) = 14,2 g, m (COCl 2) = 19,8 g, sein Volumen beträgt 10 Liter. Berechnen Sie die Gleichgewichtskonstante der chemischen Reaktion CO(g) + Cl 2 (g) COCl 2 (g)
Beispiele für das Erledigen von Aufgaben
Beispiel 1 Schreiben Sie einen mathematischen Ausdruck für die chemische Gleichgewichtskonstante der Reaktion Ca 3 N 2 (c) + 6H 2 O (g) = 3Ca (OH) 2 (c) + 2NH 3 (g).
Lösung. Der mathematische Ausdruck für die chemische Gleichgewichtskonstante (das Massenwirkungsgesetz für reversible Reaktionen) berücksichtigt nicht die Beteiligung von Stoffen in der festen und flüssigen Phase. Somit,
Antwort. Die Gleichgewichtskonstante wird durch das Verhältnis der Gleichgewichtskonzentrationen von Ammoniak und Wasser in der Gasphase bestimmt.
Beispiel 2 Berechnen Sie für die Reaktion CoO (c) + CO (g) = Co (c) + CO 2 (g) die chemische Gleichgewichtskonstante. Wenn zum Zeitpunkt des Gleichgewichts 80 % CO reagiert haben, beträgt die Anfangskonzentration von CO 1,88 mol/l.
Lösung
1. Mathematischer Ausdruck für die chemische Gleichgewichtskonstante Kc = /.
2. Gleichgewichtskonzentrationen von CO und CO 2 . Die Gleichgewichtskonzentration von CO wird geringer sein als die anfängliche (ein Teil der Substanz – 80 % – ist eine chemische Reaktion eingegangen:
[CO] = C (CO) ref. – C(CO)-Proreag. \u003d 1,88 - (1,88 80) / 100 \u003d
0,376 mol/l.
Die Gleichgewichtskonzentration von CO 2 beträgt:
[CO 2 ] \u003d C (CO) proreact. \u003d (1,88 80) / 100 \u003d 1,504 mol / l.
3. Im mathematischen Ausdruck für die chemische Gleichgewichtskonstante ersetzen wir die Werte der Gleichgewichtskonzentrationen von CO und CO 2:
Kc \u003d 1,504 / 0,376 \u003d 4.
Antwort. Die chemische Gleichgewichtskonstante dieser Reaktion beträgt 4; was darauf hinweist, dass zu diesem Zeitpunkt die Geschwindigkeit der Hinreaktion viermal höher ist als die Geschwindigkeit der Rückreaktion.
Beispiel 3 In welche Richtung verschiebt sich das chemische Gleichgewicht der Reaktion 2NiO (c) + CO 2 (g) + H 2 O (g) = (NiOH) 2 CO 3 (c) DH o?< 0
a) bei Druckerhöhung, b) bei Temperaturerhöhung? Schlagen Sie eine optimale Änderung der thermodynamischen Parameter T und P vor, um die Ausbeute des Reaktionsprodukts zu erhöhen.
Lösung
1. Gemäß dem Le-Chatelier-Prinzip verschiebt eine Druckerhöhung das Gleichgewicht einer chemischen Reaktion in eine Richtung, die mit einer Verringerung des Volumens des Reaktionssystems einhergeht. Mit zunehmendem Druck verschiebt sich das Gleichgewicht dieser Reaktion nach rechts (die Geschwindigkeit der Hinreaktion ist höher als die der Rückreaktion).
2. Gemäß dem Le-Chatelier-Prinzip verschiebt eine Temperaturerhöhung das chemische Gleichgewicht in Richtung einer endothermen Reaktion. Daher verschiebt sich das Gleichgewicht dieser Reaktion mit steigender Temperatur nach links (die Geschwindigkeit der Rückreaktion ist höher als die der Vorwärtsreaktion).
3. Um die Ausbeute des chemischen Reaktionsprodukts der Bildung von Nickel(II)-hydroxocarbonat zu erhöhen, erhöhen Sie den Druck und senken Sie die Temperatur.
Beispiel 4 Schreiben Sie einen Ausdruck für die chemische Gleichgewichtskonstante der Reaktion:
MgO (c) + H 2 (g) = Mg (c) + H 2 O (g).
