Παράδειγμα 4.1. Πώς θα αλλάξει ο ρυθμός αντίδρασης κάθε αντίδρασης;
2NO (g) + Cl2 (g) = 2NOCI (g) (1); CaO (k) + CO 2 (g) = CaCO 3 (k) (2),
αν σε κάθε σύστημα η πίεση αυξάνεται κατά 3 φορές;
Λύση. Η αντίδραση (1) είναι ομοιογενής και, σύμφωνα με το νόμο της μάζας, η αρχική ταχύτητα αντίδρασης είναι v = k∙ ∙ ; Η αντίδραση (2) είναι ετερογενής και ο ρυθμός της εκφράζεται με την εξίσωση v = k∙. Η συγκέντρωση των ουσιών στη στερεά φάση (CaO σε αυτή την αντίδραση) δεν αλλάζει κατά τη διάρκεια της αντίδρασης, και επομένως δεν περιλαμβάνεται στην εξίσωση του νόμου της δράσης της μάζας.
Μια αύξηση της πίεσης σε καθένα από τα συστήματα κατά 3 φορές θα οδηγήσει σε μείωση του όγκου του συστήματος κατά 3 φορές και σε αύξηση της συγκέντρωσης καθεμίας από τις αέριες ουσίες που αντιδρούν κατά 3 φορές. Σε νέες συγκεντρώσεις ρυθμών αντίδρασης: v" = k∙(3) 2 ∙3 = 27 k∙ ∙ (1) και v" = k 3 (2). Συγκρίνοντας τις εκφράσεις για τους ρυθμούς v και v», διαπιστώνουμε ότι ο ρυθμός της αντίδρασης (1) αυξάνεται κατά 27 φορές και η αντίδραση (2) κατά 3 φορές.
Παράδειγμα 4.2.Η αντίδραση μεταξύ των ουσιών Α και Β εκφράζεται με την εξίσωση 2A + B = D. Οι αρχικές συγκεντρώσεις είναι: C A = 5 mol/l, C B = 3,5 mol/l. Η σταθερά του ρυθμού είναι 0,4. Υπολογίστε τον ρυθμό αντίδρασης στην αρχική στιγμή και τη στιγμή που το 60% της ουσίας Α παραμένει στο μείγμα της αντίδρασης.
Λύση.Σύμφωνα με το νόμο της δράσης μάζας v = . Την αρχική στιγμή, η ταχύτητα v 1 = 0,4 × 5 2 × 3,5 = 35. Μετά από κάποιο χρονικό διάστημα, το 60% της ουσίας Α θα παραμείνει στο μείγμα της αντίδρασης, δηλαδή, η συγκέντρωση της ουσίας Α θα γίνει ίση με 5 × 0,6 = 3 mol/l. Αυτό σημαίνει ότι η συγκέντρωση του Α μειώθηκε κατά 5 – 3 = 2 mol/l. Εφόσον το Α και το Β αλληλεπιδρούν μεταξύ τους σε αναλογία 2:1, η συγκέντρωση της ουσίας Β μειώθηκε κατά 1 mol και έγινε ίση με 3,5 – 1 = 2,5 mol/l. Επομένως, v 2 = 0,4 × 3 2 × 2,5 = 9.
Παράδειγμα 4.3. Λίγο καιρό μετά την έναρξη της αντίδρασης
2NO + O 2 = 2NO 2 οι συγκεντρώσεις των ουσιών ήταν (mol/l): = 0,06;
0,12; = 0,216. Βρείτε τις αρχικές συγκεντρώσεις NO και O 2.
Λύση.Οι αρχικές συγκεντρώσεις NO και O 2 βρίσκονται με βάση την εξίσωση αντίδρασης, σύμφωνα με την οποία 2 mol NO καταναλώνονται για να σχηματιστούν 2 mol 2NO 2. Σύμφωνα με τις συνθήκες του προβλήματος, σχηματίστηκαν 0,216 mol NO 2, για τα οποία καταναλώθηκαν 0,216 mol NO. Αυτό σημαίνει ότι η αρχική συγκέντρωση ΝΟ είναι:
0,06 + 0,216 = 0,276 mol/l.
Σύμφωνα με την εξίσωση αντίδρασης για το σχηματισμό 2 mol NO 2, απαιτείται 1 mol O 2 και για να ληφθούν 0,216 mol NO 2, απαιτούνται 0,216 / 2 = 0,108 mol / O 2. Η αρχική συγκέντρωση του O 2 είναι: = 0,12 + 0,108 = 0,228 mol/l.
Έτσι, οι αρχικές συγκεντρώσεις ήταν:
0,276 mol/l; = 0,228 mol/l.
Παράδειγμα 4.4.Στους 323 Κ, κάποια αντίδραση ολοκληρώνεται σε 30 δευτερόλεπτα. Προσδιορίστε πώς θα αλλάξει ο ρυθμός αντίδρασης και ο χρόνος εμφάνισής του στους 283 K εάν ο συντελεστής θερμοκρασίας του ρυθμού αντίδρασης είναι 2.
Λύση.Χρησιμοποιώντας τον κανόνα του Van't Hoff, βρίσκουμε πόσες φορές θα αλλάξει ο ρυθμός αντίδρασης:
2 –4 = .
Ο ρυθμός αντίδρασης μειώνεται κατά 16 φορές. Ο ρυθμός της αντίδρασης και ο χρόνος που χρειάζεται για να συμβεί είναι αντιστρόφως ανάλογοι. Κατά συνέπεια, ο χρόνος αυτής της αντίδρασης θα αυξηθεί κατά 16 φορές και θα είναι 30 × 16 = 480 s = 8 λεπτά.
Καθήκοντα
№ 4.1 . Η αντίδραση προχωρά σύμφωνα με την εξίσωση 3H 2 + CO = CH 4 + H 2 O
Οι αρχικές συγκεντρώσεις των αντιδρώντων ήταν (mol/l): = 0,8; CCO = 0,6. Πώς θα αλλάξει ο ρυθμός της αντίδρασης εάν η συγκέντρωση υδρογόνου αυξηθεί σε 1,2 mol/l και η συγκέντρωση μονοξειδίου του άνθρακα αυξηθεί σε 0,9 mol/l;
(Απάντηση:θα αυξηθεί 5 φορές).
№ 4.2 . Η αντίδραση αποσύνθεσης του N 2 O ακολουθεί την εξίσωση 2N 2 O = 2N 2 + O 2. Η σταθερά ταχύτητας αντίδρασης είναι 5·10 –4. Αρχική συγκέντρωση
0,32 mol/l. Προσδιορίστε τον ρυθμό αντίδρασης στην αρχική στιγμή και τη στιγμή που το 50% N 2 O αποσυντίθεται. Απάντηση: 5,12 . 10 -5 ; 1,28 . 10 -5).
№ 4.3 . Η αντίδραση μεταξύ των ουσιών Α και Β εκφράζεται με την εξίσωση
A + 2B = D. Αρχικές συγκεντρώσεις: C A = 0,3 mol/l και C B = 0,4 mol/l. Η σταθερά του ρυθμού είναι 0,8. Υπολογίστε την αρχική ταχύτητα αντίδρασης και προσδιορίστε πώς άλλαξε η ταχύτητα αντίδρασης μετά από κάποιο χρονικό διάστημα όταν η συγκέντρωση της ουσίας Α μειώθηκε κατά 0,1 mol.
(Απάντηση: 3,84 . 10 -2 ; μειώθηκε κατά 6 φορές).
№ 4.4 .Ποιος είναι ο συντελεστής θερμοκρασίας του ρυθμού αντίδρασης εάν, με μείωση της θερμοκρασίας κατά 30 °C, ο χρόνος αντίδρασης αυξάνεται κατά 64 φορές; ( Απάντηση: 4).
№ 4.5 .Υπολογίστε σε ποια θερμοκρασία θα τελειώσει η αντίδραση σε 45 λεπτά, αν στους 20 o C χρειάζονται 3 ώρες. Ο συντελεστής θερμοκρασίας του ρυθμού αντίδρασης είναι 3 ( Απάντηση: 32,6 o C).
№ 4.6. Πώς θα αλλάξει ο ρυθμός αντίδρασης CO + Cl 2 = COCl 2 εάν η πίεση αυξηθεί 3 φορές και ταυτόχρονα η θερμοκρασία αυξηθεί κατά 30 o C (γ = 2);
(Απάντηση:θα αυξηθεί 72 φορές).
№ 4.7 . Οι αντιδράσεις προχωρούν σύμφωνα με τις εξισώσεις
C (k) + O2 (g) = CO2 (g) (1); 2CO (g) + O 2 (g) = 2CO 2 (g) (2)
Πώς θα αλλάξει ο ρυθμός των αντιδράσεων (1) και (2) εάν σε κάθε σύστημα: α) μειωθεί η πίεση κατά 3 φορές; β) αυξήστε τον όγκο του δοχείου κατά 3 φορές. γ) αύξηση της συγκέντρωσης οξυγόνου κατά 3 φορές; ( Απάντηση:α) θα μειωθεί κατά (1) 3, (2) 27 φορές).
β) θα μειωθεί κατά (1) 3, (2) 27 φορές). γ) θα αυξηθεί κατά (1) και (2) κατά 3 φορές).
№ 4.8 . Η αντίδραση προχωρά σύμφωνα με την εξίσωση H 2 + I 2 = 2HI. Η σταθερά του ρυθμού είναι 0,16. Οι αρχικές συγκεντρώσεις υδρογόνου και ιωδίου είναι 0,04 mol/L και 0,05 mol/L, αντίστοιχα. Υπολογίστε την αρχική ταχύτητα της αντίδρασης και την ταχύτητα της όταν η συγκέντρωση του Η 2 γίνει ίση με 0,03 mol/l. ( Απάντηση: 3,2 . 10 -3 ; 1,9 . 10 -3).
№ 4.9 . Η οξείδωση του θείου και του διοξειδίου του προχωρά σύμφωνα με τις εξισώσεις:
S (k) + O2 (g) = SO2 (g) (1); 2SO 2 (g) + O 2 (g) = 2SO 3 (g) (2)
Πώς θα αλλάξει ο ρυθμός των αντιδράσεων (1) και (2) εάν σε κάθε σύστημα: α) αυξήσει την πίεση κατά 4 φορές; β) μειώστε τον όγκο του δοχείου κατά 4 φορές. γ) αύξηση της συγκέντρωσης οξυγόνου κατά 4 φορές; ( Απάντηση:α) θα αυξηθεί κατά (1) 4, (2) 64 (πλάσιο).
β) θα αυξηθεί κατά (1) 4, (2) 64 φορές). γ) θα αυξηθεί κατά (1) και (2) 4 φορές).
№ 4.10 . Η σταθερά ταχύτητας για την αντίδραση 2A + B = D είναι 0,8. Αρχικές συγκεντρώσεις: C A = 2,5 mol/l και C B = 1,5 mol/l. Ως αποτέλεσμα της αντίδρασης, η συγκέντρωση της ουσίας C B ήταν ίση με 0,6 mol/l. Υπολογίστε με τι CA και ο ρυθμός αντίδρασης έγινε ίσος. ( Απάντηση: 0,7 mol/l; 0,235).
№ 4.11. Η αντίδραση προχωρά σύμφωνα με την εξίσωση 4HCl + O 2 = 2H 2 O + 2Cl 2
Λίγο καιρό μετά την έναρξη της αντίδρασης, οι συγκεντρώσεις των ουσιών που εμπλέκονται σε αυτήν έγιναν (mol/l): = 0,85; = 0,44; = 0,30. Να υπολογίσετε τις αρχικές συγκεντρώσεις HCl και O 2. ( Απάντηση:= 1,45; = 0,59 mol/l).
№ 4.12 . Αρχικές συγκεντρώσεις ουσιών στην αντίδραση CO + H 2 O ↔ CO 2 + H 2
ήταν ίσα (mol/l): CCO = 0,5; = 0,6; = 0,4; = 0,2. Υπολογίστε τις συγκεντρώσεις όλων των ουσιών που συμμετέχουν στην αντίδραση αφού έχει αντιδράσει 60% H 2 O. ( Απάντηση: CCO = 0,14; = 0,24; = 0,76; = 0,56 mol/l).
№ 4.13 . Πώς θα αλλάξει ο ρυθμός αντίδρασης 2CO + O 2 = CO 2 εάν:
α) αυξήστε τον όγκο του δοχείου αντίδρασης 3 φορές. β) αύξηση της συγκέντρωσης του CO κατά 3 φορές. γ) αύξηση της θερμοκρασίας κατά 40 o C (γ = 2); ( Απάντηση:α) θα μειωθεί κατά 27 φορές. β) θα αυξηθεί 9 φορές. γ) θα αυξηθεί 16 φορές).
