Näide 4.1. Kuidas muutub iga reaktsiooni reaktsioonikiirus?
2NO (g) + Cl2 (g) = 2NOCI (g) (1); CaO (c) + CO 2 (g) \u003d CaCO 3 (c) (2),
kui rõhku igas süsteemis suurendatakse 3 korda?
Lahendus. Reaktsioon (1) on homogeenne ja massimõju seaduse kohaselt on reaktsiooni algkiirus v = k∙ ∙ ; reaktsioon (2) on heterogeenne ja selle kiirust väljendatakse võrrandiga v = k∙ . Ainete kontsentratsioon tahkes faasis (selles reaktsioonis CaO) reaktsiooni käigus ei muutu, seetõttu ei sisaldu see massimõju seaduse võrrandis.
Rõhu tõus igas süsteemis 3 korda toob kaasa süsteemi mahu vähenemise 3 korda ja iga reageeriva gaasilise aine kontsentratsiooni suurenemise 3 korda. Reaktsioonikiiruste uutel kontsentratsioonidel: v" = k∙(3) 2∙3 = 27 k∙∙ (1) ja v" = k 3 (2). Võrreldes kiiruste v ja v" avaldisi, leiame, et reaktsiooni kiirus (1) suureneb 27 korda ja reaktsioon (2) 3 korda.
Näide 4.2. Ainete A ja B vahelist reaktsiooni väljendatakse võrrandiga 2A + B \u003d D. Algkontsentratsioonid on: C A \u003d 5 mol / l, C B \u003d 3,5 mol / l. Kiiruskonstant on 0,4. Arvutage reaktsiooni kiirus algmomendil ja hetkel, mil reaktsioonisegusse jääb 60% ainet A.
Lahendus. Masside toimeseaduse järgi v = . Algmomendil kiirus v 1 \u003d 0,4 × 5 2 × 3,5 \u003d 35. Mõne aja pärast jääb reaktsioonisegusse 60% ainet A, st aine A kontsentratsioon muutub 5 × 0,6 \ u003d 3 mol / l. See tähendab, et A kontsentratsioon on vähenenud 5 - 3 = 2 mol / l. Kuna A ja B interakteeruvad üksteisega vahekorras 2:1, vähenes aine B kontsentratsioon 1 mooli võrra ja sai 3,5 - 1 = 2,5 mol / l. Seetõttu v 2 \u003d 0,4 × 3 2 × 2,5 \u003d 9.
Näide 4.3. Mõni aeg pärast reaktsiooni algust
2NO + O 2 \u003d 2NO 2 ainete kontsentratsioonid olid (mol / l): \u003d 0,06;
0,12; = 0,216. Leidke NO ja O 2 algkontsentratsioonid.
Lahendus. NO ja O 2 algkontsentratsioonid leitakse reaktsioonivõrrandi alusel, mille kohaselt 2 mol NO 2 moodustamiseks kulub 2 mol NO. Vastavalt ülesande seisukorrale tekkis 0,216 mol NO 2, mille jaoks kulus 0,216 mol NO. Seega on NO algkontsentratsioon võrdne:
0,06 + 0,216 = 0,276 mol/L.
Vastavalt reaktsioonivõrrandile 2 mol NO 2 moodustamiseks on vaja 1 mol O 2 ja 0,216 mol NO 2 saamiseks on vaja 0,216 / 2 = 0,108 mol / O 2. O 2 algkontsentratsioon on: \u003d 0,12 + 0,108 \u003d 0,228 mol / l.
Seega olid esialgsed kontsentratsioonid:
0,276 mol/l; = 0,228 mol/l.
Näide 4.4. Temperatuuril 323 K lõpeb mõni reaktsioon 30 sekundiga. Määrake, kuidas muutuvad reaktsiooni kiirus ja aeg temperatuuril 283 K, kui reaktsioonikiiruse temperatuuritegur on 2.
Lahendus. Vastavalt van't Hoffi reeglile leiame, mitu korda reaktsioonikiirus muutub:
2 –4 = .
Reaktsioonikiirus väheneb 16 korda. Reaktsiooni kiirus ja selle aeg on pöördvõrdelises seoses. Järelikult pikeneb selle reaktsiooni aeg 16 korda ja on 30 × 16 = 480 s = 8 min.
Ülesanded
№ 4.1 . Reaktsioon kulgeb vastavalt võrrandile 3Н 2 + CO = CH 4 + H 2 O
Reagentide algkontsentratsioonid olid (mol/l): = 0,8; CCO = 0,6. Kuidas muutub reaktsiooni kiirus, kui vesiniku kontsentratsiooni tõstetakse 1,2 mol/l-ni ja süsinikmonooksiidi kontsentratsiooni 0,9 mol/l?
(Vastus: suureneb 5 korda).
№ 4.2 . N 2 O lagunemisreaktsioon toimub vastavalt võrrandile 2N 2 O \u003d 2N 2 + O 2. Reaktsiooni kiiruskonstant on 5·10 -4 . Esialgne kontsentratsioon
0,32 mol/l. Määrake reaktsiooni kiirus algmomendil ja hetkel, mil 50% N 2 O laguneb. ( Vastus: 5,12 . 10 -5 ; 1,28 . 10 -5).
№ 4.3 . Ainete A ja B vahelist reaktsiooni väljendatakse võrrandiga
A + 2B = D. Algkontsentratsioonid: CA = 0,3 mol / l ja C B = 0,4 mol / l. Kiiruskonstant on 0,8. Arvutage reaktsiooni algkiirus ja tehke kindlaks, kuidas muutus reaktsioonikiirus mõne aja möödudes, kui aine A kontsentratsioon vähenes 0,1 mol võrra.
(Vastus: 3,84 . 10-2; vähenes 6 korda).
№ 4.4 .Kui suur on reaktsioonikiiruse temperatuuritegur, kui temperatuuri langemisel 30 °C võrra reaktsiooniaeg pikeneb 64 korda? ( Vastus: 4).
№ 4.5 .Arvutage, millisel temperatuuril reaktsioon lõpeb 45 minuti pärast, kui 20 ° C juures kulub 3 tundi. Reaktsioonikiiruse temperatuurikoefitsient on 3 ( Vastus: 32,6 umbes C).
№ 4.6. Kuidas muutub reaktsioonikiirus CO + Cl 2 = COCl 2, kui rõhku suurendatakse 3 korda ja temperatuuri tõstetakse samaaegselt 30 ° C (γ = 2)?
(Vastus: suureneb 72 korda).