Beeinflusst ein Druckanstieg die Verschiebung des chemischen Gleichgewichts?
Lösung. Für heterogene Reaktionen im Ausdruck für die Geschwindigkeit.
1. Grundbegriffe und Postulate der chemischen Kinetik
Die chemische Kinetik ist ein Zweig der physikalischen Chemie, der die Geschwindigkeit chemischer Reaktionen untersucht. Die Hauptaufgaben der chemischen Kinetik sind: 1) Berechnung von Reaktionsgeschwindigkeiten und Bestimmung kinetischer Kurven, d.h. die Abhängigkeit der Konzentrationen der Reaktanten von der Zeit ( direkte Aufgabe); 2) Bestimmung von Reaktionsmechanismen aus kinetischen Kurven ( inverses Problem).
Die Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion beschreibt die Änderung der Konzentrationen der Reaktanten pro Zeiteinheit. Zur Reaktion
A A+ B B+... D D+ e E+...
Die Reaktionsgeschwindigkeit ist wie folgt definiert:
wobei eckige Klammern die Konzentration eines Stoffes angeben (normalerweise gemessen in mol/l), T- Zeit; A, B, D, e- stöchiometrische Koeffizienten in der Reaktionsgleichung.
Die Reaktionsgeschwindigkeit hängt von der Art der Reaktanten, ihrer Konzentration, Temperatur und der Anwesenheit eines Katalysators ab. Die Abhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit von der Konzentration wird durch das Grundpostulat der chemischen Kinetik beschrieben - Gesetz der wirkenden Massen:
Die Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion zu jedem Zeitpunkt ist proportional zu den aktuellen Konzentrationen der Reaktanten, erhöht auf einige Potenzen:
,
Wo k- Geschwindigkeitskonstante (unabhängig von der Konzentration); X, j- einige Nummern, die angerufen werden Reihenfolge der Reaktion von Stoffen A bzw. B. Diese Zahlen haben im Allgemeinen nichts mit den Koeffizienten zu tun A Und B in der Reaktionsgleichung. Summe der Exponenten X+ j angerufen allgemeine Reaktionsordnung. Die Reihenfolge der Reaktion kann positiv oder negativ, ganzzahlig oder gebrochen sein.
Die meisten chemischen Reaktionen bestehen aus mehreren Stufen, sogenannten Elementarreaktionen. Unter einer Elementarreaktion wird üblicherweise ein einzelner Vorgang der Bildung oder Spaltung einer chemischen Bindung verstanden, der über die Bildung eines Übergangskomplexes verläuft. Die Anzahl der an einer Elementarreaktion beteiligten Teilchen nennt man Molekularität Reaktionen. Es gibt nur drei Arten von Elementarreaktionen: monomolekular (A B + ...), bimolekular (A + B D + ...) und trimolekular (2A + B D + ...). Bei Elementarreaktionen ist die allgemeine Ordnung gleich der Molekularität und die Ordnungen in Bezug auf die Stoffe sind gleich den Koeffizienten in der Reaktionsgleichung.
BEISPIELE
Beispiel 1-1. Die Geschwindigkeit der NO-Bildung in der Reaktion 2NOBr (g) 2NO (g) + Br 2(g) beträgt 1,6 . 10 -4 mol/(l.s). Wie hoch sind die Reaktionsgeschwindigkeit und die NOBr-Verbrauchsrate?
Lösung. Per Definition ist die Geschwindigkeit einer Reaktion:
Maulwurf / (l. s).
Aus derselben Definition folgt, dass die Verbrauchsrate von NOBr gleich der Bildungsrate von NO mit umgekehrtem Vorzeichen ist:
mol / (l. s).
Beispiel 1-2. Bei der Reaktion 2. Ordnung A + B D betragen die Anfangskonzentrationen der Stoffe A und B 2,0 mol/l bzw. 3,0 mol/l. Die Reaktionsgeschwindigkeit beträgt 1,2. 10 -3 mol/(l.s) bei [A] = 1,5 mol/l. Berechnen Sie die Geschwindigkeitskonstante und die Reaktionsgeschwindigkeit bei [B] = 1,5 mol/l.