№ 4.14 . Στους 10 o C η αντίδραση τελειώνει σε 20 λεπτά. Πόσο θα διαρκέσει η αντίδραση όταν η θερμοκρασία ανέβει στους 40 o C αν ο συντελεστής θερμοκρασίας είναι 3; ( Απάντηση: 44,4 s).
№ 4.15 . Πόσες φορές πρέπει να αυξηθεί;
α) η συγκέντρωση του CO στο σύστημα 2CO = CO 2 + C, έτσι ώστε η ταχύτητα αντίδρασης να αυξάνεται 4 φορές;
β) η συγκέντρωση του υδρογόνου στο σύστημα N 2 + 3H 2 = 2NH 3 έτσι ώστε η ταχύτητα αντίδρασης να αυξάνεται 100 φορές;
γ) πίεση στο σύστημα 2NO + O 2 = 2NO 2 έτσι ώστε ο ρυθμός σχηματισμού NO 2 να αυξάνεται κατά 10 3 φορές; ( Απάντηση: 2 φορές; 4,64 φορές? 10 φορές).
№ 4.16 . Ταχύτητα αντίδρασης A + 2B = AB 2 σε C A = 0,15 mol/l και
C B = 0,4 mol/l είναι ίσο με 2,4 ∙ 10 −3. Προσδιορίστε τη σταθερά ταχύτητας και την ταχύτητα αντίδρασης όταν η συγκέντρωση του Β γίνει 0,2 mol/L. ( Απάντηση: 0,1; 2 ∙ 10 -4).
№ 4.17 . Πώς θα αλλάξει ο ρυθμός της αντίδρασης 2A + B = A 2 B εάν η συγκέντρωση της ουσίας Α αυξηθεί κατά 3 φορές, η συγκέντρωση της ουσίας Β μειωθεί κατά 2 φορές και η θερμοκρασία αυξηθεί κατά 40 o C (γ = 2 )? ( Απάντηση:θα αυξηθεί 72 φορές).
№ 4.18. Η αντίδραση ακολουθεί την εξίσωση 2H 2 S + 3O 2 = 2SO 2 + 2H 2 O.
Λίγο μετά την έναρξη της αντίδρασης, οι συγκεντρώσεις των ουσιών που εμπλέκονται σε αυτήν έγιναν (mol/l): = 0,009; = 0,02; = 0,003. Υπολογίστε: = 0,7 mol/l).
1. Σε δοχείο αναμίχθηκαν αέριο Α με ποσότητα ουσίας 4,5 mol και αέριο Β με ποσότητα ουσίας 3 mol. Τα αέρια Α και Β αντιδρούν σύμφωνα με την εξίσωση A + B = C. Μετά από κάποιο χρονικό διάστημα, σχηματίστηκε στο σύστημα αέριο C με ποσότητα ουσίας 2 mol. Ποιες ποσότητες αερίων Α και Β που δεν αντέδρασαν παραμένουν στο σύστημα;
Από την εξίσωση της αντίδρασης προκύπτει ότι:
Dn(A) = Dn(B) = Dn(C) = 2 mol,
όπου Dn είναι η μεταβολή της ποσότητας της ουσίας κατά την αντίδραση.
Επομένως, αυτό που μένει στο δοχείο είναι:
n 2 (A) = n 1 (A) - Dn(A); n 2 (Α) = (4,5 - 2) mol = 2,5 mol;
n 2 (B) = n 1 (B) - Dn(B); n 2 (Β) = (3 - 2) mol = 1 mol.
2. Η αντίδραση προχωρά σύμφωνα με την εξίσωση: 2A + B ⇄ C και είναι δεύτερης τάξης στην ουσία Α και πρώτη στην ουσία Β. Την αρχική χρονική στιγμή, η ταχύτητα αντίδρασης είναι 15 mol/l × s. Υπολογίστε τη σταθερά του ρυθμού και τον ρυθμό της μπροστινής αντίδρασης τη στιγμή που αντιδρά το 50% της ουσίας Β, εάν οι αρχικές συγκεντρώσεις είναι: C(A) = 10 mol/l. C(B) = 5 mol/l. Πώς θα αλλάξει ο ρυθμός μιας χημικής αντίδρασης;
Το C(B) που εισήλθε στην αντίδραση ισούται με:
C(B) = 0,5 5 = 2,5 mol/l.
Συνεπώς, το C(A) που εισήλθε στην αντίδραση ισούται με:
2 mol/l A - 1 mol/l B
C(A) - 2,5 mol/l Β
C(A) και C(B) μετά την αντίδραση:
C(A) = 10 - 5 = 5 mol/l,
C(B) = 5 - 2,5 = 2,5 mol/l.
Ο ρυθμός της μπροστινής αντίδρασης θα είναι ίσος με:
Ο ρυθμός της χημικής αντίδρασης θα αλλάξει:
δηλαδή θα μειωθεί κατά 8 φορές.
3. Η αντίδραση μεταξύ των ουσιών Α και Β εκφράζεται με την εξίσωση: Α + 2Β = Γ και έχει την πρώτη τάξη για την ουσία Α και τη δεύτερη για την ουσία Β. Οι αρχικές συγκεντρώσεις των ουσιών είναι: C(A) = 2 mol /μεγάλο; C(B) = 4 mol/l; η σταθερά ρυθμού είναι 1,0. Να βρείτε τον αρχικό ρυθμό της αντίδρασης και τον ρυθμό μετά από κάποιο χρονικό διάστημα, όταν η συγκέντρωση της ουσίας Α μειωθεί κατά 0,3 mol/l.
Σύμφωνα με το νόμο της μαζικής δράσης:
Αν η συγκέντρωση της ουσίας Α μειωθεί κατά 0,3 mol/l, τότε η συγκέντρωση της ουσίας Β μειώνεται κατά 0,3 × 2 = 0,6 mol/l. Μετά την εκδήλωση της αντίδρασης, οι συγκεντρώσεις είναι:
4. Οι ρυθμοί των αντιδράσεων προς τα εμπρός και αντίστροφης αέριας φάσης που συμβαίνουν σε ένα κλειστό δοχείο εκφράζονται με τις εξισώσεις:
Σύμφωνα με το νόμο της δράσης μάζας, οι ρυθμοί των μπροστινών και των αντίστροφων αντιδράσεων στις αρχικές συνθήκες είναι ίσοι:
Μια αύξηση της πίεσης κατά 3 φορές για τα αέρια συστήματα οδηγεί σε μείωση του όγκου του μείγματος αερίων κατά 3 φορές, οι συγκεντρώσεις και των τριών αερίων θα αυξηθούν κατά το ίδιο ποσό και οι ρυθμοί και των δύο αντιδράσεων θα γίνουν αντίστοιχα ίσοι:
Οι αναλογίες ταχύτητας αντίδρασης είναι:
Έτσι, ο ρυθμός της μπροστινής αντίδρασης θα αυξηθεί κατά 27 φορές, η αντίστροφη αντίδραση κατά 9.
5. Η αντίδραση σε θερμοκρασία 50 0 C προχωρά σε 2 λεπτά 15 s. Πόσος χρόνος θα χρειαστεί για να ολοκληρωθεί αυτή η αντίδραση σε θερμοκρασία 70 0 C, εάν σε αυτό το εύρος θερμοκρασίας ο συντελεστής θερμοκρασίας του ρυθμού g είναι 3;
Καθώς η θερμοκρασία αυξάνεται από 50 σε 70 0 C, ο ρυθμός αντίδρασης αυξάνεται σύμφωνα με τον κανόνα Van't Hoff:
Οπου = 70 0 C, = 50 0 C, a και είναι οι ρυθμοί αντίδρασης σε δεδομένες θερμοκρασίες.
Παίρνουμε:
εκείνοι. ο ρυθμός αντίδρασης αυξάνεται 9 φορές.
Σύμφωνα με τον ορισμό, ο χρόνος αντίδρασης είναι αντιστρόφως ανάλογος με τον ρυθμό της αντίδρασης, επομένως:
όπου και είναι ο χρόνος αντίδρασης σε θερμοκρασίες Και .
Από εδώ παίρνουμε:
Θεωρώντας ότι = 135 s (2 min 15 s), προσδιορίζουμε το χρόνο αντίδρασης σε θερμοκρασία :
6. Πόσες φορές θα αυξηθεί ο ρυθμός μιας χημικής αντίδρασης όταν η θερμοκρασία αυξηθεί από = 10 0 C έως = 80 0 C , αν ο συντελεστής θερμοκρασίας της ταχύτητας g είναι 2;
Από τον κανόνα του van't Hoff:
Η ταχύτητα αντίδρασης θα αυξηθεί 128 φορές.
7. Κατά τη μελέτη της κινητικής της αποβολής του φαρμάκου από το σώμα του ασθενούς, διαπιστώθηκε ότι μετά από 3 ώρες, το 50% της αρχικής ποσότητας του φαρμάκου παρέμεινε στο σώμα του ασθενούς. Προσδιορίστε τον χρόνο ημιζωής και τη σταθερά του ρυθμού για την αντίδραση της απομάκρυνσης του φαρμάκου από το ανθρώπινο σώμα, εάν είναι γνωστό ότι πρόκειται για αντίδραση πρώτης τάξης.
Δεδομένου ότι κατά τη διάρκεια μιας δεδομένης χρονικής περιόδου το 50% του φαρμάκου απομακρύνθηκε από το σώμα, τότε t 1/2 = 3 ώρες. Ας υπολογίσουμε τη σταθερά του ρυθμού αντίδρασης από την εξίσωση:
8. Κατά τη διάρκεια εργαστηριακών μελετών υδατικών διαλυμάτων του φαρμάκου, διαπιστώθηκε ότι λόγω υδρόλυσης, η συγκέντρωση του φαρμάκου μειώθηκε από 0,05 mol/l σε 0,03 mol/l την ημέρα. Υπολογίστε τον χρόνο ημιζωής της αντίδρασης υδρόλυσης του φαρμάκου.
Δεδομένου ότι οι αντιδράσεις υδρόλυσης συμβαίνουν συνήθως με σημαντική περίσσεια νερού, η συγκέντρωσή του μπορεί να διατηρηθεί σταθερή. Κατά συνέπεια, κατά τη διάρκεια της αντίδρασης αλλάζει μόνο η συγκέντρωση του φαρμάκου και η αντίδραση υδρόλυσης μπορεί να θεωρηθεί αντίδραση πρώτης τάξης.
Βρίσκουμε την τιμή της σταθεράς ταχύτητας αντίδρασης από την εξίσωση:
9. Ο χρόνος ημιζωής του φαρμάκου από το σώμα του ασθενούς (αντίδραση πρώτης τάξης) είναι 5 ώρες. Προσδιορίστε το χρόνο κατά τον οποίο το 75% του φαρμάκου θα αποβληθεί από τον οργανισμό.
Όταν το 75% του φαρμάκου απεκκρίνεται από το σώμα, η αναλογία C/C 0 θα είναι 0,25. Σε αυτή την περίπτωση, είναι βολικό να χρησιμοποιήσετε τον τύπο:
,
10. Η σταθερά ταχύτητας για την αντίδραση υδρόλυσης σακχαρόζης είναι 2,31×10 - 3 h - 1. Υπολογίζω:
1) χρόνος ημιζωής της αντίδρασης.
2) ο χρόνος κατά τον οποίο το 20% της σακχαρόζης θα υποβληθεί σε υδρόλυση.
3) ποιο μέρος της γλυκόζης θα υποστεί υδρόλυση μετά από 5 ημέρες.
1. Ο χρόνος ημιζωής είναι ίσος με:
2. Αφού το 20% της σακχαρόζης έχει υποστεί υδρόλυση, η αναλογία C/C 0 θα είναι 0,8. Ως εκ τούτου:
3. Μετά από 5 ημέρες (120 ώρες), η αναλογία C/C 0 θα είναι:
Κατά συνέπεια, το 24% της γλυκόζης υδρολύθηκε.
11. Κατά τη διάρκεια μιας ορισμένης αντίδρασης πρώτης τάξης, το 60% της αρχικής ποσότητας μιας ουσίας υφίσταται μετασχηματισμό σε 30 λεπτά. Προσδιορίστε ποιο μέρος της ουσίας θα παραμείνει μετά από 1 ώρα.