№ 4.7 . Reaktsioonid kulgevad vastavalt võrranditele
C (c) + O 2 (g) \u003d CO2 (g) (1); 2CO (g) + O 2 (g) \u003d 2CO 2 (g) (2)
Kuidas muutub (1) ja (2) reaktsioonide kiirus, kui igas süsteemis: a) rõhku vähendatakse 3 korda; b) suurendada anuma mahtu 3 korda; c) suurendada hapniku kontsentratsiooni 3 korda? ( Vastus: a) väheneb (1)-s 3, (2)-s 27 korda;
b) väheneb (1)-s 3, (2)-s 27 korda; c) suureneb (1) ja (2) 3 korda).
№ 4.8 . Reaktsioon kulgeb vastavalt võrrandile H 2 + I 2 \u003d 2HI. Kiiruskonstant on 0,16. Vesiniku ja joodi algkontsentratsioonid on vastavalt 0,04 mol/l ja 0,05 mol/l. Arvutage reaktsiooni algkiirus ja selle kiirus, kui H2 kontsentratsioon võrdub 0,03 mol / l. ( Vastus: 3,2 . 10 -3 ; 1,9 . 10 -3).
№ 4.9 . Väävli ja selle dioksiidi oksüdatsioon toimub vastavalt võrranditele:
S (k) + O2 (g) \u003d SO2 (g) (1); 2SO 2 (g) + O 2 (g) \u003d 2SO 3 (g) (2)
Kuidas muutub (1) ja (2) reaktsioonide kiirus, kui igas süsteemis: a) rõhku suurendatakse 4 korda; b) vähendage anuma mahtu 4 korda; c) suurendada hapniku kontsentratsiooni 4 korda? ( Vastus: a) suureneb (1) võrra 4, (2) võrra 64 (korda);
b) suureneb (1) võrra 4, (2) võrra 64 korda; c) suureneb (1) ja (2) 4 korda).
№ 4.10 . Reaktsiooni 2A + B = D kiiruskonstant on 0,8. Algkontsentratsioonid: CA = 2,5 mol/l ja C B = 1,5 mol/l. Reaktsiooni tulemusena osutus aine C B kontsentratsiooniks 0,6 mol / l. Arvutage, mis sai võrdseks C A-ga ja reaktsioonikiirus. ( Vastus: 0,7 mol/l; 0,235).
№ 4.11. Reaktsioon kulgeb vastavalt võrrandile 4HCl + O 2 = 2H 2 O + 2Cl 2
Mõni aeg pärast reaktsiooni algust muutusid selles osalevate ainete kontsentratsioonid (mol / l): \u003d 0,85; = 0,44; = 0,30. Arvutage HCl ja O 2 algkontsentratsioonid. ( Vastus:= 1,45; = 0,59 mol/l).
№ 4.12 . Ainete algkontsentratsioonid reaktsioonis CO + H 2 O ↔ CO 2 + H 2
olid võrdsed (mol/l): C CO = 0,5; = 0,6; = 0,4; = 0,2. Arvutage kõigi reaktsioonis osalevate ainete kontsentratsioonid pärast seda, kui 60% H 2 O on reageerinud. ( Vastus: CCO = 0,14; = 0,24; = 0,76; = 0,56 mol/l).
№ 4.13 . Kuidas muutub reaktsioonikiirus 2CO + O 2 \u003d CO 2, kui:
a) suurendage reaktsioonianuma mahtu 3 korda; b) suurendada CO kontsentratsiooni 3 korda; c) tõsta temperatuuri 40 o C võrra (γ = 2)? ( Vastus: a) väheneb 27 korda; b) suureneb 9 korda; c) suureneb 16 korda).
№ 4.14 . 10 °C juures on reaktsioon lõppenud 20 minutiga. Kui kaua reaktsioon kestab, kui temperatuur tõuseb 40 ° C-ni, kui temperatuuri koefitsient on 3? ( Vastus: 44,4 s).
№ 4.15 . Mitu korda tuleks suurendada
a) CO kontsentratsioon süsteemis 2CO \u003d CO 2 + C, nii et reaktsioonikiirus suureneb 4 korda?
b) vesiniku kontsentratsioon süsteemis N 2 + 3H 2 \u003d 2NH 3, nii et reaktsioonikiirus suureneb 100 korda?
c) rõhk süsteemis 2NO + O 2 = 2NO 2 nii, et NO 2 tekkekiirus suureneb 10 3 korda? ( Vastus: 2 korda; 4,64 korda; 10 korda).
№ 4.16 . Reaktsioonikiirus A + 2B \u003d AB 2 at C A \u003d 0,15 mol / l ja
C B \u003d 0,4 mol / l võrdub 2,4 ∙ 10 -3. Määrake kiiruskonstant ja reaktsioonikiirus, kui B kontsentratsioon muutub 0,2 mol/l. ( Vastus: 0,1; 2 ∙ 10 -4).
№ 4.17 . Kuidas muutub reaktsioonikiirus 2A + B = A 2 B, kui aine A kontsentratsiooni suurendatakse 3 korda, aine B kontsentratsiooni vähendatakse 2 korda ja temperatuuri tõstetakse 40 ° C (γ \u003d 2 )? ( Vastus: suureneb 72 korda).
№ 4.18. Reaktsioon kulgeb vastavalt võrrandile 2H 2 S + 3O 2 = 2SO 2 + 2H 2 O.
Mõni aeg pärast reaktsiooni algust muutusid selles osalevate ainete kontsentratsioonid (mol / l): \u003d 0,009; = 0,02; = 0,003. Arvutage: = 0,7 mol/l).
1. Gaas A segati anumas aine kogusega 4,5 mol ja gaas B aine kogusega 3 mol. Gaasid A ja B reageerivad vastavalt võrrandile A + B \u003d C. Mõne aja pärast tekkis süsteemis gaas C ainega 2 mol. Kui suur hulk reageerimata gaase A ja B süsteemi jäi?
Reaktsioonivõrrandist tuleneb, et:
Dn(A) = Dn(B) = Dn(C) = 2 mol,
kus Dn on aine koguse muutus reaktsiooni käigus.
Seetõttu jääb anumasse:
n2(A) = n1(A) - Dn(A); n 2 (A) \u003d (4,5 - 2) mol = 2,5 mol;
n2(B) = n1(B) - Dn(B); n 2 (B) \u003d (3 - 2) mol = 1 mol.
2. Reaktsioon kulgeb vastavalt võrrandile: 2A + B ⇄ C ja aine A puhul on teist järku ja aine B puhul esimest. Reaktsiooni kiirus on algsel ajahetkel 15 mol/l×s. Arvutage kiiruskonstant ja otsereaktsiooni kiirus hetkel, mil reageerib 50% ainest B, kui algkontsentratsioonid on võrdsed: С(A) = 10 mol/l; C(B) = 5 mol/l. Kuidas muutub keemilise reaktsiooni kiirus?