Lösung. Nach dem Massenwirkungsgesetz beträgt die Reaktionsgeschwindigkeit zu jedem Zeitpunkt:
.
Zu dem Zeitpunkt, an dem [A] = 1,5 mol/l ist, haben 0,5 mol/l der Stoffe A und B reagiert, also [B] = 3 – 0,5 = 2,5 mol/l. Die Geschwindigkeitskonstante ist:
L/(Mol. s).
Zu dem Zeitpunkt, als [B] = 1,5 mol/l, hatten 1,5 mol/l der Stoffe A und B reagiert, also [A] = 2 – 1,5 = 0,5 mol/l. Die Reaktionsgeschwindigkeit beträgt:
Maulwurf / (l. s).
AUFGABEN
1-1. Wie wird die Reaktionsgeschwindigkeit der Ammoniaksynthese 1/2 N 2 + 3/2 H 2 = NH 3 durch die Konzentrationen von Stickstoff und Wasserstoff ausgedrückt? (Antwort)
1-2. Wie ändert sich die Geschwindigkeit der Ammoniaksynthesereaktion 1/2 N 2 + 3/2 H 2 = NH 3, wenn die Reaktionsgleichung als N 2 + 3H 2 = 2NH 3 geschrieben wird? (Antwort)
1-3. Wie ist die Reihenfolge der Elementarreaktionen: a) Cl + H 2 = HCl + H; b) 2NO + Cl 2 = 2NOCl? (Antwort)
1-4. Welcher der folgenden Werte kann a) negativ sein; b) Bruchwerte: Reaktionsgeschwindigkeit, Reaktionsordnung, Reaktionsmolekularität, Geschwindigkeitskonstante, stöchiometrischer Koeffizient? (Antwort)
1-5. Hängt die Geschwindigkeit einer Reaktion von der Konzentration der Reaktionsprodukte ab? (Antwort)
1-6. Wie oft erhöht sich die Geschwindigkeit der Gasphasen-Elementarreaktion A = 2D bei einer dreifachen Druckerhöhung? (Antwort)
1-7. Bestimmen Sie die Reihenfolge der Reaktion, wenn die Geschwindigkeitskonstante die Dimension l 2 / (mol 2. s) hat. (Antwort)
1-8. Die Geschwindigkeitskonstante der Gasreaktion 2. Ordnung bei 25 °C beträgt 10 3 l/(Mol. s). Was ist diese Konstante, wenn die kinetische Gleichung als Druck in Atmosphären ausgedrückt wird? (Antwort)
1-9. Für Gasphasenreaktionen N-te Ordnung nA B drücken die Bildungsrate von B in Form des Gesamtdrucks aus. (Antwort)
1-10. Die Geschwindigkeitskonstanten der Hin- und Rückreaktion betragen 2,2 und 3,8 L/(mol s). Durch welchen der folgenden Mechanismen können diese Reaktionen ablaufen: a) A + B = D; b) A + B = 2D; c) A = B + D; d) 2A = B. (Antwort)
1-11. Die Zersetzungsreaktion 2HI H 2 + I 2 hat die 2. Ordnung mit einer Geschwindigkeitskonstanten k= 5,95 . 10 -6 l/(mol. s). Berechnen Sie die Reaktionsgeschwindigkeit bei einem Druck von 1 atm und einer Temperatur von 600 K. (Lösung)
1-12. Die Geschwindigkeit der Reaktion 2. Ordnung A + B D beträgt 2,7. 10 -7 mol/(l. s) bei Konzentrationen der Stoffe A bzw. B 3,0. 10 -3 mol/l und 2,0 mol/l. Berechnen Sie die Geschwindigkeitskonstante. (Antwort)
1-13. Bei der Reaktion 2. Ordnung A + B 2D betragen die Anfangskonzentrationen der Stoffe A und B jeweils 1,5 mol/L. Die Reaktionsgeschwindigkeit beträgt 2,0. 10 -4 mol/(l.s) bei [A] = 1,0 mol/l. Berechnen Sie die Geschwindigkeitskonstante und die Reaktionsgeschwindigkeit bei [B] = 0,2 mol/L. (Antwort)
1-14. Bei der Reaktion 2. Ordnung A + B 2D betragen die Anfangskonzentrationen der Stoffe A und B 0,5 bzw. 2,5 mol/L. Wie oft ist die Reaktionsgeschwindigkeit bei [A] = 0,1 mol/l geringer als die Anfangsgeschwindigkeit? (Antwort)
1-15. Die Geschwindigkeit der Gasphasenreaktion wird durch die Gleichung beschrieben w = k. [A] 2 . [B]. Bei welchem Verhältnis zwischen den Konzentrationen A und B ist die anfängliche Reaktionsgeschwindigkeit bei einem festen Gesamtdruck maximal? (Antwort)
2. Kinetik einfacher Reaktionen
In diesem Abschnitt werden wir basierend auf dem Massenwirkungsgesetz kinetische Gleichungen für irreversible Reaktionen ganzzahliger Ordnung aufstellen und lösen.