1. Μετά από 30 λεπτά, η ποσότητα της υπόλοιπης ουσίας θα είναι:
C 1 = C 0 - 0,6 C 0 = 0,4 × C 0.
δηλ. η αναλογία C0/C1 είναι 2,5.
2. Ας βρούμε τη σταθερά του ρυθμού αντίδρασης:
3. Η ποσότητα της ουσίας C2 που απομένει μετά από 1 ώρα προσδιορίζεται από τον τύπο:
Έτσι, μετά από 1 ώρα, το 16% της αρχικής ουσίας θα παραμείνει.
Ερωτήσεις για αυτοέλεγχο
1. Πώς ονομάζεται ο ρυθμός μιας χημικής αντίδρασης;
2. Ποιος είναι ο πραγματικός ρυθμός μιας ομοιογενούς αντίδρασης;
3. Ποια είναι η διάσταση του ρυθμού μιας ομοιογενούς αντίδρασης;
4. Πώς ονομάζεται ο ρυθμός μιας ετερογενούς αντίδρασης;
5. Ποια είναι η διάσταση του ρυθμού μιας ετερογενούς αντίδρασης;
6. Να αναφέρετε τους παράγοντες που επηρεάζουν την ταχύτητα της αντίδρασης.
7. Διατυπώστε το νόμο της μαζικής δράσης.
8. Ποια είναι η φυσική σημασία της σταθεράς ταχύτητας αντίδρασης; Από τι εξαρτάται και από τι όχι η σταθερά ταχύτητας αντίδρασης;
9. Ποια είναι η σειρά αντίδρασης; Δώστε παραδείγματα εξισώσεων αντίδρασης μηδενικής, πρώτης, δεύτερης και τρίτης τάξης.
10. Η διάσταση της σταθεράς του ρυθμού αντίδρασης εξαρτάται από τη σειρά της αντίδρασης;
11. Τι ονομάζεται μοριακότητα μιας αντίδρασης;
13. Ορίστε απλές και σύνθετες αντιδράσεις. Δώστε μια ταξινόμηση των σύνθετων αντιδράσεων.
14. Διατυπώστε τον κανόνα του Van't Hoff. Δώστε μια μαθηματική έκφραση για τον κανόνα του van't Hoff.
15. Πώς εξαρτάται ο ρυθμός αντίδρασης από την ενέργεια ενεργοποίησης; Γράψτε την εξίσωση Arrhenius.
16. Τι είναι ένα ενεργοποιημένο σύμπλεγμα; Γιατί οι αντιδράσεις προχωρούν στα στάδια σχηματισμού ενεργοποιημένων συμπλόκων;
17. Τι είναι ο καταλύτης; Ομοιογενής και ετερογενής κατάλυση. Γιατί οι αντιδράσεις προχωρούν πιο γρήγορα παρουσία καταλυτών;
18. Τι είναι η ενζυματική κατάλυση; Να γράψετε την εξίσωση Michaelis-Menten.
Παραλλαγές εργασιών για ανεξάρτητη λύση
Επιλογή 1
1. Η αντίδραση μεταξύ των ουσιών Α και Β εκφράζεται με την εξίσωση 2A + B = C και είναι δεύτερης τάξης για την ουσία Α και πρώτης τάξης για την ουσία Β. Οι αρχικές συγκεντρώσεις των ουσιών είναι: C 0 (A) = 0,4 mol/l ; C0 (Β) = 0,8 mol/l; k = 0,6. Να βρείτε την αρχική ταχύτητα της αντίδρασης και την ταχύτητα μετά από κάποιο χρονικό διάστημα, όταν η συγκέντρωση της ουσίας Α μειωθεί κατά 0,2 mol/l.
2. Πόσους βαθμούς πρέπει να αυξηθεί η θερμοκρασία για να αυξηθεί ο ρυθμός αντίδρασης 64 φορές; Ο συντελεστής θερμοκρασίας του ρυθμού αντίδρασης g είναι ίσος με 2.
α) όταν η πίεση στο σύστημα διπλασιάζεται;
β) όταν ο όγκος των αερίων διπλασιάζεται;
Επιλογή Νο. 2
1. Η αντίδραση προχωρά σύμφωνα με την εξίσωση: Α + Β = Γ και είναι πρώτης τάξης στην ουσία Α και στην ουσία Β. Η συγκέντρωση του Α αυξήθηκε από 2 σε 8 mol/l και η συγκέντρωση του Β από 3 σε 9 mol/l. Πόσες φορές αυξήθηκε ο ρυθμός της προς τα εμπρός αντίδρασης;
2. Στους 150 0 C η αντίδραση τελειώνει σε 10 λεπτά. Λαμβάνοντας τον συντελεστή θερμοκρασίας g ίσο με 2, υπολογίστε πόσα λεπτά αργότερα η αντίδραση θα τελείωνε στους 170 0 C.
3. Ο ρυθμός αντίδρασης εκφράζεται με την εξίσωση: 
Πόσες φορές θα αλλάξει ο ρυθμός αντίδρασης όταν η συγκέντρωση των αρχικών ουσιών αυξηθεί κατά 3 φορές;
Επιλογή #3
1. Η αντίδραση εκφράζεται με την εξίσωση: A + B = C και έχει πρώτη τάξη στην ουσία Α και στην ουσία B. Σε αρχικές συγκεντρώσεις C 0 (A) = 3 mol/l και C 0 (B) = 5 mol/l , ο ρυθμός της άμεσης αντίδρασης ίσος με 0,3 mol/l×s. Προσδιορίστε τη σταθερά ταχύτητας και την ταχύτητα αντίδρασης μετά από κάποιο χρονικό διάστημα όταν η συγκέντρωση του Α μειωθεί κατά 2 mol/l.
2. Πόσες φορές θα αυξηθεί ο ρυθμός μιας χημικής αντίδρασης όταν η θερμοκρασία αυξηθεί από 10 σε 70 0 C, αν ο συντελεστής θερμοκρασίας του ρυθμού g είναι 2;
3. Ο ρυθμός αντίδρασης A (s) + 2B (αέριο) = C (s) εκφράζεται με την εξίσωση: 
Πώς θα αλλάξει ο ρυθμός της αντίδρασης εάν η συγκέντρωση του Β διπλασιαστεί;
Επιλογή Νο. 4
1. Η αντίδραση προχωρά σύμφωνα με την εξίσωση: 2A + B = 2C και έχει τη δεύτερη τάξη για την ουσία Α και την πρώτη για την ουσία Β. Να υπολογίσετε το ρυθμό της άμεσης αντίδρασης τη στιγμή που αντιδρά το 40% της ουσίας Β, αν η Οι αρχικές συγκεντρώσεις είναι: C 0 (A) = 8 mol/l; C0 (Β) = 4 mol/l; k = 0,4.
2. Κάποια αντίδραση στους 100 0 C τελειώνει σε 5 λεπτά. Πόσο καιρό θα πάρει για να τελειώσει στους 80 0 C αν ο συντελεστής θερμοκρασίας της ταχύτητας g είναι 3;
3. Ο ρυθμός της αντίδρασης 3A + B = C εκφράζεται με την εξίσωση: 
Πόσες φορές θα αλλάξει ο ρυθμός της μπροστινής αντίδρασης:
α) όταν η συγκέντρωση της ουσίας Α διπλασιάζεται;
β) με ταυτόχρονη μείωση της συγκέντρωσης των αρχικών ουσιών κατά 2 φορές;
Επιλογή #5
1. Ο ρυθμός μιας ορισμένης αντίδρασης αυξήθηκε 8 φορές όταν η θερμοκρασία αυξήθηκε από 40 σε 70 0 C. Να προσδιορίσετε την τιμή του g.
2. Η αντίδραση προχωρά σύμφωνα με την εξίσωση: A + 3B = 2C και είναι πρώτης τάξης στην ουσία Α και δεύτερη στην ουσία Β. Οι αρχικές συγκεντρώσεις των ουσιών είναι: C 0 (A) = 2 mol/l; C0 (Β) = 6 mol/l; k = 1. Υπολογίστε την αρχική ταχύτητα της μπροστινής αντίδρασης και την ταχύτητα τη στιγμή που η συγκέντρωση της ουσίας Α μειώθηκε κατά 1 mol/l. Πώς θα αλλάξει ο ρυθμός μιας χημικής αντίδρασης;
3. Πώς θα αλλάξουν οι ρυθμοί των μπροστινών και αντίστροφων αντιδράσεων που συμβαίνουν στην αέρια φάση και υπακούουν στις εξισώσεις:
Επιλογή #6
1. Σε ένα κλειστό δοχείο υπάρχει ένα μείγμα αερίων που αποτελείται από 1 mol A και 3 mol B, το οποίο αντιδρά σύμφωνα με την εξίσωση: A + 3B = 2C. Ο ρυθμός της μπροστινής αντίδρασης περιγράφεται από την εξίσωση 
Πόσες φορές θα μειωθεί ο ρυθμός της προς τα εμπρός αντίδρασης μετά από αντιδράσεις 0,5 mol του Α;
2. Κατά πόσους βαθμούς πρέπει να αυξηθεί η θερμοκρασία για να αυξηθεί ο ρυθμός της αντίδρασης 9 φορές, αν ο συντελεστής θερμοκρασίας του ρυθμού g είναι 3;
3. Πώς θα αλλάξει ο ρυθμός της άμεσης αντίδρασης αέριας φάσης: 2A = B, η τάξη της οποίας υπολογίζεται ως 0,5, με ισοθερμική μείωση της πίεσης στο σύστημα κατά 3 φορές;
Επιλογή Νο. 7
1. Η αντίδραση μεταξύ των ουσιών Α και Β προχωρά σύμφωνα με την εξίσωση: Α + 2Β = Γ και είναι πρώτης τάξης στην ουσία Α και στην ουσία Β. Οι αρχικές συγκεντρώσεις των ουσιών που αντιδρούσαν ήταν: C 0 (A) = 1,5 mol/ μεγάλο; C0 (Β) = 3 mol/l; k = 0,4. Υπολογίστε τον ρυθμό της χημικής αντίδρασης στην αρχική χρονική στιγμή και μετά από κάποιο χρονικό διάστημα, όταν το 75% του Α έχει αντιδράσει.
2. Ποιος είναι ο συντελεστής θερμοκρασίας του ρυθμού g, εάν με αύξηση της θερμοκρασίας κατά 30 0 C, ο ρυθμός αντίδρασης αυξάνεται 27 φορές;
3. Πώς θα αλλάξουν οι ρυθμοί των μπροστινών και αντίστροφων αντιδράσεων που συμβαίνουν στην αέρια φάση και υπακούουν στις εξισώσεις:
με ισοθερμική αύξηση της πίεσης κατά συντελεστή 2;
Επιλογή Νο. 8
1. Σε διάλυμα 1 λίτρου που περιέχει 1 mol ουσίας Α και 2 mol ουσίας Β, συμβαίνει η ακόλουθη αντίδραση: A + 3B = 2C + D. Η άμεση αντίδραση είναι πρώτης τάξης στην ουσία Α και δεύτερης τάξης στην ουσία Β. Πώς πολλές φορές θα μειωθεί ο ρυθμός της άμεσης αντίδρασης;αντίδρασης αφού έχουν αντιδράσει 0,65 mol της ουσίας Α;
2. Όταν η θερμοκρασία αυξάνεται από -5 σε +5 0 C, ο ρυθμός βακτηριακής υδρόλυσης (ενζυματική διαδικασία) αυξάνεται 4 φορές. Να βρείτε την τιμή του συντελεστή θερμοκρασίας του ρυθμού αντίδρασης g.
3. Πόσες φορές πρέπει να αυξηθεί η συγκέντρωση της ουσίας Α στο σύστημα 2Α (αέριο) = Β (αέριο) + Γ (στερεό) ώστε να αυξηθεί ο ρυθμός της άμεσης αντίδρασης, που είναι αντίδραση δεύτερης τάξης. 4 φορές?
Επιλογή Νο. 9
1. Η αντίδραση προχωρά σύμφωνα με την εξίσωση: 2A + B = 2C και είναι δεύτερης τάξης στην ουσία Α και πρώτης τάξης στην ουσία Β. Ο ρυθμός της άμεσης αντίδρασης είναι 8 mol/l×s. Υπολογίστε τη σταθερά ταχύτητας και την ταχύτητα της άμεσης αντίδρασης τη στιγμή που αντιδρά το 30% της ουσίας Β, εάν οι αρχικές συγκεντρώσεις είναι: C 0 (A) = 2 mol/l. C 0 (B) = 1 mol/l. Πώς θα αλλάξει ο ρυθμός μιας χημικής αντίδρασης;
2. Όταν η θερμοκρασία αυξήθηκε από 10 σε 50 0 C, ο ρυθμός αντίδρασης αυξήθηκε 16 φορές. Προσδιορίστε τον συντελεστή θερμοκρασίας της ταχύτητας g.