Reaktsioonis osalenud С(B) on võrdne:
C(B) \u003d 0,5 5 = 2,5 mol / l.
Seega on reaktsioonis osalenud C(A) võrdne:
2 mol/l A – 1 mol/l B
C(A) – 2,5 mol/l B
C(A) ja C(B) pärast reaktsiooni:
C(A) \u003d 10–5 \u003d 5 mol/l,
C(B) \u003d 5 - 2,5 \u003d 2,5 mol / l.
Otsese reaktsiooni kiirus on:
Keemilise reaktsiooni kiirus muutub:
st see väheneb 8 korda.
3. Ainete A ja B vahelist reaktsiooni väljendatakse võrrandiga: A + 2B \u003d C ning aine A puhul on esimene järk ja aine B puhul teine. Ainete algkontsentratsioonid on: C (A) \u003d 2 mol / l; C(B) = 4 mol/l; kiiruskonstant on 1,0. Leidke reaktsiooni algkiirus ja kiirus mõne aja pärast, kui aine A kontsentratsioon väheneb 0,3 mol/l võrra.
Massitegevuse seaduse järgi:
Kui aine A kontsentratsioon väheneb 0,3 mol/l, siis aine B kontsentratsioon väheneb 0,3 × 2 = 0,6 mol/l. Pärast reaktsiooni on kontsentratsioonid järgmised:
4. Suletud anumas toimuvate gaasifaasiliste otse- ja pöördreaktsioonide kiirusi väljendatakse võrranditega:
Massimõju seaduse kohaselt on otseste ja pöördreaktsioonide kiirus algtingimustes:
Rõhu tõus 3 korda gaasiliste süsteemide korral põhjustab gaasisegu mahu vähenemise 3 korda, kõigi kolme gaasi kontsentratsioonid suurenevad sama palju ja mõlema reaktsiooni kiirused muutuvad vastavalt võrdsed:
Reaktsioonikiiruse suhted on järgmised:
Seega suureneb edasisuunalise reaktsiooni kiirus 27 korda, vastupidine - 9 korda.
5. Reaktsioon temperatuuril 50 0 C kulgeb 2 minuti 15 sekundi jooksul. Kui kaua kulub selle reaktsiooni lõppemiseks temperatuuril 70 0 C, kui kiiruse g temperatuurikoefitsient on selles temperatuurivahemikus 3?
Temperatuuri tõusuga 50-70 0 C suureneb reaktsioonikiirus vastavalt van't Hoffi reeglile:
kus = 70 0 C, \u003d 50 0 С, a ja - reaktsioonikiirused antud temperatuuridel.
Saame:
need. reaktsioonikiirus suureneb 9 korda.
Definitsiooni kohaselt on reaktsiooniaeg pöördvõrdeline reaktsiooni kiirusega, seega:
kus ja on reaktsiooniaeg temperatuuridel ja .
Siit saame:
Arvestades, et = 135 s (2 min 15 s), määrame reaktsiooniaja temperatuuril :
6. Mitu korda suureneb keemilise reaktsiooni kiirus temperatuuri tõusuga alates = 10 0 C kuni = 80 0 С , kui kiiruse g temperatuuritegur on 2?
Van't Hoffi reeglist:
Reaktsioonikiirus suureneb 128 korda.
7. Patsiendi organismist ravimi eritumise kineetikat uurides selgus, et 3 tunniga jäi patsiendi organismi 50% ravimi esialgsest kogusest. Määrake ravimi inimkehast eliminatsioonireaktsiooni poolestusaeg ja kiiruskonstant, kui on teada, et tegemist on esimest järku reaktsiooniga.
Kuna teatud aja jooksul eemaldati kehast 50% ravimist, siis t 1/2 = 3 tundi. Arvutame reaktsioonikiiruse konstandi võrrandist:
8. Ravimi vesilahuste laboratoorsetes uuringutes selgus, et hüdrolüüsi tõttu vähenes ravimi kontsentratsioon ööpäevas 0,05 mol/l-lt 0,03 mol/l-ni. Arvutage ravimi hüdrolüüsireaktsiooni poolväärtusaeg.
Kuna hüdrolüüsireaktsioonid kulgevad tavaliselt olulise vee liiaga, võib selle kontsentratsioon olla konstantne. Järelikult muutub reaktsiooni käigus ainult ravimi kontsentratsioon ja hüdrolüüsireaktsiooni võib pidada esimest järku reaktsiooniks.
Reaktsioonikiiruse konstandi väärtuse leiame võrrandist:
9. Ravimi poolväärtusaeg patsiendi kehast (esmajärjekorra reaktsioon) on 5 tundi. Määrake aeg, mille jooksul 75% ravimist kehast eemaldatakse.
75% ravimi eemaldamisel kehast on C / C 0 suhe 0,25. Sel juhul on mugav kasutada valemit:
,
10. Sahharoosi hüdrolüüsi reaktsiooni kiiruskonstant on 2,31×10 - 3 h - 1 . Arvutama:
1) reaktsiooni poolestusaeg;
2) aeg, mille jooksul 20% sahharoosist hüdrolüüsib;
3) milline osa glükoosist hüdrolüüsitakse 5 päeva pärast.
1. Poolväärtusaeg on:
2. Kui 20% sahharoosist on hüdrolüüsitud, on C/C 0 suhe 0,8. Järelikult:
3. 5 päeva (120 tunni) pärast on C / C 0 suhe järgmine:
Järelikult hüdrolüüsiti 24% glükoosist.
11. Mõne esimese järgu reaktsiooni käigus muundub 30 minutiga 60% aine esialgsest kogusest. Määrake, milline osa ainest jääb alles 1 tunni pärast.
1. 30 minuti pärast on järelejäänud aine kogus järgmine:
C 1 \u003d C 0 - 0,6 C 0 = 0,4 × C 0.
st C 0 /C 1 suhe on 2,5.
2. Leidke reaktsioonikiiruse konstant:
3. 1 tunni pärast järelejäänud aine C 2 kogus määratakse järgmise valemiga:
Seega jääb 1 tunni pärast alles 16% algsest ainest.
Küsimused enesekontrolliks
1. Mida nimetatakse keemilise reaktsiooni kiiruseks?
2. Mida nimetatakse homogeense reaktsiooni tegelikuks kiiruseks?
3. Mis on homogeense reaktsiooni kiiruse mõõde?
4. Mida nimetatakse heterogeense reaktsiooni kiiruseks?
5. Mis on heterogeense reaktsiooni kiiruse mõõde?
6. Loetlege reaktsioonikiirust mõjutavad tegurid.
7. Sõnasta massitegevuse seadus.
8. Mis on reaktsioonikiiruse konstandi füüsikaline tähendus? Millest sõltub reaktsiooni kiiruskonstant ja millest mitte?
9. Mida nimetatakse reaktsioonijärjekorraks? Too näiteid nulli, esimest, teist ja kolmandat järku reaktsioonivõrranditest.