Reaktionen 0. Ordnung. Die Geschwindigkeit dieser Reaktionen hängt nicht von der Konzentration ab:
,
wobei [A] die Konzentration der Ausgangssubstanz ist. Nullte Ordnung tritt bei heterogenen und photochemischen Reaktionen auf.
Reaktionen 1. Ordnung. Bei Reaktionen vom Typ A B ist die Geschwindigkeit direkt proportional zur Konzentration:
.
Bei der Lösung kinetischer Gleichungen wird häufig die folgende Notation verwendet: Anfangskonzentration [A] 0 = A, aktuelle Konzentration [A] = A - X(T), Wo X(T) ist die Konzentration der umgesetzten Substanz A. In diesen Notationen hat die kinetische Gleichung für die Reaktion 1. Ordnung und ihre Lösung die Form:
Die Lösung der kinetischen Gleichung wird auch in einer anderen Form geschrieben, die für die Analyse der Reaktionsordnung geeignet ist:
.
Die Zeit, die die Hälfte der Substanz A zum Zerfall benötigt, wird als Halbwertszeit t 1/2 bezeichnet. Es wird durch die Gleichung definiert X(t 1/2) = A/2 und gleich
Reaktionen 2. Ordnung. Bei Reaktionen vom Typ A + B D + ... ist die Geschwindigkeit direkt proportional zum Produkt der Konzentrationen:
.
Anfangskonzentrationen der Stoffe: [A] 0 = A, [B] 0 = B; aktuelle Konzentrationen: [A] = A- X(T), [B] = B - X(T).
Bei der Lösung dieser Gleichung werden zwei Fälle unterschieden.
1) gleiche Ausgangskonzentrationen der Stoffe A und B: A = B. Die kinetische Gleichung hat die Form:
.
Die Lösung dieser Gleichung wird in verschiedenen Formen geschrieben:
Die Halbwertszeit der Stoffe A und B ist gleich und beträgt:
2) Die Ausgangskonzentrationen der Stoffe A und B sind unterschiedlich: A
B. Die kinetische Gleichung hat die Form: 
.
Die Lösung dieser Gleichung kann wie folgt geschrieben werden:
Die Halbwertszeiten der Stoffe A und B sind unterschiedlich: 
.
Reaktionen n-ter Ordnung N A D + ... Die kinetische Gleichung hat die Form:
.
Lösung der kinetischen Gleichung:
. (2.1)
Die Halbwertszeit von Substanz A ist umgekehrt proportional zu ( N-1)-ter Grad der Anfangskonzentration:
. (2.2)
Beispiel 2-1. Die Halbwertszeit des radioaktiven Isotops 14 C beträgt 5730 Jahre. Bei archäologischen Ausgrabungen wurde ein Baum gefunden, dessen Gehalt an 14 C 72 % des Normalwerts beträgt. Wie alt ist der Baum?
Lösung. Radioaktiver Zerfall ist eine Reaktion 1. Ordnung. Die Geschwindigkeitskonstante ist:
Die Lebensdauer eines Baumes kann aus der Lösung der kinetischen Gleichung unter Berücksichtigung der Tatsache ermittelt werden, dass [A] = 0,72. [A]0:
Beispiel 2-2. Es wurde festgestellt, dass die Reaktion 2. Ordnung (ein Reagenz) bei einer anfänglichen Reagenzkonzentration von 0,24 M in 92 Minuten zu 75 % abgeschlossen ist. Wie lange dauert es, bis die Reagenzkonzentration unter den gleichen Bedingungen 0,16 M erreicht?