3. Η αντίδραση προχωρά σύμφωνα με την εξίσωση: Α + Β = Γ + Δ + Ε και έχει πρώτη τάξη στην ουσία Α και μηδέν στην ουσία Β. Πώς θα αλλάξει ο ρυθμός της άμεσης αντίδρασης αφού αραιώσει το αντιδρών μίγμα κατά 3 φορές;
Επιλογή Νο. 10
1. Η αντίδραση προχωρά σύμφωνα με την εξίσωση: Α + 2Β = ΑΒ 2 και είναι πρώτης τάξης στην ουσία Α και δεύτερης στην ουσία Β. Η σταθερά ταχύτητας αντίδρασης είναι 0,01. Υπολογίστε τον ρυθμό αντίδρασης στις αρχικές συγκεντρώσεις: C 0 (A) = 0,8 mol/l. C 0 (B) = 0,8 mol/l και ο ρυθμός αντίδρασης τη στιγμή του σχηματισμού της ουσίας AB 2 0,2 mol/l.
2. Πόσες φορές θα αυξηθεί ο ρυθμός μιας χημικής αντίδρασης όταν η θερμοκρασία αυξηθεί από 30 σε 60 0 C, αν ο συντελεστής θερμοκρασίας του ρυθμού g είναι 3;
3. Ο χρόνος ημιζωής του φαρμάκου από το σώμα του ασθενούς (αντίδραση πρώτης τάξης) είναι 6 ώρες. Προσδιορίστε πόσος χρόνος θα χρειαστεί για να μειωθεί η περιεκτικότητα του φαρμάκου στο ανθρώπινο σώμα κατά 8 φορές.
Επιλογή Νο. 11
1. Η αντίδραση προχωρά σύμφωνα με την εξίσωση: A + B = 2C και είναι πρώτης τάξης στην ουσία Α και στην ουσία Β. Οι αρχικές συγκεντρώσεις των ουσιών είναι: C 0 (A) = 0,3 mol/l; C0 (Β) = 0,5 mol/l; k = 0,1. Βρείτε την αρχική ταχύτητα αντίδρασης και την ταχύτητα αντίδρασης μετά από κάποιο χρονικό διάστημα, όταν η συγκέντρωση του Α μειωθεί κατά 0,1 mol/l.
2. Στους 100 0 C, κάποια αντίδραση τελειώνει σε 16 λεπτά. Λαμβάνοντας τον συντελεστή θερμοκρασίας του ρυθμού g ίσο με 2, υπολογίστε πόσα λεπτά αργότερα θα τελείωνε η ίδια αντίδραση στους 140 0 C;
3. Ο χρόνος ημιζωής του φαρμάκου από το σώμα του ασθενούς (αντίδραση πρώτης τάξης) είναι 2 ώρες. Προσδιορίστε το χρόνο κατά τον οποίο το 99% του φαρμάκου θα αποβληθεί από τον οργανισμό.
Επιλογή Νο. 12
1. Η αντίδραση προχωρά σύμφωνα με την εξίσωση: A + 2B = C και είναι πρώτης τάξης στην ουσία Α και δεύτερη στην ουσία Β. Οι αρχικές συγκεντρώσεις των ουσιών είναι: C 0 (A) = 0,9 mol/l; C0 (Β) = 1,5 mol/l; k = 0,6. Βρείτε τον αρχικό ρυθμό της αντίδρασης και τον ρυθμό μετά από κάποιο χρονικό διάστημα, όταν καταναλωθεί το 50% της ουσίας Α.
2. Ποιος είναι ο συντελεστής θερμοκρασίας της ταχύτητας μιας χημικής αντίδρασης g; , αν με αύξηση της θερμοκρασίας κατά 30 0 C η ταχύτητα αυξάνεται κατά 27 φορές;
3. Ο χρόνος ημιζωής μιας ορισμένης αντίδρασης πρώτης τάξης είναι 30 λεπτά. Υπολογίστε ποιο μέρος της αρχικής ποσότητας θα παραμείνει μετά από 1 ώρα.
Επιλογή Νο. 13
1. Η αντίδραση προχωρά σύμφωνα με την εξίσωση: 2A + B = 2C και είναι δεύτερης τάξης στην ουσία Α και πρώτης τάξης στην ουσία Β. Η σταθερά ταχύτητας αντίδρασης είναι 5 × 10 - 2. Υπολογίστε την ταχύτητα αντίδρασης στις αρχικές συγκεντρώσεις C 0 (A) = 0,4 mol/l. C 0 (B) = 0,9 mol/l και ο ρυθμός αντίδρασης τη στιγμή του σχηματισμού 0,1 mol της ουσίας C.
2. Σε θερμοκρασία 10 0 C η αντίδραση γίνεται σε 80 λεπτά. Σε ποια θερμοκρασία θα ολοκληρωθεί η αντίδραση σε 20 λεπτά αν ο συντελεστής θερμοκρασίας του ρυθμού g είναι 2;
3. Κατά τη διάρκεια εργαστηριακών μελετών, διαπιστώθηκε ότι κατά τη διάρκεια της ημέρας η συγκέντρωση του φαρμάκου στο σώμα του ασθενούς μειώθηκε από 0,1 mol/l σε 0,02 mol/l. Υπολογίστε τον χρόνο ημιζωής του φαρμάκου, υποθέτοντας ότι πρόκειται για αντίδραση πρώτης τάξης.
Επιλογή Νο. 14
1. Σε ένα κλειστό δοχείο με όγκο 1 λίτρου υπάρχει ένα μείγμα αερίων που αποτελείται από 1 mol αερίου Α και 3 mol αερίου Β, το οποίο αντιδρά σύμφωνα με την εξίσωση: A + 3B = 2C. Η προς τα εμπρός αντίδραση είναι πρώτης τάξης ως προς την ουσία Α και δεύτερης τάξης ως προς την ουσία Β. Πώς θα αλλάξει ο ρυθμός της προς τα εμπρός αντίδρασης μετά την αντίδραση 0,5 mol αερίου Α;
2. Όταν η θερμοκρασία του συστήματος αυξήθηκε από 10 σε 50 0 C, ο ρυθμός της χημικής αντίδρασης αυξήθηκε 16 φορές. Προσδιορίστε τον συντελεστή θερμοκρασίας του ρυθμού αντίδρασης g .
3. Κατά το ατύχημα στον πυρηνικό σταθμό του Τσερνομπίλ (1986), απελευθερώθηκε το ραδιονουκλίδιο Cs-137, ο χρόνος ημιζωής του οποίου είναι 30 χρόνια. Υπολογίστε ποιο μέρος του ραδιονουκλεϊδίου που εισήλθε στο σώμα παραμένει αυτή τη στιγμή.
Επιλογή Νο. 15
1. Η αντίδραση προχωρά σύμφωνα με την εξίσωση: Το A + B = C έχει την πρώτη τάξη στην ουσία Α και στην ουσία Β. Στις αρχικές συγκεντρώσεις των ουσιών C 0 (A) = 0,6 mol/l. C0 (Β) = 0,8 mol/l, ο ρυθμός αντίδρασης είναι 0,03 mol/l×s. Προσδιορίστε τη σταθερά ταχύτητας και την ταχύτητα αντίδρασης μετά από κάποιο χρονικό διάστημα όταν η συγκέντρωση της ουσίας Α μειωθεί κατά 0,3 mol/l.
2. Ο ρυθμός αντίδρασης στους 0 0 C είναι 1 mol/l×s. Υπολογίστε τον ρυθμό αυτής της αντίδρασης στους 30 0 C εάν ο συντελεστής θερμοκρασίας του ρυθμού αντίδρασης είναι 3.
3. Η σταθερά ταχύτητας για την υδρόλυση φυτοφαρμάκων στους 25 0 C είναι 0,32 s - 1 . Η αρχική συγκέντρωση του φυτοφαρμάκου στο δείγμα ήταν 2,5 mol/L. Υπολογίστε πόσο χρόνο θα χρειαστεί για να μειωθεί η συγκέντρωση φυτοφαρμάκου στα 0,01 mol/l.
Επιλογή Νο. 16
1. Η αντίδραση αποσύνθεσης προχωρά σύμφωνα με την εξίσωση: 2A = 2B + C και είναι δεύτερης τάξης στην ουσία Α. Η σταθερά ταχύτητας αυτής της αντίδρασης στους 200 0 C είναι 0,05. Αρχική συγκέντρωση C(A) = 2 mol/l. Προσδιορίστε τον ρυθμό αντίδρασης στην υποδεικνυόμενη θερμοκρασία την αρχική στιγμή και τη στιγμή που το 80% της ουσίας Α έχει αποσυντεθεί.
2. Πώς θα αλλάξει ο ρυθμός της άμεσης αντίδρασης: 2A (στερεό) + 3Β (αέριο) = 2C (solv), που έχει μηδενική τάξη στην ουσία Α και τρίτη τάξη στην ουσία Β, εάν η πίεση στο σύστημα είναι αυξήθηκε κατά 3 φορές;
3. Κατά τη διάρκεια μιας ορισμένης αντίδρασης πρώτης τάξης, το 20% της αρχικής ποσότητας της ουσίας υφίσταται μετασχηματισμό σε 45 λεπτά. Προσδιορίστε ποιο μέρος της ουσίας θα παραμείνει μετά από 1,5 ώρα.
Επιλογή Νο. 17
1. Η αλληλεπίδραση των αερίων προχωρά σύμφωνα με την εξίσωση: A + 2B = 2C και είναι πρώτης τάξης στην ουσία Α και δεύτερη στην ουσία Β. Οι αρχικές συγκεντρώσεις των αερίων είναι ίσες με: C 0 (A) = 2 mol/ μεγάλο; C0 (Β) = 4 mol/l; k = 0,02. Υπολογίστε τον ρυθμό της άμεσης αντίδρασης στον αρχικό χρόνο και μετά από κάποιο χρονικό διάστημα, όταν το 50% της ουσίας Α έχει αντιδράσει.
2. Στους 20 0 C η αντίδραση γίνεται σε 2 λεπτά. Πόσος χρόνος θα χρειαστεί για να συμβεί η ίδια αντίδραση στους 0 0 C εάν g = 2;
3. Το μυρμηκικό οξύ διασπάται σε μονοξείδιο του άνθρακα (IV) και υδρογόνο στην επιφάνεια του χρυσού. Η σταθερά ταχύτητας αυτής της αντίδρασης στους 140 0 C είναι ίση με 5,5 × 10 - 4 min –1, και στους 185 0 C είναι 9,2 × 10 - 3 min –1. Προσδιορίστε την ενέργεια ενεργοποίησης αυτής της αντίδρασης.
Επιλογή Νο. 18
1. Η αντίδραση προχωρά σύμφωνα με την εξίσωση: 2A + B = 2C και είναι πρώτης τάξης στην ουσία Α και στην ουσία Β. Η ταχύτητα αντίδρασης είναι 0,5 mol/l×s. Οι αρχικές συγκεντρώσεις των ουσιών είναι: C(A) = 6 mol/l; C(B) = 3 mol/l. Προσδιορίστε τη σταθερά ταχύτητας αυτής της αντίδρασης και την ταχύτητα της αντίδρασης μετά από κάποιο χρονικό διάστημα που η συγκέντρωση της ουσίας Β μειωθεί κατά 1 mol/l.
2. Στους 20 0 C η αντίδραση γίνεται σε 2 λεπτά. Πόσος χρόνος θα χρειαστεί για να συμβεί η ίδια αντίδραση στους 50 0 C εάν g = 2;
3. Η σταθερά ταχύτητας για την αντίδραση αναστροφής του ζαχαροκάλαμου στους 25 0 C είναι ίση με 9,67 × 10 - 3 min - 1 , και στους 40 0 ° C είναι 73,4 × 10 - 3 min - 1 . Προσδιορίστε την ενέργεια ενεργοποίησης αυτής της αντίδρασης στο καθορισμένο εύρος θερμοκρασίας.
Ερωτήσεις και εργασίες δοκιμής
1. Η ταχύτητα των χημικών αντιδράσεων, η διαφορά μεταξύ της μέσης ταχύτητας και της στιγμιαίας ταχύτητας.