10. Kas reaktsiooni kiiruskonstandi mõõde sõltub reaktsiooni järjekorrast?
11. Mida nimetatakse reaktsiooni molekulaarsuseks?
13. Defineeri lihtsad ja keerulised reaktsioonid. Andke keerukate reaktsioonide klassifikatsioon.
14. Sõnasta van't Hoffi reegel. Andke van't Hoffi reeglile matemaatiline avaldis.
15. Kuidas sõltub reaktsiooni kiirus aktiveerimisenergiast? Kirjutage Arrheniuse võrrand.
16. Mis on aktiveeritud kompleks? Miks reaktsioonid kulgevad läbi aktiveeritud komplekside moodustumise etappide?
17. Mida nimetatakse katalüsaatoriks? Homogeenne ja heterogeenne katalüüs. Miks kulgevad reaktsioonid katalüsaatorite juuresolekul kiiremini?
18. Mis on ensümaatiline katalüüs? Kirjutage Michaelis-Menteni võrrand.
Ülesannete variandid iseseisvaks lahendamiseks
Valik number 1
1. Ainete A ja B vahelist reaktsiooni väljendatakse võrrandiga 2A + B \u003d C ja see on aine A jaoks teist järku ja aine B puhul esimene. Ainete algkontsentratsioonid on: C 0 (A) \u003d 0,4 mol / l; C 0 (B) \u003d 0,8 mol/l; k = 0,6. Leidke reaktsiooni algkiirus ja kiirus mõne aja pärast, kui aine A kontsentratsioon väheneb 0,2 mol/l võrra.
2. Mitme kraadi võrra tuleks temperatuuri tõsta, et reaktsioonikiirus suureneks 64 korda? Reaktsioonikiiruse g temperatuuritegur on 2.
a) kui rõhk süsteemis kahekordistub?
b) gaaside mahu suurenemisega 2 korda?
Valik number 2
1. Reaktsioon kulgeb vastavalt võrrandile: A + B = C ja on aines A ja aines B esimest järku. A kontsentratsiooni suurendati 2-lt 8 mol/l-le ja B kontsentratsiooni 3-lt 9 mol/l. Kui palju suurenes edasisuunalise reaktsiooni kiirus?
2. 150 0 C juures lõpeb reaktsioon 10 minutiga. Võttes temperatuurikoefitsiendi g väärtuseks 2, arvutage, mitu minutit oleks reaktsioon lõppenud temperatuuril 170 0 C.
3. Reaktsiooni kiirust väljendatakse võrrandiga: 
Mitu korda muutub reaktsiooni kiirus, kui lähteainete kontsentratsiooni suurendatakse 3 korda?
Valik number 3
1. Reaktsiooni väljendatakse võrrandiga: A + B \u003d C ja see on aines A ja aines B esimest järku. Algkontsentratsioonidel C 0 (A) \u003d 3 mol / l ja C 0 (B) \ u003d 5 mol/l, otsereaktsiooni kiirus on 0,3 mol/l×s. Määrake kiiruskonstant ja reaktsioonikiirus mõne aja pärast, kui A kontsentratsioon väheneb 2 mol/L võrra.
2. Mitu korda suureneb keemilise reaktsiooni kiirus temperatuuri tõusuga 10 kuni 70 0 C, kui kiiruse g temperatuuritegur on 2?
3. Reaktsioonikiirust A (tv) + 2B (gaas) = C (tv) väljendatakse võrrandiga: 
Kuidas muutub reaktsiooni kiirus, kui B kontsentratsioon kahekordistub?
Valik number 4
1. Reaktsioon kulgeb vastavalt võrrandile: 2A + B = 2C ja aine A puhul on teist järku ja aine B puhul esimest. Arvutage otsereaktsiooni kiirus hetkel, mil reageerib 40% ainest B, kui algväärtus kontsentratsioonid on järgmised: C 0 (A) = 8 mol/l; CO(B) = 4 mol/l; k = 0,4.
2. Mõni reaktsioon 100 0 C juures lõpeb 5 minutiga. Kui kaua kulub selle lõppemiseks 80 0 C juures, kui kiiruse g temperatuuritegur on 3?
3. Reaktsioonikiirust 3A + B = C väljendatakse võrrandiga: 
Mitu korda muutub otsereaktsiooni kiirus?
a) kui aine A kontsentratsioon kahekordistub?
b) samaaegse lähteainete kontsentratsiooni vähenemisega 2 korda?
Valik number 5
1. Teatud reaktsiooni kiirus temperatuuri tõusuga 40-70 0 C suurenes 8 korda. Määrake g väärtus.
2. Reaktsioon kulgeb vastavalt võrrandile: A + 3B \u003d 2C ja aine A puhul on esimene järk ja aine B puhul teine. Ainete algkontsentratsioonid on: C 0 (A) = 2 mol / l; CO(B) = 6 mol/l; k = 1. Arvutage edasisuunalise reaktsiooni algkiirus ja kiirus hetkel, mil aine A kontsentratsioon vähenes 1 mol/l võrra. Kuidas muutub keemilise reaktsiooni kiirus?
3. Kuidas muutuvad gaasifaasis toimuvate ja võrranditele alluvate otse- ja pöördreaktsioonide kiirus:
Valik number 6
1. Suletud anumas on gaaside segu, mis koosneb 1 mol A ja 3 mol B, mis reageerib vastavalt võrrandile: A + 3B = 2C. Otsese reaktsiooni kiirust kirjeldatakse võrrandiga 
Mitu korda väheneb otsereaktsiooni kiirus pärast seda, kui 0,5 mol A on reageerinud?
2. Mitme kraadi võrra tuleks temperatuuri tõsta, et reaktsioonikiirus suureneks 9 korda, kui kiiruse g temperatuurikoefitsient on 3?
3. Kuidas muutub gaasifaasi otsese reaktsiooni kiirus: 2A = B, mille suurusjärk on hinnanguliselt 0,5, isotermilise rõhu langusega süsteemis 3 korda?
Valik number 7
1. Ainete A ja B vaheline reaktsioon kulgeb võrrandi järgi: A + 2B \u003d C ja on aines A ja aines B esimest järku. Reageerivate ainete algkontsentratsioonid olid: C 0 (A) \u003d 1,5 mol / l; CO(B) = 3 mol/l; k = 0,4. Arvutage keemilise reaktsiooni kiirus esialgsel ajahetkel ja mõne aja pärast, kui on reageerinud 75% A.