Lösung. Wir schreiben die doppelte Lösung der kinetischen Gleichung für eine Reaktion 2. Ordnung mit einem Reagens:
,
wo vereinbarungsgemäß A= 0,24M, T 1 = 92 Minuten, X 1 = 0,75 . 0,24=0,18M, X 2 = 0,24 - 0,16 = 0,08 M. Teilen wir eine Gleichung durch eine andere:
Beispiel 2-3. Für eine elementare Reaktion N A B bezeichnen die Halbwertszeit von A bis t 1/2 und die Abklingzeit von A um 75 % – bis t 3/4 . Beweisen Sie, dass das Verhältnis t 3/4 / t 1/2 nicht von der Anfangskonzentration abhängt, sondern nur durch die Reaktionsordnung bestimmt wird N.Lösung. Wir schreiben die doppelte Lösung der kinetischen Gleichung für die Reaktion N-te Ordnung mit einem Reagenz:
und teile einen Ausdruck durch einen anderen. Konstanten k Und A aus beiden Ausdrücken wird gelöscht, und wir erhalten:
.
Dieses Ergebnis lässt sich verallgemeinern, indem man beweist, dass das Verhältnis der Zeiten, für die der Umwandlungsgrad a und b ist, nur von der Reihenfolge der Reaktion abhängt:
.
AUFGABEN
2-1. Beweisen Sie anhand der Lösung der kinetischen Gleichung, dass für Reaktionen 1. Ordnung die Zeit t X, für den der Umwandlungsgrad des Ausgangsstoffs erreicht wird X, hängt nicht von der Anfangskonzentration ab. (Antwort)2-2. Die Reaktion erster Ordnung verläuft in 7 Minuten um 30 %. Wie lange wird es dauern, bis die Reaktion zu 99 % abgeschlossen ist? (Antwort)
2-3. Die Halbwertszeit des radioaktiven Isotops 137 Cs, das durch den Unfall von Tschernobyl in die Atmosphäre gelangte, beträgt 29,7 Jahre. Nach welcher Zeit wird die Menge dieses Isotops weniger als 1 % des Originals betragen? (Antwort)
2-4. Die Halbwertszeit des radioaktiven Isotops 90 Sr, das bei Atomtests in die Atmosphäre gelangt, beträgt 28,1 Jahre. Nehmen wir an, dass der Körper eines Neugeborenen 1,00 mg dieses Isotops aufgenommen hat. Wie viel Strontium verbleibt nach a) 18 Jahren, b) 70 Jahren im Körper, wenn wir davon ausgehen, dass es nicht aus dem Körper ausgeschieden wird? (Antwort)
2-5. Die Geschwindigkeitskonstante für die Reaktion erster Ordnung SO 2 Cl 2 = SO 2 + Cl 2 beträgt 2,2. 10 -5 s -1 bei 320 o C. Wie viel Prozent SO 2 Cl 2 zersetzt sich, wenn es 2 Stunden lang bei dieser Temperatur gehalten wird? (Antwort)
2-6. Re1. Ordnung
2N 2 O 5 (g) 4NO 2 (g) + O 2 (g)
bei 25 °C beträgt er 3,38. 10 -5 s -1 . Wie lang ist die Halbwertszeit von N 2 O 5 ? Wie hoch wird der Druck im System nach a) 10 s, b) 10 min sein, wenn der Anfangsdruck 500 mm Hg betrug? Kunst. (Antwort)
2-7. Die Reaktion erster Ordnung wird mit unterschiedlichen Mengen an Ausgangsmaterial durchgeführt. Schneiden sich die Tangenten an die Anfangsteile der kinetischen Kurven in einem Punkt auf der x-Achse? Erklären Sie die Antwort. (Antwort)
2-8. Die Reaktion erster Ordnung A 2B läuft in der Gasphase ab. Der Anfangsdruck beträgt P 0 (B fehlt). Finden Sie die Abhängigkeit des Gesamtdrucks von der Zeit. Nach welcher Zeit steigt der Druck um das 1,5-fache im Vergleich zum ursprünglichen Druck? Wie groß ist die Reaktion zu diesem Zeitpunkt? (Antwort)