2. Γράψτε τη μαθηματική έκφραση του νόμου της δράσης της μάζας για τις χημικές αντιδράσεις:
2A + B = A 2 V
4Fe + 3O 2 = 2Fe 2 O 3
3. Εξάρτηση του ρυθμού μιας χημικής αντίδρασης από τη φύση των αντιδρώντων ουσιών και από τη θερμοκρασία. Νόμος του Van't Hoff, εξίσωση Arrhenius. Ομοιογενής και ετερογενής κατάλυση. Παραδείγματα. Μηχανισμός δράσης του καταλύτη. Ενέργεια ενεργοποίησης μιας χημικής αντίδρασης.
4. Η σταθερά ταχύτητας για την αντίδραση A + 2B = AB 2 είναι ίση με 2 10 -3 l/(mol s). Να υπολογίσετε την ταχύτητά του στην αρχική στιγμή, όταν C A = C B = 0,4 mol/l και μετά από κάποιο χρονικό διάστημα. Σε αυτό το σημείο, η συγκέντρωση της ουσίας ΑΒ2 ήταν 0,1 mol/l.
5. καύση μεθανίου σε οξυγόνο εάν η συγκέντρωση οξυγόνου αυξηθεί 5 φορές;
6. Η χημική αντίδραση προχωρά σύμφωνα με την εξίσωση A + B = C. Στην αρχική χρονική στιγμή, C A = 2,7 mol/l, C B = 2,5 mol/l. Μετά από 0,5 ώρες, η συγκέντρωση της ουσίας Α μειώθηκε και έγινε ίση με CA = 2,5 mol/l. Υπολογίστε τη συγκέντρωση των ουσιών Β και Γ αυτή τη στιγμή και τη μέση ταχύτητα στο καθορισμένο χρονικό διάστημα.
7. Πόσες φορές πρέπει να αυξηθεί η πίεση ώστε ο ρυθμός της χημικής αντίδρασης 2NO 2 + O 2 = 2NO 2 να αυξηθεί 1000 φορές;
8. Πόσες φορές θα αλλάξει ο ρυθμός μιας χημικής αντίδρασης όταν η θερμοκρασία μειωθεί από 70 σε 30 0 C αν ο συντελεστής θερμοκρασίας είναι 3;
9. Πόσους βαθμούς πρέπει να αυξηθεί η θερμοκρασία για να αυξηθεί ο ρυθμός μιας χημικής αντίδρασης κατά 81 φορές; Ο συντελεστής θερμοκρασίας του ρυθμού αντίδρασης είναι 3?
10. Υπολογίστε τον συντελεστή θερμοκρασίας μιας ορισμένης χημικής αντίδρασης εάν, με αύξηση της θερμοκρασίας από 10 σε 50 0 C, ο ρυθμός της χημικής αντίδρασης αυξήθηκε 16 φορές.
Παραδείγματα ολοκλήρωσης εργασιών
Παράδειγμα 1.Να γράψετε μια μαθηματική έκφραση για τον νόμο της δράσης της μάζας για τις ακόλουθες χημικές αντιδράσεις:
Απάντηση.Για την αντίδραση (1) ο ρυθμός εξαρτάται μόνο από τη συγκέντρωση του SO 2, για την αντίδραση (2) - μόνο από τη συγκέντρωση του H 2.
Παράδειγμα 2.Πώς θα αλλάξει ο ρυθμός μιας χημικής αντίδρασης;
4Al(k) + 3O 2 (g) = 2Al 2 O 3 (k),
αν η συγκέντρωση οξυγόνου αυξηθεί κατά 3 φορές;
Λύση
1. Καταγράφουμε την έκφραση για την εξάρτηση του ρυθμού μιας χημικής αντίδρασης από τη συγκέντρωση των αντιδρώντων: V 1 = k 3 .
2. Όταν η συγκέντρωση του οξυγόνου αυξάνεται κατά 3 φορές, ο ρυθμός της χημικής αντίδρασης αυξάνεται: V 2 = k 3 .
V 2 / V 1 = ¾¾¾¾¾¾¾¾¾ = 27
Απάντηση.Όταν η συγκέντρωση του οξυγόνου αυξάνεται κατά 3 φορές, ο ρυθμός της χημικής αντίδρασης αυξάνεται κατά 27 φορές.
Παράδειγμα 3.Πώς θα αλλάξει ο ρυθμός μιας χημικής αντίδρασης;
2Al(k) + 3Cl 2 (g) = 2AlCl 3 (k)
όταν διπλασιάζεται η πίεση;
Λύση.
1. Καταγράφουμε την έκφραση για την εξάρτηση του ρυθμού μιας χημικής αντίδρασης από τη συγκέντρωση των αντιδρώντων: V 1 = k 3 .
2. Όταν η πίεση διπλασιάζεται, διπλασιάζεται και η συγκέντρωση χλωρίου. Επομένως, V 2 = k 3.
3. Η μεταβολή του ρυθμού μιας χημικής αντίδρασης είναι
V 2 / V 1 = ¾¾¾¾¾¾¾ = 8
Απάντηση.Όταν η πίεση διπλασιάζεται, ο ρυθμός αυτής της χημικής αντίδρασης αυξάνεται 8 φορές.
Παράδειγμα 4.Ο συντελεστής θερμοκρασίας της ταχύτητας μιας χημικής αντίδρασης είναι 2,5. Πώς θα αλλάξει η ταχύτητά του α) όταν η θερμοκρασία του μείγματος της αντίδρασης αυξηθεί από 60 σε 100 o C; β) όταν η θερμοκρασία πέσει από 50 σε 30 o C.
Λύση
1. Η εξάρτηση του ρυθμού μιας χημικής αντίδρασης από τη θερμοκρασία καθορίζεται από τον κανόνα Van't Hoff. Η μαθηματική του έκφραση είναι:
V 2 = V 1 γ (t2 - t1) / 10.
Επομένως, α) V 2 / V 1 = 2,5 (100-60) / 10 = 2,5 4 = 39,06;
β) V 2 / V 1 = 2,5 (30-50) / 10 = 2,5 -2 = 1/ 6,25 = 0,16.
Απάντηση.Όταν η θερμοκρασία αυξάνεται κατά 40 o, ο ρυθμός αυτής της αντίδρασης αυξάνεται κατά 39,06 φορές· όταν η θερμοκρασία μειώνεται κατά 20 o, ο ρυθμός της χημικής αντίδρασης μειώνεται κατά 6,25 φορές και είναι μόνο 0,16 του ρυθμού της χημικής αντίδρασης σε μια θερμοκρασία των 50 o C.
Θέμα. Χημική ισορροπία
Ερωτήσεις και εργασίες δοκιμής
1. Αναστρέψιμες και μη αναστρέψιμες χημικές αντιδράσεις. Δώσε παραδείγματα. Τα κύρια σημάδια μη αναστρεψιμότητας των αντιδράσεων. Ψευδής χημική ισορροπία.
2. Νόμος δράσης μάζας για αναστρέψιμες χημικές αντιδράσεις. Φυσική σημασία της σταθεράς χημικής ισορροπίας.
3. Γράψτε την έκφραση για τη σταθερά χημικής ισορροπίας για τις ακόλουθες χημικές αντιδράσεις:
3Fe(k) + 4H 2 O(g) Fe 3 O 4 (k) + 4H 2 (g)
CaO(k) + CO 2 (g) CaCO 3 (k)
Ca(k) + C(k) +3/2O 2 (g) CaCO 3 (k)
4. Η αρχή του Le Chatelier. Δώσε παραδείγματα.
5. Πώς μια αύξηση της πίεσης επηρεάζει τη μετατόπιση της χημικής ισορροπίας στις ακόλουθες αντιδράσεις:
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(k) + CO 2 (g) 2CO(g)
6. Η χημική ισορροπία στις ακόλουθες αντιδράσεις θα μετατοπιστεί προς την κατεύθυνση της προς τα εμπρός ή αντίστροφης αντίδρασης καθώς η θερμοκρασία μειώνεται:
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. Ποιοι παράγοντες μπορούν να μετατοπίσουν τη χημική ισορροπία προς μια άμεση αντίδραση:
C(k) + H 2 O(g) CO(g) + H 2 (g) - 129,89 kJ
N 2 (g) + 3H2 (g) 2NH3 (g) DH< 0
8. Η χημική ισορροπία στην αντίδραση 2SO 2 (g) + O 2 (g) = 2SO 3 (g) εδραιώθηκε στις ακόλουθες συγκεντρώσεις αντιδρώντων: = 0,2 mol/l, = 0,05 mol/l, = 0,09 mol/l . Πώς θα αλλάξει ο ρυθμός της μπροστινής αντίδρασης και ο ρυθμός της αντίστροφης αντίδρασης εάν ο όγκος του μείγματος αερίων μειωθεί κατά 3 φορές;
9. Υπολογίστε τη συγκέντρωση ισορροπίας υδρογόνου και χλωρίου στη χημική αντίδραση: H 2 (g) + Cl 2 (g) = 2HCl (g), αν οι αρχικές συγκεντρώσεις C (H 2) = 0,5 mol/l, C (Cl 2) = 1,5 mol/l, και η συγκέντρωση ισορροπίας υδροχλωρίου = 0,8 mol/l. Να υπολογίσετε τη σταθερά της χημικής ισορροπίας.
10. Σε ορισμένη θερμοκρασία, η σύνθεση του μείγματος ισορροπίας έχει ως εξής: m(CO) = 11,2 g, m(Cl 2) = 14,2 g, m(COCl 2) = 19,8 g, ο όγκος του είναι 10 λίτρα. Υπολογίστε τη σταθερά ισορροπίας της χημικής αντίδρασης CO(g) + Cl 2 (g) COCl 2 (g)
Παραδείγματα ολοκλήρωσης εργασιών
Παράδειγμα 1.Να γράψετε μια μαθηματική έκφραση για τη σταθερά χημικής ισορροπίας της αντίδρασης Ca 3 N 2 (k) + 6H 2 O (g) = 3Ca(OH) 2 (k) + 2NH 3 (g).
Λύση.Η μαθηματική έκφραση για τη σταθερά χημικής ισορροπίας (ο νόμος της δράσης μάζας για αναστρέψιμες αντιδράσεις) δεν λαμβάνει υπόψη τη συμμετοχή ουσιών στη στερεά και την υγρή φάση. Ως εκ τούτου,
Απάντηση.Η σταθερά ισορροπίας προσδιορίζεται από την αναλογία των συγκεντρώσεων ισορροπίας αμμωνίας και νερού στην αέρια φάση.
Παράδειγμα 2.Για την αντίδραση CoO(k) + CO(g) = Co(k) + CO 2 (g), υπολογίστε τη σταθερά χημικής ισορροπίας εάν το 80% του CO έχει αντιδράσει μέχρι τη στιγμή της ισορροπίας, η αρχική συγκέντρωση του CO είναι 1,88 mol /μεγάλο.
Λύση
1. Μαθηματική έκφραση για τη σταθερά χημικής ισορροπίας Kc = /.
2. Συγκεντρώσεις ισορροπίας CO και CO 2. Η συγκέντρωση ισορροπίας του CO θα είναι μικρότερη από την αρχική (μέρος της ουσίας - 80% - έχει εισέλθει σε χημική αντίδραση:
[CO] = C (CO)αναφ. – C (CO) αντιδρούν. = 1,88 – (1,88 80)/ 100 =
0,376 mol/l.
Η συγκέντρωση ισορροπίας του CO 2 είναι ίση με:
[CO 2 ] = C (CO) αντίδραση = (1,88 80)/ 100 = 1,504 mol/l.
3. Στη μαθηματική έκφραση για τη σταθερά χημικής ισορροπίας, αντικαθιστούμε τις τιμές των συγκεντρώσεων ισορροπίας CO και CO 2:
Kc = 1,504/ 0,376 = 4.
Απάντηση.Η σταθερά χημικής ισορροπίας αυτής της αντίδρασης είναι 4; που δείχνει ότι σε αυτό το χρονικό σημείο ο ρυθμός της προς τα εμπρός αντίδρασης είναι 4 φορές υψηλότερος από τον ρυθμό της αντίστροφης αντίδρασης.
Παράδειγμα 3.Προς ποια κατεύθυνση θα μετατοπιστεί η χημική ισορροπία της αντίδρασης 2NiO(k) + CO 2 (g) + H 2 O(g) = (NiOH) 2 CO 3 (k) DH o;< 0
α) με την αύξηση της πίεσης, β) με την αύξηση της θερμοκρασίας; Προτείνετε τη βέλτιστη αλλαγή στις θερμοδυναμικές παραμέτρους T και P για να αυξήσετε την απόδοση του προϊόντος αντίδρασης.