2. Kui suur on kiiruse g temperatuuritegur, kui temperatuuri tõusmisel 30 0 C võrra suureneb reaktsiooni kiirus 27 korda?
3. Kuidas muutuvad gaasifaasis toimuvate ja võrranditele alluvate otse- ja pöördreaktsioonide kiirus:
isotermilise rõhu tõusuga 2 korda?
Valik number 8
1. 1-liitrises lahuses, mis sisaldab 1 mol ainet A ja 2 mol ainet B, kulgeb reaktsioon: A + 3B \u003d 2C + D. Otsene reaktsioon on aine A puhul esimest ja aines B teist. Mitu korda väheneb otsese reaktsiooni kiirus pärast 0,65 mooli ainet A?
2. Kui temperatuur tõuseb -5 kuni +5 0 C, suureneb bakteriaalse hüdrolüüsi (ensümaatilise protsessi) kiirus 4 korda. Leia reaktsioonikiiruse temperatuurikoefitsiendi väärtus g.
3. Mitu korda tuleks suurendada aine A kontsentratsiooni süsteemis 2A (gaas) \u003d B (gaas) + C (tahke aine), et otsereaktsiooni kiirus, mis on teist järku reaktsioon, suureneks 4 korda?
Valik number 9
1. Reaktsioon kulgeb vastavalt võrrandile: 2A + B = 2C ja aine A puhul on teist järku ja aine B puhul esimest. Otsese reaktsiooni kiirus on 8 mol/l×s. Arvutage kiiruskonstant ja otsereaktsiooni kiirus hetkel, mil reageerib 30% ainet B, kui algkontsentratsioonid on: C 0 (A) = 2 mol/l; C 0 (B) \u003d 1 mol / l. Kuidas muutub keemilise reaktsiooni kiirus?
2. Temperatuuri tõusuga 10 kuni 50 0 C suurenes reaktsiooni kiirus 16 korda. Määrake kiiruse g temperatuuritegur.
3. Reaktsioon kulgeb vastavalt võrrandile: A + B = C + D + E ja aine A puhul on esimest järku ja aine B puhul null. Kuidas muutub otsereaktsiooni kiirus pärast reageeriva segu lahjendamist 3 korda ?
Valik number 10
1. Reaktsioon kulgeb vastavalt võrrandile: A + 2B \u003d AB 2 ja aines A on esimest järku ja aines B teist. Reaktsiooni kiiruskonstant on 0,01. Arvutage reaktsiooni kiirus algkontsentratsioonidel: C 0 (A) = 0,8 mol/l; C 0 (B) \u003d 0,8 mol / l ja reaktsioonikiirus 0,2 mol / l aine AB 2 moodustumise ajal.
2. Mitu korda suureneb keemilise reaktsiooni kiirus temperatuuri tõusuga 30 kuni 60 0 C, kui kiiruse g temperatuurikoefitsient on 3?
3. Ravimi poolväärtusaeg patsiendi organismist (esimese järjekorra reaktsioon) on 6 tundi. Määrake aeg, mille jooksul ravimi sisaldus inimkehas väheneb 8 korda.
Valik number 11
1. Reaktsioon kulgeb vastavalt võrrandile: A + B \u003d 2C ja on aines A ja aines B esimest järku. Ainete algkontsentratsioonid on: C 0 (A) = 0,3 mol / l; C 0 (B) \u003d 0,5 mol/l; k = 0,1. Leidke reaktsiooni algkiirus ja reaktsioonikiirus mõne aja pärast, kui kontsentratsioon A väheneb 0,1 mol/l võrra.
2. 100 0 C juures lõpeb mõni reaktsioon 16 minutiga. Võttes kiiruse g temperatuurikoefitsiendi väärtusega 2, arvutage, mitme minuti pärast oleks sama reaktsioon lõppenud 140 0 C juures?
3. Ravimi poolväärtusaeg patsiendi kehast (esmajärjekorra reaktsioon) on 2 tundi. Määrake aeg, mille jooksul 99% ravimist kehast eemaldatakse.
Valik number 12
1. Reaktsioon kulgeb vastavalt võrrandile: A + 2B \u003d C ja aine A puhul on esimene järk ja aine B puhul teine. Ainete algkontsentratsioonid on: C 0 (A) = 0,9 mol / l; C 0 (B) \u003d 1,5 mol/l; k = 0,6. Leidke reaktsiooni algkiirus ja kiirus mõne aja pärast, kui 50% ainest A on ära kulunud.
2. Mis on keemilise reaktsiooni kiiruse temperatuuritegur g , kui temperatuuri tõusuga 30 0 C võrra suureneb kiirus 27 korda?
3. Mõne esimese järgu reaktsiooni poolväärtusaeg on 30 minutit. Arvutage, milline osa esialgsest summast jääb alles 1 tunni pärast.
Valik number 13
1. Reaktsioon kulgeb vastavalt võrrandile: 2A + B = 2C ja aine A puhul on teist järku ja aine B puhul esimene. Reaktsiooni kiiruskonstant on 5 × 10 - 2. Arvutage reaktsiooni kiirus algkontsentratsioonidel C 0 (A) = 0,4 mol/l; C 0 (B) \u003d 0,9 mol / l ja reaktsioonikiirus 0,1 mol aine C moodustumise ajaks.
2. Temperatuuril 10 0 C kulgeb reaktsioon 80 minutiga. Millisel temperatuuril lõpeb reaktsioon 20 minutiga, kui kiiruse g temperatuurikoefitsient on 2?
3. Laboratoorsete uuringute käigus selgus, et ööpäeva jooksul vähenes ravimi kontsentratsioon patsiendi organismis 0,1 mol/l-lt 0,02 mol/l-ni. Arvutage ravimi poolväärtusaeg, eeldades, et see reaktsioon on esimest järku.
Valik number 14
1. Suletud anumas mahuga 1 l on gaaside segu, mis koosneb 1 mol gaasist A ja 3 mol gaasist B, mis reageerib vastavalt võrrandile: A + 3B = 2C. Otsene reaktsioon on esimest järku aines A ja teist järku aines B. Kuidas muutub otsereaktsiooni kiirus pärast seda, kui on reageerinud 0,5 mol gaasi A?
2. Süsteemi temperatuuri tõusuga 10-lt 50 0 C-ni suurenes keemilise reaktsiooni kiirus 16 korda. Määrake reaktsioonikiiruse temperatuuritegur g .
3. Tšernobõli tuumaelektrijaama avarii käigus (1986) vabanes radionukliid Cs-137, mille poolestusaeg on 30 aastat. Arvutage, milline osa kehasse sattunud radionukliidist on praeguseks alles jäänud.