2-9. Die Reaktion zweiter Ordnung 2A B läuft in der Gasphase ab. Der Anfangsdruck beträgt P 0 (B fehlt). Finden Sie die Abhängigkeit des Gesamtdrucks von der Zeit. Nach welcher Zeit sinkt der Druck um das 1,5-fache im Vergleich zum ursprünglichen Druck? Wie groß ist die Reaktion zu diesem Zeitpunkt? (Antwort)
2-10. Stoff A wurde mit den Stoffen B und C in gleichen Konzentrationen von 1 mol/l gemischt. Nach 1000 s verbleiben 50 % der Substanz A. Wie viel Substanz A bleibt nach 2000 s übrig, wenn die Reaktion a) null, b) erste, c) zweite, c) dritte allgemeine Ordnung aufweist? (Antwort)
2-11. Welche der Reaktionen – erster, zweiter oder dritter Ordnung – endet schneller, wenn die Anfangskonzentrationen der Stoffe 1 mol/l betragen und alle Geschwindigkeitskonstanten, ausgedrückt in mol/l und s, gleich 1 sind? (Antwort)
2-12. Reaktion
CH 3 CH 2 NO 2 + OH - H 2 O + CH 3 CHNO 2 -
hat zweite Ordnung und eine Geschwindigkeitskonstante k= 39,1 l/(mol. min) bei 0 °C. Es wurde eine Lösung hergestellt, die 0,004 M Nitroethan und 0,005 M NaOH enthielt. Wie lange dauert es, bis 90 % Nitroethan reagiert?
2-13. Die Geschwindigkeitskonstante für die Rekombination von H+- und FG- (Phenylglyoxinat)-Ionen zu einem UFH-Molekül bei 298 K beträgt k= 10 11,59 l/(Mol. s). Berechnen Sie die Zeit, in der die Reaktion zu 99,999 % abgelaufen ist, wenn die Anfangskonzentrationen beider Ionen 0,001 mol/l betragen. (Antwort)
2-14. Die Oxidationsrate von Butanol-1 mit hypochloriger Säure hängt nicht von der Alkoholkonzentration ab und ist proportional zu 2 . Wie lange dauert es, bis die Oxidationsreaktion bei 298 K 90 % erreicht, wenn die Ausgangslösung 0,1 mol/l HClO und 1 mol/l Alkohol enthält? Die Reist k= 24 l/(Mol.min). (Antwort)
2-15. Bei einer bestimmten Temperatur wird eine 0,01 M Lösung von Ethylacetat mit einer 0,002 M NaOH-Lösung in 23 Minuten zu 10 % verseift. Nach wie vielen Minuten ist es mit 0,005 M KOH-Lösung im gleichen Maße verseift? Bedenken Sie, dass diese Reaktion zweiter Ordnung ist und die Alkalien vollständig dissoziiert sind. (Antwort)
2-16. Die Reaktion zweiter Ordnung A + B P wird in einer Lösung mit Anfangskonzentrationen [A] 0 = 0,050 mol/l und [B] 0 = 0,080 mol/l durchgeführt. Nach 1 Stunde sank die Konzentration der Substanz A auf 0,020 mol/L. Berechnen Sie die Geschwindigkeitskonstante und Halbwertszeiten beider Substanzen.
SITZUNG 10 10. Klasse(erstes Studienjahr)
Grundlagen der chemischen Kinetik. Zustand des chemischen Gleichgewichtsplans
1. Chemische Kinetik und ihr Untersuchungsbereich.
2. Die Geschwindigkeit homogener und heterogener Reaktionen.
3. Die Abhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit von verschiedenen Faktoren: der Art der Reaktanten, der Konzentration der Reaktanten (Massenwirkungsgesetz), der Temperatur (Van't-Hoff-Regel), dem Katalysator.