Λύση
1. Σύμφωνα με την αρχή του Le Chatelier, μια αύξηση της πίεσης μετατοπίζει την ισορροπία μιας χημικής αντίδρασης σε μια κατεύθυνση που συνοδεύεται από μείωση του όγκου του συστήματος αντίδρασης. Καθώς η πίεση αυξάνεται, η ισορροπία αυτής της αντίδρασης μετατοπίζεται προς τα δεξιά (ο ρυθμός της προς τα εμπρός αντίδρασης είναι υψηλότερος από την αντίστροφη αντίδραση).
2. Σύμφωνα με την αρχή του Le Chatelier, μια αύξηση της θερμοκρασίας μετατοπίζει τη χημική ισορροπία προς μια ενδόθερμη αντίδραση. Κατά συνέπεια, καθώς αυξάνεται η θερμοκρασία, η ισορροπία αυτής της αντίδρασης μετατοπίζεται προς τα αριστερά (ο ρυθμός της αντίστροφης αντίδρασης είναι υψηλότερος από την αντίστροφη αντίδραση).
3. Για να αυξηθεί η απόδοση του προϊόντος της χημικής αντίδρασης του σχηματισμού υδροξυανθρακικού νικελίου (II), θα πρέπει να αυξηθεί η πίεση και να μειωθεί η θερμοκρασία.
Παράδειγμα 4.Γράψτε μια παράσταση για τη σταθερά χημικής ισορροπίας της αντίδρασης:
MgO(k) + H2 (g) = Mg(k) + H2O(l).
Η αύξηση της πίεσης επηρεάζει τη μετατόπιση της χημικής ισορροπίας;
Λύση.Για ετερογενείς αντιδράσεις στην έκφραση για ρυθμό.
1. Βασικές έννοιες και αξιώματα της χημικής κινητικής
Η χημική κινητική είναι ένας κλάδος της φυσικής χημείας που μελετά τους ρυθμούς των χημικών αντιδράσεων. Τα κύρια καθήκοντα της χημικής κινητικής: 1) υπολογισμός ρυθμών αντίδρασης και προσδιορισμός κινητικών καμπυλών, δηλ. εξάρτηση των συγκεντρώσεων των αντιδρώντων στο χρόνο ( άμεση εργασία) 2) προσδιορισμός μηχανισμών αντίδρασης από κινητικές καμπύλες ( αντίστροφο πρόβλημα).
Ο ρυθμός μιας χημικής αντίδρασης περιγράφει τη μεταβολή στις συγκεντρώσεις των αντιδρώντων ανά μονάδα χρόνου. Για αντίδραση
έναΑ+ σιΒ+... ρε D+ μι E+...
ο ρυθμός αντίδρασης προσδιορίζεται ως εξής:
όπου οι αγκύλες υποδεικνύουν τη συγκέντρωση της ουσίας (συνήθως μετράται σε mol/l), t- χρόνος; ένα, σι, ρε, μι- στοιχειομετρικοί συντελεστές στην εξίσωση αντίδρασης.
Ο ρυθμός αντίδρασης εξαρτάται από τη φύση των αντιδρώντων, τη συγκέντρωσή τους, τη θερμοκρασία και την παρουσία ενός καταλύτη. Η εξάρτηση του ρυθμού αντίδρασης από τη συγκέντρωση περιγράφεται από το βασικό αξίωμα της χημικής κινητικής - νόμος της μαζικής δράσης:
Ο ρυθμός μιας χημικής αντίδρασης σε κάθε χρονική στιγμή είναι ανάλογος με τις τρέχουσες συγκεντρώσεις των αντιδρώντων, αυξημένες σε ορισμένες δυνάμεις:
,
Οπου κ- σταθερά ρυθμού (ανεξάρτητα από τη συγκέντρωση). Χ, y- κάποιοι αριθμοί που καλούνται σειρά αντίδρασης ανά ουσίαΑ και Β, αντίστοιχα. Γενικά, αυτοί οι αριθμοί δεν έχουν καμία σχέση με τους συντελεστές έναΚαι σιστην εξίσωση της αντίδρασης. Άθροισμα εκθετών Χ+ yπου ονομάζεται γενική σειρά αντίδρασης. Η σειρά της αντίδρασης μπορεί να είναι θετική ή αρνητική, ακέραια ή κλασματική.
Οι περισσότερες χημικές αντιδράσεις αποτελούνται από διάφορα στάδια που ονομάζονται στοιχειώδεις αντιδράσεις. Μια στοιχειώδης αντίδραση συνήθως νοείται ως μια ενιαία πράξη σχηματισμού ή ρήξης ενός χημικού δεσμού, που προχωρά μέσω του σχηματισμού ενός συμπλόκου μετάπτωσης. Ο αριθμός των σωματιδίων που συμμετέχουν σε μια στοιχειώδη αντίδραση ονομάζεται μοριακότητααντιδράσεις. Υπάρχουν μόνο τρεις τύποι στοιχειωδών αντιδράσεων: μονομοριακές (A B + ...), διμοριακές (A + B D + ...) και τριμοριακές (2A + B D + ...). Για τις στοιχειώδεις αντιδράσεις, η συνολική σειρά είναι ίση με τη μοριακότητα και οι τάξεις ανά ουσία είναι ίσες με τους συντελεστές στην εξίσωση αντίδρασης.
ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑΤΑ
Παράδειγμα 1-1.Ο ρυθμός σχηματισμού ΝΟ στην αντίδραση 2NOBr (g) 2NO (g) + Br 2 (g) είναι 1,6. 10 -4 mol/(l.s). Ποιος είναι ο ρυθμός αντίδρασης και ο ρυθμός κατανάλωσης NOBr;
Λύση. Εξ ορισμού, ο ρυθμός αντίδρασης είναι:
ΜοΙ/(λ.δ).
Από τον ίδιο ορισμό προκύπτει ότι ο ρυθμός κατανάλωσης NOBr είναι ίσος με τον ρυθμό σχηματισμού ΝΟ με το αντίθετο πρόσημο:
mol/(l.s).
Παράδειγμα 1-2.Στην αντίδραση 2ης τάξης Α + Β Δ, οι αρχικές συγκεντρώσεις των ουσιών Α και Β είναι ίσες με 2,0 mol/L και 3,0 mol/L, αντίστοιχα. Ο ρυθμός αντίδρασης είναι 1,2. 10 -3 mol/(l.s) σε [Α] = 1,5 mol/l. Υπολογίστε τη σταθερά ταχύτητας και την ταχύτητα αντίδρασης σε [B] = 1,5 mol/L.
Λύση. Σύμφωνα με το νόμο της δράσης της μάζας, ανά πάσα στιγμή ο ρυθμός αντίδρασης είναι ίσος με:
.
Μέχρι τη στιγμή που [Α] = 1,5 mol/l, έχουν αντιδράσει 0,5 mol/l των ουσιών Α και Β, άρα [Β] = 3 – 0,5 = 2,5 mol/l. Η σταθερά του ρυθμού είναι:
L/(mol. s).
Μέχρι τη στιγμή που [B] = 1,5 mol/l, έχουν αντιδράσει 1,5 mol/l των ουσιών Α και Β, άρα [A] = 2 – 1,5 = 0,5 mol/l. Ο ρυθμός αντίδρασης είναι:
ΜοΙ/(λ.δ).
ΚΑΘΗΚΟΝΤΑ
1-1. Πώς εκφράζεται ο ρυθμός της αντίδρασης σύνθεσης αμμωνίας 1/2 N 2 + 3/2 H 2 = NH 3 ως προς τις συγκεντρώσεις αζώτου και υδρογόνου; (απάντηση)
1-2. Πώς θα αλλάξει ο ρυθμός της αντίδρασης σύνθεσης αμμωνίας 1/2 N 2 + 3/2 H 2 = NH 3 εάν η εξίσωση της αντίδρασης γραφτεί ως N 2 + 3H 2 = 2NH 3; (απάντηση)
1-3. Ποια είναι η σειρά των στοιχειωδών αντιδράσεων: α) Cl + H 2 = HCl + H; β) 2NO + Cl 2 = 2NOCl; (απάντηση)
1-4. Ποιες από τις ακόλουθες ποσότητες μπορεί να είναι α) αρνητικές; β) κλασματικές τιμές: ταχύτητα αντίδρασης, σειρά αντίδρασης, μοριακότητα αντίδρασης, σταθερά ταχύτητας, στοιχειομετρικός συντελεστής; (απάντηση)
1-5. Η ταχύτητα μιας αντίδρασης εξαρτάται από τη συγκέντρωση των προϊόντων της αντίδρασης; (απάντηση)
1-6. Πόσες φορές θα αυξηθεί ο ρυθμός της στοιχειώδους αντίδρασης αέριας φάσης A = 2D όταν η πίεση αυξηθεί κατά 3 φορές; (απάντηση)
1-7. Προσδιορίστε τη σειρά της αντίδρασης εάν η σταθερά ταχύτητας έχει διάσταση l 2 / (mol 2 . s). (απάντηση)
1-8. Η σταθερά ταχύτητας μιας αντίδρασης αερίου 2ης τάξης στους 25 o C είναι ίση με 10 3 l/(mol. s). Με τι ισούται αυτή η σταθερά εάν η κινητική εξίσωση εκφράζεται σε όρους πίεσης σε ατμόσφαιρες; (απάντηση)
1-9. Για αντίδραση αέριας φάσης nης τάξης nA B, να εκφράσετε το ρυθμό σχηματισμού του B σε σχέση με τη συνολική πίεση. (απάντηση)
1-10. Οι σταθερές ταχύτητας για την πρόσθια και την αντίστροφη αντίδραση είναι 2,2 και 3,8 l/(mol. s). Με ποιον από τους παρακάτω μηχανισμούς μπορούν να συμβούν αυτές οι αντιδράσεις: α) A + B = D; β) A + B = 2D; γ) A = B + D; δ) 2A = B.(απάντηση)
1-11. Η αντίδραση αποσύνθεσης 2HI H 2 + I 2 έχει 2η τάξη με σταθερά ρυθμού κ= 5,95. 10 -6 l/(mol. s). Υπολογίστε τον ρυθμό αντίδρασης σε πίεση 1 atm και θερμοκρασία 600 K. (απάντηση)
1-12. Ο ρυθμός της αντίδρασης 2ης τάξης Α + Β Δ είναι 2,7. 10 -7 mol/(l.s) σε συγκεντρώσεις ουσιών Α και Β, αντίστοιχα, 3,0. 10 -3 mol/l και 2,0 mol/l. Υπολογίστε τη σταθερά του ρυθμού.(απάντηση)
1-13. Στην αντίδραση 2ης τάξης Α + Β 2Δ, οι αρχικές συγκεντρώσεις των ουσιών Α και Β είναι ίσες με 1,5 mol/l. Ο ρυθμός αντίδρασης είναι 2,0. 10 -4 mol/(l.s) σε [Α] = 1,0 mol/l. Υπολογίστε τη σταθερά ταχύτητας και την ταχύτητα αντίδρασης σε [B] = 0,2 mol/L. (απάντηση)
1-14. Στην αντίδραση 2ης τάξης A + B 2D, οι αρχικές συγκεντρώσεις των ουσιών Α και Β είναι ίσες με 0,5 και 2,5 mol/l, αντίστοιχα. Πόσες φορές ο ρυθμός αντίδρασης στο [A] = 0,1 mol/l είναι μικρότερος από τον αρχικό ρυθμό; (απάντηση)
1-15. Ο ρυθμός της αντίδρασης αέριας φάσης περιγράφεται από την εξίσωση w = κ. [Α2 . [ΣΙ]. Σε ποια αναλογία μεταξύ των συγκεντρώσεων του Α και του Β ο αρχικός ρυθμός αντίδρασης θα είναι μέγιστος σε μια σταθερή ολική πίεση; (απάντηση)
2. Κινητική απλών αντιδράσεων
Σε αυτή την ενότητα, με βάση το νόμο της δράσης της μάζας, θα συνθέσουμε και θα λύσουμε κινητικές εξισώσεις για μη αναστρέψιμες αντιδράσεις ολόκληρης τάξης.
Αντιδράσεις 0ης τάξης.Ο ρυθμός αυτών των αντιδράσεων δεν εξαρτάται από τη συγκέντρωση:
,
όπου [A] είναι η συγκέντρωση της αρχικής ουσίας. Η μηδενική τάξη εμφανίζεται σε ετερογενείς και φωτοχημικές αντιδράσεις.