Valik number 15
1. Reaktsioon kulgeb vastavalt võrrandile: A + B \u003d C on aines A ja aines B esimest järku. Ainete algkontsentratsioonidel C 0 (A) \u003d 0,6 mol / l; C 0 (B) = 0,8 mol/l, reaktsioonikiirus on 0,03 mol/l × s. Määrake kiiruskonstant ja reaktsioonikiirus mõne aja pärast, kui aine A kontsentratsioon väheneb 0,3 mol/l võrra.
2. Reaktsiooni kiirus temperatuuril 0 0 C on 1 mol/l×s. Arvutage selle reaktsiooni kiirus temperatuuril 30 0 C, kui reaktsioonikiiruse temperatuuritegur on 3.
3. Pestitsiidide hüdrolüüsi kiiruskonstant 25 0 C juures on 0,32 s - 1 . Pestitsiidi algkontsentratsioon proovis oli 2,5 mol/L. Arvutage aeg, mis kulub pestitsiidi kontsentratsiooni langemiseks 0,01 mol/L-ni.
Valik number 16
1. Lagunemisreaktsioon kulgeb vastavalt võrrandile: 2A \u003d 2B + C ja aines A on teist järku. Selle reaktsiooni kiiruskonstant temperatuuril 200 0 C on 0,05. Algkontsentratsioon С(A) = 2 mol/l. Määrata reaktsiooni kiirus näidatud temperatuuril alghetkel ja hetkel, mil 80% ainest A on lagunenud.
2. Kuidas muutub otsereaktsiooni kiirus: 2A (tv) + 3B (gaas) \u003d 2C (tv), mille nulljärk on aine A ja kolmas aine B puhul, kui rõhk süsteemis on suurenenud 3 korda?
3. Mõne esimese järgu reaktsiooni käigus muundub 45 minutiga 20% aine algkogusest. Määrake, milline osa ainest jääb alles 1,5 tunni pärast.
Valik number 17
1. Gaaside interaktsioon toimub vastavalt võrrandile: A + 2B \u003d 2C ja sellel on esimene järk aine A ja teine aine B poolest. Gaaside algkontsentratsioonid on: C 0 (A) \ u003d 2 mol / l; CO(B) = 4 mol/l; k = 0,02. Arvutage otsereaktsiooni kiirus esialgsel ajahetkel ja mõne aja pärast, kui 50% ainest A on reageerinud.
2. 20 0 C juures kulgeb reaktsioon 2 minutiga. Kui kaua kestab sama reaktsioon temperatuuril 0 0 C, kui g = 2?
3. Sipelghape laguneb kulla pinnal süsinikmonooksiidiks (IV) ja vesinikuks. Selle reaktsiooni kiiruskonstant 140 0 C juures on 5,5×10 - 4 min -1 ja 185 0 C juures 9,2 × 10 - 3 min -1. Määrake selle reaktsiooni aktiveerimisenergia.
Valik number 18
1. Reaktsioon kulgeb vastavalt võrrandile: 2A + B = 2C ning aines A ja aines B on esimest järku. Reaktsiooni kiirus on 0,5 mol/l×s. Ainete algkontsentratsioonid on võrdsed: С(A) = 6 mol/l; C(B) = 3 mol/l. Määrake selle reaktsiooni kiiruskonstant ja reaktsiooni kiirus mõne aja pärast, kui aine B kontsentratsioon väheneb 1 mol/l võrra.
2. 20 0 C juures kulgeb reaktsioon 2 minutiga. Kui kaua kestab sama reaktsioon temperatuuril 50 0 C, kui g = 2?
3. Roosuhkru inversioonireaktsiooni kiiruskonstant temperatuuril 25 0 C on 9,67 × 10 - 3 min - 1 ja temperatuuril 40 0 ° C on see 73,4 × 10 - 3 min -1 . Määrake selle reaktsiooni aktiveerimisenergia kindlaksmääratud temperatuurivahemikus.
Kontrollküsimused ja ülesanded
1. Keemiliste reaktsioonide kiirus, keskmise kiiruse ja hetkekiiruse vahe.
2. Kirjutage keemiliste reaktsioonide massimõju seaduse matemaatiline avaldis:
2A + B = A 2 B
4Fe + 3O 2 \u003d 2Fe 2 O 3
3. Keemilise reaktsiooni kiiruse sõltuvus reaktiivide olemusest, temperatuurist. Van't Hoffi seadus, Arrheniuse võrrand. Homogeenne ja heterogeenne katalüüs. Näited. Katalüsaatori toimemehhanism. Keemilise reaktsiooni aktiveerimisenergia.
4. Reaktsiooni A + 2B \u003d AB 2 kiiruskonstant on 2 10 -3 l / (mol s). Arvutage selle kiirus alghetkel, kui C A = C B = 0,4 mol/l ja mõne aja pärast. Selleks ajaks oli aine AB 2 kontsentratsioon 0,1 mol/L.
5. Metaani põlemine hapnikus, kui hapniku kontsentratsiooni suurendada 5 korda?
6. Keemiline reaktsioon kulgeb vastavalt võrrandile A + B \u003d C. Algsel ajahetkel C A \u003d 2,7 mol / l, C B = 2,5 mol / l. 0,5 tunni pärast aine A kontsentratsioon vähenes ja muutus võrdseks C A \u003d 2,5 mol / l. Arvutage ainete B ja C kontsentratsioon kuni selle hetkeni ja keskmine kiirus etteantud ajavahemikul.
7. Mitu korda tuleks rõhku tõsta, et keemilise reaktsiooni 2NO 2 + O 2 = 2NO 2 kiirus suureneks 1000 korda?
8. Mitu korda muutub keemilise reaktsiooni kiirus, kui temperatuur langeb 70-lt 30 0 C-le, kui temperatuurikoefitsient on 3.
9. Mitme kraadi võrra tuleks temperatuuri tõsta, et keemilise reaktsiooni kiirus suureneks 81 korda? Reaktsioonikiiruse temperatuuritegur on 3?
10. Arvutage teatud keemilise reaktsiooni temperatuurikoefitsient, kui temperatuuri tõusuga 10-lt 50 0 С-le suurenes keemilise reaktsiooni kiirus 16 korda.
Näited ülesannete täitmisest
Näide 1 Kirjutage järgmiste keemiliste reaktsioonide massimõju seaduse matemaatiline avaldis:
Vastus. Reaktsiooni (1) puhul sõltub kiirus ainult SO 2 kontsentratsioonist, reaktsiooni (2) puhul ainult H 2 kontsentratsioonist.
Näide 2 Kuidas muutub keemilise reaktsiooni kiirus?
4Al (c) + 3O 2 (g) \u003d 2Al 2 O 3 (c),
kui hapniku kontsentratsiooni suurendada 3 korda?