4. Reversible und irreversible chemische Reaktionen.
5. Chemisches Gleichgewicht und Bedingungen für seine Verschiebung. Das Prinzip von Le Chatelier.
Der Zweig der Chemie, der die Geschwindigkeiten und Mechanismen chemischer Reaktionen untersucht, wird chemische Kinetik genannt. Eines der Hauptkonzepte in diesem Abschnitt ist das Konzept der Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion. Einige chemische Reaktionen laufen fast augenblicklich ab (z. B. eine Neutralisationsreaktion in einer Lösung), andere finden über Jahrtausende statt (z. B. die Umwandlung von Graphit in Ton bei der Verwitterung von Gesteinen).
Die Geschwindigkeit einer homogenen Reaktion ist die Menge eines Stoffes, die pro Zeiteinheit pro Volumeneinheit des Systems eine Reaktion eingeht oder durch eine Reaktion entsteht:
Mit anderen Worten, die Geschwindigkeit einer homogenen Reaktion ist gleich der Änderung der molaren Konzentration eines der Reaktanten pro Zeiteinheit. Die Reaktionsgeschwindigkeit ist ein positiver Wert. Wenn sie daher durch eine Änderung der Konzentration des Reaktionsprodukts ausgedrückt wird, wird ein „+“-Zeichen gesetzt, und wenn sich die Konzentration des Reagens ändert, ist das Vorzeichen „–“.
Die Geschwindigkeit einer heterogenen Reaktion ist die Menge eines Stoffes, die pro Zeiteinheit pro Phasenoberflächeneinheit eine Reaktion eingeht oder durch eine Reaktion entsteht:
Die wichtigsten Faktoren, die die Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion beeinflussen, sind die Art und Konzentration der Reaktanten, die Temperatur und die Anwesenheit eines Katalysators.
Beeinflussen die Art der Reagenzien Es äußert sich darin, dass unter gleichen Bedingungen verschiedene Stoffe unterschiedlich schnell miteinander interagieren, zum Beispiel:
Mit einer Steigerung Reagenzkonzentrationen die Zahl der Kollisionen zwischen Teilchen nimmt zu, was zu einer Erhöhung der Reaktionsgeschwindigkeit führt. Quantitativ wird die Abhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit von der Konzentration der Reagenzien durch das Wirkungsgesetz in u u u s u s s und s ausgedrückt (K. M. Guldberg und P. Waage, 1867; N. I. Beketov, 1865). Die Geschwindigkeit einer homogenen chemischen Reaktion bei konstanter Temperatur ist direkt proportional zum Produkt der Konzentrationen der Reaktanten in Potenzen, die ihren stöchiometrischen Koeffizienten entsprechen (die Feststoffkonzentrationen werden nicht berücksichtigt), zum Beispiel:
wobei A und B Gase oder Flüssigkeiten sind, k- Reaktionsgeschwindigkeitskonstante, gleich der Reaktionsgeschwindigkeit bei einer Reaktantenkonzentration von 1 mol/L. Konstante k hängt von den Eigenschaften der Reaktanten und der Temperatur ab, ist jedoch nicht von der Stoffkonzentration abhängig.
Die Abhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit von Temperatur wird durch die experimentelle Regel von Van t-Goff (1884) beschrieben. Bei einem Temperaturanstieg um 10 ° erhöht sich die Geschwindigkeit der meisten chemischen Reaktionen um das 2- bis 4-fache:
Wo ist der Temperaturkoeffizient?
Katalysator Als Stoff bezeichnet man einen Stoff, der die Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion verändert, bei dieser Reaktion jedoch nicht verbraucht wird. Es gibt positive Katalysatoren (spezifisch und universell), negative (Inhibitoren) und biologische (Enzyme oder Enzyme). Die Änderung der Reaktionsgeschwindigkeit in Gegenwart von Katalysatoren nennt man Katalyse. Unterscheiden Sie zwischen homogener und heterogener Katalyse. Befinden sich die Reaktanten und der Katalysator im gleichen Aggregatzustand, ist die Katalyse homogen; in unterschiedlich - heterogen.
Homogene Katalyse:
heterogene Katalyse:
Der Wirkungsmechanismus von Katalysatoren ist sehr komplex und nicht vollständig verstanden. Es gibt eine Hypothese über die Bildung von Zwischenverbindungen zwischen dem Reaktanten und dem Katalysator:
A + Kat. ,
In AB + Kat.