Αντιδράσεις 1ης τάξης.Στις αντιδράσεις τύπου Α-Β, ο ρυθμός είναι ευθέως ανάλογος με τη συγκέντρωση:
.
Κατά την επίλυση κινητικών εξισώσεων, χρησιμοποιείται συχνά ο ακόλουθος συμβολισμός: αρχική συγκέντρωση [A] 0 = ένα, συγκέντρωση ρεύματος [A] = ένα - Χ(t), Οπου Χ(t) είναι η συγκέντρωση της ουσίας Α που αντέδρασε. Σε αυτόν τον συμβολισμό, η κινητική εξίσωση για την αντίδραση 1ης τάξης και η λύση της έχουν τη μορφή:
Η λύση της κινητικής εξίσωσης γράφεται επίσης με άλλη μορφή, κατάλληλη για την ανάλυση της σειράς αντίδρασης:
.
Ο χρόνος κατά τον οποίο διασπάται το ήμισυ της ουσίας Α ονομάζεται χρόνος ημιζωής t 1/2. Ορίζεται από την εξίσωση Χ(t 1/2) = ένα/2 και ίσο
Αντιδράσεις 2ης τάξης.Σε αντιδράσεις τύπου A + B D + ..., ο ρυθμός είναι ευθέως ανάλογος με το γινόμενο των συγκεντρώσεων:
.
Αρχικές συγκεντρώσεις ουσιών: [A] 0 = ένα, [B] 0 = σι; συγκεντρώσεις ρεύματος: [A] = ένα- Χ(t), [Β] = σι - Χ(t).
Κατά την επίλυση αυτής της εξίσωσης, διακρίνονται δύο περιπτώσεις.
1) πανομοιότυπες αρχικές συγκεντρώσεις των ουσιών Α και Β: ένα = σι. Η κινητική εξίσωση έχει τη μορφή:
.
Η λύση αυτής της εξίσωσης γράφεται με διάφορες μορφές:
Οι χρόνοι ημιζωής των ουσιών Α και Β είναι ίδιες και ίσες με:
2) Οι αρχικές συγκεντρώσεις των ουσιών Α και Β είναι διαφορετικές: ένα
σι. Η κινητική εξίσωση έχει τη μορφή: 
.
Η λύση αυτής της εξίσωσης μπορεί να γραφτεί ως εξής:
Οι χρόνοι ημιζωής των ουσιών Α και Β είναι διαφορετικοί: 
.
Αντιδράσεις Νης τάξης n A D + ... Η κινητική εξίσωση έχει τη μορφή:
.
Λύση της κινητικής εξίσωσης:
. (2.1)
Ο χρόνος ημιζωής της ουσίας Α είναι αντιστρόφως ανάλογος με ( n-1) ο βαθμός αρχικής συγκέντρωσης:
. (2.2)
Παράδειγμα 2-1.Ο χρόνος ημιζωής του ραδιενεργού ισοτόπου 14 C είναι 5730 χρόνια. Κατά τις αρχαιολογικές ανασκαφές, βρέθηκε ένα δέντρο του οποίου η περιεκτικότητα σε 14 C ήταν 72% της κανονικής. Πόσο χρονών είναι το δέντρο;
Λύση.Η ραδιενεργή διάσπαση είναι αντίδραση 1ης τάξης. Η σταθερά του ρυθμού είναι:
Ο χρόνος ζωής ενός δέντρου μπορεί να βρεθεί από την επίλυση της κινητικής εξίσωσης, λαμβάνοντας υπόψη το γεγονός ότι [A] = 0,72. [A] 0:
Παράδειγμα 2-2.Έχει διαπιστωθεί ότι μια αντίδραση 2ης τάξης (ένα αντιδραστήριο) ολοκληρώνεται κατά 75% σε 92 λεπτά σε αρχική συγκέντρωση αντιδραστηρίου 0,24 M. Πόσος χρόνος θα χρειαστεί για να φτάσει η συγκέντρωση του αντιδραστηρίου στα 0,16 M υπό τις ίδιες συνθήκες;
Λύση.Ας γράψουμε τη λύση της κινητικής εξίσωσης για μια αντίδραση 2ης τάξης με ένα αντιδραστήριο δύο φορές:
,
όπου, κατά συνθήκη, ένα= 0,24 M, t 1 = 92 λεπτά, Χ 1 = 0,75. 0,24 = 0,18 M, Χ 2 = 0,24 - 0,16 = 0,08 Μ. Ας διαιρέσουμε τη μια εξίσωση με την άλλη:
Παράδειγμα 2-3.Για μια στοιχειώδη αντίδραση n A B συμβολίζουμε τον χρόνο ημιζωής του A με t 1/2, και τον χρόνο διάσπασης του A κατά 75% με t 3/4. Αποδείξτε ότι η αναλογία t 3/4 / t 1/2 δεν εξαρτάται από την αρχική συγκέντρωση, αλλά καθορίζεται μόνο από τη σειρά της αντίδρασης n.Λύση.Ας γράψουμε τη λύση της κινητικής εξίσωσης για την αντίδραση δύο φορές n-η σειρά με ένα αντιδραστήριο:
και διαιρέστε τη μια έκφραση με την άλλη. Σταθερές κΚαι έναΚαι οι δύο εκφράσεις θα ακυρωθούν και παίρνουμε:
.
Αυτό το αποτέλεσμα μπορεί να γενικευτεί αποδεικνύοντας ότι ο λόγος των χρόνων για τους οποίους ο βαθμός μετατροπής είναι a και b εξαρτάται μόνο από τη σειρά της αντίδρασης:
.
ΚΑΘΗΚΟΝΤΑ
2-1. Χρησιμοποιώντας τη λύση της κινητικής εξίσωσης, να αποδείξετε ότι για αντιδράσεις 1ης τάξης ο χρόνος t Χ, κατά την οποία φτάνει ο βαθμός μετατροπής της αρχικής ουσίας Χ, δεν εξαρτάται από την αρχική συγκέντρωση. (απάντηση)2-2. Η αντίδραση πρώτης τάξης προχωρά 30% σε 7 λεπτά. Πόσος χρόνος θα χρειαστεί για να ολοκληρωθεί η αντίδραση κατά 99%; (απάντηση)
2-3. Ο χρόνος ημιζωής του ραδιενεργού ισοτόπου 137 Cs, που εισήλθε στην ατμόσφαιρα ως αποτέλεσμα του ατυχήματος του Τσερνομπίλ, είναι 29,7 χρόνια. Μετά από ποιο χρονικό διάστημα η ποσότητα αυτού του ισοτόπου θα είναι μικρότερη από το 1% του αρχικού; (απάντηση)
2-4. Ο χρόνος ημιζωής του ραδιενεργού ισοτόπου 90 Sr, που εισέρχεται στην ατμόσφαιρα κατά τις πυρηνικές δοκιμές, είναι 28,1 χρόνια. Ας υποθέσουμε ότι το σώμα ενός νεογέννητου παιδιού απορρόφησε 1,00 mg αυτού του ισοτόπου. Πόσο στρόντιο θα παραμείνει στο σώμα μετά από α) 18 χρόνια, β) 70 χρόνια, αν υποθέσουμε ότι δεν αποβάλλεται από το σώμα; (απάντηση)
2-5. Η σταθερά ταχύτητας για την αντίδραση πρώτης τάξης SO 2 Cl 2 = SO 2 + Cl 2 είναι 2,2. 10 -5 s -1 στους 320 o C. Τι ποσοστό SO 2 Cl 2 θα αποσυντεθεί όταν διατηρηθεί για 2 ώρες σε αυτή τη θερμοκρασία; (απάντηση)
2-6. Σταθερά ταχύτητας αντίδρασης 1ης τάξης
2N 2 O 5 (g) 4NO 2 (g) + O 2 (g)
στους 25 o C ισούται με 3,38. 10 -5 s -1. Ποιος είναι ο χρόνος ημιζωής του N 2 O 5; Ποια θα είναι η πίεση στο σύστημα μετά από α) 10 s, β) 10 min, εάν η αρχική πίεση ήταν 500 mm Hg; Τέχνη. (απάντηση)
2-7. Η αντίδραση πρώτης τάξης διεξάγεται με ποικίλες ποσότητες του υλικού έναρξης. Θα τέμνονται οι εφαπτομένες στα αρχικά τμήματα των κινητικών καμπυλών σε ένα σημείο του άξονα x; Εξηγήστε την απάντησή σας. (απάντηση)
2-8. Η αντίδραση πρώτης τάξης Α 2Β συμβαίνει στην αέρια φάση. Η αρχική πίεση είναι Π 0 (Λείπει το Β). Βρείτε την εξάρτηση της συνολικής πίεσης από το χρόνο. Μετά από ποιο χρονικό διάστημα η πίεση θα αυξηθεί κατά 1,5 φορές σε σύγκριση με την αρχική; Ποια είναι η εξέλιξη της αντίδρασης αυτή τη στιγμή; (απάντηση)
2-9. Η αντίδραση δεύτερης τάξης 2Α Β συμβαίνει στην αέρια φάση. Η αρχική πίεση είναι Π 0 (Λείπει το Β). Βρείτε την εξάρτηση της συνολικής πίεσης από το χρόνο. Μετά από ποιο χρονικό διάστημα η πίεση θα μειωθεί κατά 1,5 φορές σε σύγκριση με την αρχική; Ποια είναι η εξέλιξη της αντίδρασης αυτή τη στιγμή; (απάντηση)
2-10. Η ουσία Α αναμίχθηκε με τις ουσίες Β και Γ σε ίσες συγκεντρώσεις 1 mol/l. Μετά από 1000 s, παραμένει το 50% της ουσίας Α. Πόση ουσία Α θα παραμείνει μετά από 2000 s εάν η αντίδραση έχει: α) μηδέν, β) πρώτη, γ) δεύτερη, γ) τρίτη γενική τάξη; (απάντηση)
2-11. Ποια από τις αντιδράσεις - πρώτης, δεύτερης ή τρίτης τάξης - θα τελειώσει πιο γρήγορα εάν οι αρχικές συγκεντρώσεις των ουσιών είναι 1 mol/l και όλες οι σταθερές ταχύτητας εκφρασμένες σε mol/l και s είναι ίσες με 1; (απάντηση)
2-12. Αντίδραση
CH 3 CH 2 NO 2 + OH - H 2 O + CH 3 CHNO 2 -
έχει σταθερά δεύτερης τάξης και ρυθμού κ= 39,1 l/(mol. min) στους 0 o C. Παρασκευάστηκε ένα διάλυμα που περιείχε 0,004 Μ νιτροαιθάνιο και 0,005 Μ NaOH. Πόσο καιρό θα χρειαστεί για να αντιδράσει το 90% του νιτροαιθανίου;
2-13. Η σταθερά ταχύτητας για τον ανασυνδυασμό των ιόντων H + και FG - (φαινυλογλυοξυνικό) σε ένα μόριο UFG στους 298 K είναι ίση με κ= 10 11,59 l/(mol. s). Υπολογίστε το χρόνο που χρειάζεται για να ολοκληρωθεί η αντίδραση 99,999% εάν οι αρχικές συγκεντρώσεις και των δύο ιόντων είναι 0,001 mol/L. (απάντηση)
2-14. Ο ρυθμός οξείδωσης της 1-βουτανόλης από το υποχλωριώδες οξύ δεν εξαρτάται από τη συγκέντρωση αλκοόλης και είναι ανάλογος του 2. Πόσος χρόνος θα χρειαστεί για να ολοκληρωθεί η αντίδραση οξείδωσης στους 298 K για να ολοκληρωθεί το 90% εάν το αρχικό διάλυμα περιείχε 0,1 mol/L HClO και 1 mol/L αλκοόλη; Η σταθερά του ρυθμού αντίδρασης είναι κ= 24 l/(mol min). (απάντηση)
2-15. Σε μια ορισμένη θερμοκρασία, ένα διάλυμα οξικού αιθυλεστέρα 0,01 Μ σαπωνοποιείται με διάλυμα NaOH 0,002 Μ κατά 10% σε 23 λεπτά. Μετά από πόσα λεπτά θα σαπωνοποιηθεί στον ίδιο βαθμό με διάλυμα ΚΟΗ 0,005 Μ; Σκεφτείτε ότι αυτή η αντίδραση είναι δεύτερης τάξης, και τα αλκάλια είναι τελείως διαχωρισμένα. (απάντηση)
2-16. Η αντίδραση δεύτερης τάξης Α + Β Ρ πραγματοποιείται σε διάλυμα με αρχικές συγκεντρώσεις [A] 0 = 0,050 mol/L και [B] 0 = 0,080 mol/L. Μετά από 1 ώρα, η συγκέντρωση της ουσίας Α μειώθηκε στα 0,020 mol/l. Υπολογίστε τη σταθερά του ρυθμού και τους χρόνους ημιζωής και των δύο ουσιών.