Lahendus
1. Kirjutame üles keemilise reaktsiooni kiiruse sõltuvuse avaldise reagentide kontsentratsioonist: V 1 = k 3.
2. Kui hapniku kontsentratsioon suureneb 3 korda, suureneb ka keemilise reaktsiooni kiirus: V 2 \u003d k 3.
V 2 / V 1 = ¾¾¾¾¾¾¾¾ = 27
Vastus. Kui hapniku kontsentratsioon suureneb 3 korda, suureneb keemilise reaktsiooni kiirus 27 korda.
Näide 3 Kuidas muutub keemilise reaktsiooni kiirus?
2Al (c) + 3Cl 2 (g) \u003d 2AlCl 3 (c)
kui rõhk on kahekordistunud?
Lahendus.
1. Kirjutame üles keemilise reaktsiooni kiiruse sõltuvuse avaldise reagentide kontsentratsioonist: V 1 = k 3.
2. Kui rõhk kahekordistub, kahekordistub ka kloori kontsentratsioon. Seetõttu V 2 = k 3 .
3. Keemilise reaktsiooni kiiruse muutus on
V 2 / V 1 = ¾¾¾¾¾¾¾ = 8
Vastus. Kui rõhk tõuseb 2 korda, suureneb selle keemilise reaktsiooni kiirus 8 korda.
Näide 4 Keemilise reaktsiooni kiiruse temperatuuritegur on 2,5. Kuidas muutub selle kiirus a) reaktsioonisegu temperatuuri tõusuga 60 kuni 100 o C; b) kui temperatuur langeb 50 kuni 30 ° C.
Lahendus
1. Keemilise reaktsiooni kiiruse sõltuvus temperatuurist määratakse van't Hoffi reegliga. Selle matemaatiline avaldis:
V 2 = V 1 γ (t2 - t1) / 10 .
Seetõttu a) V 2 / V 1 \u003d 2,5 (100-60) / 10 = 2,5 4 = 39,06;
b) V 2 / V 1 = 2,5 (30-50) / 10 = 2,5 -2 \u003d 1 / 6,25 \u003d 0,16.
Vastus. Temperatuuri tõusmisel 40 ° võrra suureneb selle reaktsiooni kiirus 39,06 korda, temperatuuri langusel 20 ° võrra, keemilise reaktsiooni kiirus väheneb 6,25 korda ja on ainult 0,16 keemilise reaktsiooni kiirusest temperatuur 50°C.
Teema. Keemiline tasakaal
Kontrollküsimused ja ülesanded
1. Pöörduvad ja pöördumatud keemilised reaktsioonid. Too näiteid. Reaktsioonide pöördumatuse peamised märgid. Vale keemiline tasakaal.
2. Pöörduvate keemiliste reaktsioonide massimõju seadus. Keemilise tasakaalukonstandi füüsikaline tähendus.
3. Kirjutage üles järgmiste keemiliste reaktsioonide keemilise tasakaalu konstandi avaldis:
3Fe(c) + 4H2O(g) Fe3O4(c) + 4H2(g)
CaO (c) + CO 2 (g) CaCO 3 (c)
Ca(c) + C(c) +3/2O 2 (g) CaCO 3 (c)
4. Le Chatelier’ põhimõte. Too näiteid.
5. Kuidas mõjutab rõhu tõus keemilise tasakaalu nihet järgmistes reaktsioonides:
H2 (g) + J2 (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. Otsese või vastupidise reaktsiooni suunas nihkub keemiline tasakaal temperatuuri langedes järgmistes reaktsioonides:
2H 2S (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
N2O4 (g) 2NO2 (g) - 54,47 kJ
7. Milliste tegurite toimel saab keemilist tasakaalu nihutada otsese reaktsiooni suunas:
C (c) + H2O (g) CO (g) + H2 (g) - 129,89 kJ
N2 (g) + 3H2 (g) 2NH3 (g) DH< 0
8. Reaktsioonis 2SO 2 (g) + O 2 (g) \u003d 2SO 3 (g) saavutati keemiline tasakaal järgmistel reagentide kontsentratsioonidel: \u003d 0,2 mol / l, \u003d 0,05 mol / l, \u003d 0,09 mol/l. Kuidas muutub edasisuunalise reaktsiooni kiirus, pöördreaktsiooni kiirus, kui gaasisegu ruumala väheneb 3 korda?
9. Arvutage vesiniku ja kloori tasakaalukontsentratsioon keemilises reaktsioonis: H 2 (g) + Cl 2 (g) \u003d 2HCl (g), kui C (H 2) algkontsentratsioonid \u003d 0,5 mol / l, C (Cl 2) = 1,5 mol/l ja vesinikkloriidi tasakaalukontsentratsioon = 0,8 mol/l. Arvutage keemilise tasakaalu konstant.
10. Teatud temperatuuril on tasakaalusegu koostis järgmine: m (CO) \u003d 11,2 g, m (Cl 2) \u003d 14,2 g, m (COCl 2) \u003d 19,8 g, selle maht on 10 liitrit. Arvutage keemilise reaktsiooni CO(g) + Cl 2 (g) COCl 2 (g) tasakaalukonstant
Näited ülesannete täitmisest
Näide 1 Kirjutage matemaatiline avaldis reaktsiooni keemilise tasakaalu konstandile Ca 3 N 2 (c) + 6H 2 O (g) \u003d 3Ca (OH) 2 (c) + 2NH 3 (g).
Lahendus. Keemilise tasakaalukonstandi matemaatiline avaldis (pöörduvate reaktsioonide massimõju seadus) ei võta arvesse ainete osalemist tahkes ja vedelas faasis. Järelikult
Vastus. Tasakaalukostandi määrab gaasifaasis ammoniaagi ja vee tasakaalukontsentratsioonide suhe.
Näide 2 Reaktsiooni CoO (c) + CO (g) \u003d Co (c) + CO 2 (g) jaoks arvutage keemilise tasakaalu konstant, kui tasakaalu saavutamise ajaks on reageerinud 80% CO, on CO algkontsentratsioon 1,88 mol / l.
Lahendus
1. Keemilise tasakaalu konstandi Kc = / matemaatiline avaldis.
2. CO ja CO 2 tasakaalukontsentratsioonid. CO tasakaalukontsentratsioon on väiksem kui algne (osa ainest - 80% - on astunud keemilisesse reaktsiooni:
[CO] = C (CO) ref. – C (CO) eelreag. \u003d 1,88 - (1,88 80) / 100 \u003d
0,376 mol/l.
CO 2 tasakaalukontsentratsioon on:
[CO 2 ] \u003d C (CO) proreakt \u003d (1,88 80) / 100 = 1,504 mol / l.