Um die Wirkung von Katalysatoren zu verstärken, werden Promotoren eingesetzt; Es gibt auch Katalysatorgifte, die die Wirkung von Katalysatoren abschwächen.
Die Geschwindigkeit einer heterogenen Reaktion wird beeinflusst durch Schnittstellengröße(der Feinheitsgrad der Substanz) und die Geschwindigkeit der Zufuhr von Reagenzien und der Entfernung von Reaktionsprodukten aus der Grenzfläche.
Alle chemischen Reaktionen werden in zwei Typen unterteilt: reversibel und irreversibel.
Irreversibel sind chemische Reaktionen, die nur in eine Richtung ablaufen., d.h. Die Produkte dieser Reaktionen interagieren nicht miteinander und bilden die Ausgangsmaterialien. Voraussetzung für die Irreversibilität der Reaktion ist die Bildung eines Niederschlags, eines Gases oder eines schwachen Elektrolyten. Zum Beispiel:
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.
Reversibel sind Reaktionen, die gleichzeitig in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung ablaufen., Zum Beispiel:
Bei einer reversiblen chemischen Reaktion hat die Geschwindigkeit der direkten Reaktion zunächst einen Maximalwert und nimmt dann aufgrund einer Abnahme der Konzentration der Ausgangsstoffe ab. Die Rückreaktion hingegen hat zu Beginn eine minimale Geschwindigkeit, die allmählich zunimmt. Somit ist zu einem bestimmten Zeitpunkt Zustand des chemischen Gleichgewichts bei dem die Geschwindigkeit der Hinreaktion gleich der Geschwindigkeit der Rückreaktion ist. Der Zustand des chemischen Gleichgewichts ist dynamisch – sowohl Hin- als auch Rückreaktionen laufen weiter ab, aber da ihre Geschwindigkeiten gleich sind, ändern sich die Konzentrationen aller Stoffe im Reaktionssystem nicht. Diese Konzentrationen werden als Gleichgewicht bezeichnet.
Das Verhältnis der Geschwindigkeitskonstanten der Hin- und Rückreaktion ist eine Konstante und wird Gleichgewichtskonstante genannt ( ZU R ) . Feststoffkonzentrationen werden nicht in den Ausdruck der Gleichgewichtskonstante einbezogen. Die Gleichgewichtskonstante der Reaktion hängt von Temperatur und Druck ab, ist jedoch nicht von der Konzentration der Reaktanten und der Anwesenheit eines Katalysators abhängig, der sowohl die Hin- als auch die Rückreaktion beschleunigt. Je mehr ZU p, desto höher ist die praktische Ausbeute an Reaktionsprodukten. Wenn ZU p > 1, dann überwiegen die Reaktionsprodukte im System; Wenn ZU R< 1, в системе преобладают реагенты.
Das chemische Gleichgewicht ist beweglich, d.h. Wenn sich die äußeren Bedingungen ändern, kann die Geschwindigkeit der Hin- oder Rückreaktion zunehmen. Die Richtung der Gleichgewichtsverschiebung wird durch das 1884 vom französischen Wissenschaftler Le Chatelier formulierte Prinzip bestimmt. Wird auf ein Gleichgewichtssystem ein äußerer Einfluss ausgeübt, so verschiebt sich das Gleichgewicht in Richtung der Reaktion, die diesem Einfluss entgegenwirkt. Die Gleichgewichtsverschiebung wird durch Änderungen der Konzentration der Reagenzien, der Temperatur und des Drucks beeinflusst.
Eine Erhöhung der Konzentration der Reaktanten und der Entzug von Produkten führen zu einer Gleichgewichtsverschiebung hin zu einer direkten Reaktion.
Beim Erhitzen des Systems verschiebt sich das Gleichgewicht in Richtung der endothermen Reaktion, beim Abkühlen in Richtung der exothermen Reaktion.
Bei Reaktionen mit gasförmigen Stoffen verschiebt eine Druckerhöhung das Gleichgewicht in Richtung einer Reaktion, die mit einer Abnahme der Anzahl der Gasmoleküle abläuft. Wenn die Reaktion abläuft, ohne dass sich die Anzahl der Moleküle gasförmiger Stoffe ändert, hat eine Druckänderung keinen Einfluss auf die Gleichgewichtsverschiebung.