ΜΑΘΗΜΑ 10ο 10η τάξη(πρώτο έτος σπουδών)
Βασικές αρχές χημικής κινητικής. Σχέδιο κατάστασης χημικής ισορροπίας
1. Χημική κινητική και το πεδίο μελέτης της.
2. Ρυθμός ομογενών και ετερογενών αντιδράσεων.
3. Εξάρτηση του ρυθμού αντίδρασης από διάφορους παράγοντες: τη φύση των αντιδραστηρίων, τη συγκέντρωση των αντιδραστηρίων (νόμος δράσης μάζας), θερμοκρασία (κανόνας van't Hoff), καταλύτης.
4. Αναστρέψιμες και μη αναστρέψιμες χημικές αντιδράσεις.
5. Χημική ισορροπία και συνθήκες μετατόπισής της. Η αρχή του Le Chatelier.
Ο κλάδος της χημείας που μελετά τους ρυθμούς και τους μηχανισμούς των χημικών αντιδράσεων ονομάζεται χημική κινητική. Μία από τις κύριες έννοιες σε αυτή την ενότητα είναι η έννοια του ρυθμού μιας χημικής αντίδρασης. Ορισμένες χημικές αντιδράσεις συμβαίνουν σχεδόν αμέσως (για παράδειγμα, μια αντίδραση εξουδετέρωσης σε διάλυμα), άλλες χρειάζονται χιλιάδες χρόνια (για παράδειγμα, η μετατροπή του γραφίτη σε άργιλο κατά τη διάβρωση των πετρωμάτων).
Ο ρυθμός μιας ομοιογενούς αντίδρασης είναι η ποσότητα μιας ουσίας που αντιδρά ή σχηματίζεται ως αποτέλεσμα μιας αντίδρασης ανά μονάδα χρόνου ανά μονάδα όγκου του συστήματος:
Με άλλα λόγια, ο ρυθμός μιας ομοιογενούς αντίδρασης είναι ίσος με τη μεταβολή της μοριακής συγκέντρωσης οποιουδήποτε από τα αντιδρώντα ανά μονάδα χρόνου. Ο ρυθμός αντίδρασης είναι θετική ποσότητα, επομένως, όταν εκφράζεται μέσω αλλαγής της συγκέντρωσης του προϊόντος της αντίδρασης, δίνεται το σύμβολο «+» και όταν η συγκέντρωση του αντιδραστηρίου αλλάζει, δίνεται το πρόσημο «–».
Ο ρυθμός μιας ετερογενούς αντίδρασης είναι η ποσότητα της ουσίας που αντιδρά ή σχηματίζεται ως αποτέλεσμα μιας αντίδρασης ανά μονάδα χρόνου ανά μονάδα επιφάνειας της φάσης:
Οι πιο σημαντικοί παράγοντες που επηρεάζουν τον ρυθμό μιας χημικής αντίδρασης είναι η φύση και η συγκέντρωση των αντιδραστηρίων, η θερμοκρασία και η παρουσία ενός καταλύτη.
Επιρροή φύση των αντιδραστηρίωνεκδηλώνεται στο γεγονός ότι, υπό τις ίδιες συνθήκες, διαφορετικές ουσίες αλληλεπιδρούν μεταξύ τους με διαφορετικούς ρυθμούς, για παράδειγμα:
Όταν αυξάνεται συγκεντρώσεις αντιδραστηρίωνο αριθμός των συγκρούσεων μεταξύ των σωματιδίων αυξάνεται, γεγονός που οδηγεί σε αύξηση του ρυθμού αντίδρασης. Η ποσοτική εξάρτηση του ρυθμού αντίδρασης από τη συγκέντρωση των αντιδραστηρίων εκφράζεται με το νόμο της αποτελεσματικής μάζας (K.M. Guldberg and P. Waage, 1867, N.I. Beketov, 1865). Ο ρυθμός μιας ομοιογενούς χημικής αντίδρασης σε σταθερή θερμοκρασία είναι ευθέως ανάλογος με το γινόμενο της συγκέντρωσης των αντιδρώντων ουσιών σε δυνάμεις ίσες με τους στοιχειομετρικούς συντελεστές τους (δεν λαμβάνονται υπόψη οι συγκεντρώσεις στερεών ουσιών), για παράδειγμα:
όπου τα Α και Β είναι αέρια ή υγρά, κ -σταθερά ταχύτητας αντίδρασης ίση με την ταχύτητα αντίδρασης σε συγκέντρωση αντιδραστηρίου 1 mol/l. Συνεχής κεξαρτάται από τις ιδιότητες των αντιδρώντων ουσιών και τη θερμοκρασία, αλλά δεν εξαρτάται από τη συγκέντρωση των ουσιών.
Εξάρτηση της ταχύτητας αντίδρασης από θερμοκρασίαπεριγράφεται από τον πειραματικό κανόνα του Van t-Goff (1884). Όταν η θερμοκρασία αυξάνεται κατά 10°, ο ρυθμός των περισσότερων χημικών αντιδράσεων αυξάνεται κατά 2-4 φορές:
πού είναι ο συντελεστής θερμοκρασίας.
Καταλύτηςείναι μια ουσία που αλλάζει τον ρυθμό μιας χημικής αντίδρασης, αλλά δεν καταναλώνεται ως αποτέλεσμα αυτής της αντίδρασης. Υπάρχουν θετικοί καταλύτες (ειδικοί και καθολικοί), αρνητικοί (αναστολείς) και βιολογικοί (ένζυμα ή ένζυμα). Η μεταβολή του ρυθμού αντίδρασης παρουσία καταλυτών ονομάζεται κατάλυση. Υπάρχουν ομοιογενείς και ετερογενείς κατάλυση. Εάν τα αντιδρώντα και ο καταλύτης βρίσκονται στην ίδια κατάσταση συσσωμάτωσης, η κατάλυση είναι ομοιογενής. σε διαφορετικά – ετερογενή.
Ομογενής κατάλυση:
ετερογενής κατάλυση:
Ο μηχανισμός δράσης των καταλυτών είναι πολύ περίπλοκος και δεν είναι πλήρως κατανοητός. Υπάρχει μια υπόθεση για το σχηματισμό ενδιάμεσων ενώσεων μεταξύ του αντιδραστηρίου και του καταλύτη:
Α + γάτα. ,
Β ΑΒ + κατ.
Οι προαγωγείς χρησιμοποιούνται για την ενίσχυση της δράσης των καταλυτών. Υπάρχουν επίσης καταλυτικά δηλητήρια που εξασθενούν την επίδραση των καταλυτών.
Ο ρυθμός μιας ετερογενούς αντίδρασης επηρεάζεται από διεπιφανειακή περιοχή(ο βαθμός λείανσης της ουσίας) και ο ρυθμός παροχής αντιδραστηρίων και απομάκρυνσης των προϊόντων αντίδρασης από τη διεπαφή φάσης.
Όλες οι χημικές αντιδράσεις χωρίζονται σε δύο τύπους: αναστρέψιμες και μη αναστρέψιμες.
Οι χημικές αντιδράσεις που εξελίσσονται προς μία μόνο κατεύθυνση ονομάζονται μη αναστρέψιμες., δηλ. τα προϊόντα αυτών των αντιδράσεων δεν αλληλεπιδρούν μεταξύ τους για να σχηματίσουν τις πρώτες ύλες. Προϋποθέσεις για τη μη αναστρεψιμότητα μιας αντίδρασης είναι ο σχηματισμός ενός ιζήματος, αερίου ή ασθενούς ηλεκτρολύτη. Για παράδειγμα:
BaCl 2 + H 2 SO 4 = BaSO 4 + 2HCl,
K 2 S + 2HCl = 2KCl + H 2 S,
HCl + NaOH = NaCl + H 2 O.
Οι αναστρέψιμες αντιδράσεις είναι αυτές που συμβαίνουν ταυτόχρονα προς την εμπρός και την αντίστροφη κατεύθυνση., Για παράδειγμα:
Όταν συμβαίνει μια αναστρέψιμη χημική αντίδραση, ο ρυθμός της άμεσης αντίδρασης έχει αρχικά μια μέγιστη τιμή και στη συνέχεια μειώνεται λόγω της μείωσης της συγκέντρωσης των αρχικών ουσιών. Η αντίστροφη αντίδραση, αντίθετα, την αρχική χρονική στιγμή έχει μια ελάχιστη ταχύτητα, η οποία σταδιακά αυξάνεται. Έτσι, σε μια συγκεκριμένη χρονική στιγμή έρχεται κατάσταση χημικής ισορροπίας, στην οποία ο ρυθμός της μπροστινής αντίδρασης είναι ίσος με τον ρυθμό της αντίστροφης αντίδρασης. Η κατάσταση της χημικής ισορροπίας είναι δυναμική - τόσο οι μπροστινές όσο και οι αντίστροφες αντιδράσεις συνεχίζουν να συμβαίνουν, αλλά επειδή οι ρυθμοί τους είναι ίσοι, οι συγκεντρώσεις όλων των ουσιών στο σύστημα αντίδρασης δεν αλλάζουν. Αυτές οι συγκεντρώσεις ονομάζονται ισορροπία.
Ο λόγος των σταθερών ρυθμού των μπροστινών και αντίστροφων αντιδράσεων είναι σταθερή τιμή και ονομάζεται σταθερά ισορροπίας ( ΠΡΟΣ ΤΗΝ R ) . Οι συγκεντρώσεις στερεών δεν περιλαμβάνονται στην έκφραση της σταθεράς ισορροπίας. Η σταθερά ισορροπίας της αντίδρασης εξαρτάται από τη θερμοκρασία και την πίεση, αλλά δεν εξαρτάται από τη συγκέντρωση των αντιδρώντων και από την παρουσία ενός καταλύτη, ο οποίος επιταχύνει την πρόοδο τόσο των μπροστινών όσο και των αντίστροφων αντιδράσεων. Περισσότερο ΠΡΟΣ ΤΗΝ p, τόσο μεγαλύτερη είναι η πρακτική απόδοση των προϊόντων αντίδρασης. Αν ΠΡΟΣ ΤΗΝ p > 1, τότε τα προϊόντα της αντίδρασης κυριαρχούν στο σύστημα. Αν ΠΡΟΣ ΤΗΝ R< 1, в системе преобладают реагенты.
Η χημική ισορροπία είναι κινητή, δηλ. όταν αλλάζουν οι εξωτερικές συνθήκες, η ταχύτητα της προς τα εμπρός ή της αντίστροφης αντίδρασης μπορεί να αυξηθεί. Η κατεύθυνση της μετατόπισης ισορροπίας καθορίζεται από την αρχή που διατύπωσε ο Γάλλος επιστήμονας Le Chatelier το 1884. Εάν ασκηθεί εξωτερική επίδραση σε ένα σύστημα ισορροπίας, τότε η ισορροπία μετατοπίζεται προς την αντίδραση που εξουδετερώνει αυτήν την επίδραση. Οι μετατοπίσεις της ισορροπίας επηρεάζονται από τις αλλαγές στις συγκεντρώσεις των αντιδρώντων, τη θερμοκρασία και την πίεση.
Η αύξηση της συγκέντρωσης των αντιδραστηρίων και η απομάκρυνση των προϊόντων οδηγούν σε μετατόπιση της ισορροπίας προς την άμεση αντίδραση.
Όταν το σύστημα θερμαίνεται, η ισορροπία μετατοπίζεται προς την ενδόθερμη αντίδραση και όταν ψύχεται προς την εξώθερμη αντίδραση.
Για αντιδράσεις που περιλαμβάνουν αέριες ουσίες, μια αύξηση της πίεσης μετατοπίζει την ισορροπία προς μια αντίδραση που συμβαίνει με μείωση του αριθμού των μορίων αερίου. Εάν η αντίδραση προχωρήσει χωρίς να αλλάξει ο αριθμός των μορίων των αερίων ουσιών, τότε η αλλαγή της πίεσης δεν επηρεάζει σε καμία περίπτωση τη μετατόπιση της ισορροπίας.