3. Keemilise tasakaalukonstandi matemaatilises avaldises asendame CO ja CO 2 tasakaalukontsentratsioonide väärtused:
Kc = 1,504 / 0,376 \u003d 4.
Vastus. Selle reaktsiooni keemilise tasakaalu konstant on 4; mis näitab, et antud ajahetkel on edasisuunalise reaktsiooni kiirus 4 korda suurem kui pöördreaktsiooni kiirus.
Näide 3 Millises suunas nihkub reaktsiooni 2NiO (c) + CO 2 (g) + H 2 O (g) \u003d (NiOH) 2 CO 3 (c) DH keemiline tasakaal< 0
a) rõhu tõusuga, b) temperatuuri tõusuga? Pakkuge välja termodünaamiliste parameetrite T ja P optimaalne muutus, et suurendada reaktsioonisaaduse saagist.
Lahendus
1. Vastavalt Le Chatelier' põhimõttele nihutab rõhu tõus keemilise reaktsiooni tasakaalu suunas, millega kaasneb reaktsioonisüsteemi mahu vähenemine. Rõhu suurenedes nihkub selle reaktsiooni tasakaal paremale (edasisuunalise reaktsiooni kiirus on suurem kui vastupidise reaktsiooni kiirus).
2. Vastavalt Le Chatelier' põhimõttele nihutab temperatuuri tõus keemilise tasakaalu endotermilise reaktsiooni suunas. Seetõttu nihkub temperatuuri tõustes selle reaktsiooni tasakaal vasakule (pöördreaktsiooni kiirus on suurem kui pärireaktsiooni kiirus).
3. Nikkel (II) hüdroksokarbonaadi moodustumise keemilise reaktsiooni produkti saagise suurendamiseks tõsta rõhku ja alandada temperatuuri.
Näide 4 Kirjutage reaktsiooni keemilise tasakaalu konstandi avaldis:
MgO (c) + H2 (g) \u003d Mg (c) + H20 (g).
Kas rõhu tõus mõjutab keemilise tasakaalu nihkumist?
Lahendus. Heterogeensete reaktsioonide jaoks kiiruse avaldises.
1. Keemilise kineetika põhimõisted ja postulaadid
Keemiline kineetika on füüsikalise keemia haru, mis uurib keemiliste reaktsioonide kiirust. Keemilise kineetika põhiülesanneteks on: 1) reaktsioonikiiruste arvutamine ja kineetiliste kõverate määramine, s.o. reagentide kontsentratsioonide sõltuvus ajast ( otsene ülesanne); 2) reaktsioonimehhanismide määramine kineetiliste kõverate järgi ( pöördprobleem).
Keemilise reaktsiooni kiirus kirjeldab reagentide kontsentratsioonide muutumist ajaühikus. Reaktsiooni jaoks
a A+ b B+... d D+ e E+...
reaktsioonikiirus on määratletud järgmiselt:
kus nurksulud tähistavad aine kontsentratsiooni (tavaliselt mõõdetakse mol/l), t- aeg; a, b, d, e- stöhhiomeetrilised koefitsiendid reaktsioonivõrrandis.
Reaktsiooni kiirus sõltub reagentide olemusest, nende kontsentratsioonist, temperatuurist ja katalüsaatori olemasolust. Reaktsiooni kiiruse sõltuvust kontsentratsioonist kirjeldab keemilise kineetika põhipostulaat - tegutsevate masside seadus:
Keemilise reaktsiooni kiirus igal ajahetkel on võrdeline reagentide praeguste kontsentratsioonidega, mis on tõstetud teatud võimsusteni:
,
kus k- kiiruskonstant (sõltumatu kontsentratsioonist); x, y- mõned numbrid, millele helistatakse ainete reaktsioonide järjekord A ja B vastavalt. Nendel numbritel pole koefitsientidega üldiselt midagi pistmist a ja b reaktsioonivõrrandis. Eksponentide summa x+ y helistas üldine reaktsiooni järjekord. Reaktsiooni järjekord võib olla positiivne või negatiivne, täisarv või murdosa.
Enamik keemilisi reaktsioone koosneb mitmest etapist, nn elementaarsed reaktsioonid. Elementaarreaktsiooni all mõistetakse tavaliselt keemilise sideme üksikut moodustumist või lõhustumist, mis kulgeb üleminekukompleksi moodustumisega. Elementaarreaktsioonis osalevate osakeste arvu nimetatakse molekulaarsus reaktsioonid. Elementaarseid reaktsioone on ainult kolme tüüpi: monomolekulaarne (A B + ...), bimolekulaarne (A + B D + ...) ja trimolekulaarne (2A + B D + ...). Elementaarreaktsioonide korral on üldine järjekord võrdne molekulaarsusega ja ainete järjestused on võrdsed reaktsioonivõrrandi koefitsientidega.
NÄITED
Näide 1-1. NO moodustumise kiirus reaktsioonis 2NOBr (g) 2NO (g) + Br 2 (g) on 1,6. 10-4 mol/(l.s). Mis on reaktsioonikiirus ja NOBr kulumiskiirus?
Lahendus. Definitsiooni järgi on reaktsiooni kiirus:
Mutt / (l. s).
Samast definitsioonist järeldub, et NOBr tarbimismäär on võrdne NO moodustumise kiirusega vastupidise märgiga:
mol / (l. s).
Näide 1-2. 2. järku reaktsioonis A + B D on ainete A ja B algkontsentratsioonid vastavalt 2,0 mol/l ja 3,0 mol/l. Reaktsioonikiirus on 1,2. 10-3 mol/(l.s) [A] juures = 1,5 mol/l. Arvutage kiiruskonstant ja reaktsiooni kiirus [B] = 1,5 mol/L juures.
Lahendus. Massimõju seaduse kohaselt on reaktsiooni kiirus igal ajahetkel:
.
Hetkel, mil [A] = 1,5 mol/l, on aineid A ja B reageerinud 0,5 mol/l, seega [B] = 3 – 0,5 = 2,5 mol/l. Kiiruskonstant on:
L/(mol.s).
Hetkel, mil [B] = 1,5 mol/l, on aineid A ja B reageerinud 1,5 mol/l, seega [A] = 2 – 1,5 = 0,5 mol/l. Reaktsiooni kiirus on:
Mutt / (l. s).
ÜLESANDED
1-1. Kuidas väljendatakse ammoniaagi sünteesi reaktsioonikiirust 1/2 N 2 + 3/2 H 2 \u003d NH 3 lämmastiku ja vesiniku kontsentratsioonide kaudu? (vastus)
1-2. Kuidas muutub ammoniaagi sünteesireaktsiooni 1/2 N 2 + 3/2 H 2 \u003d NH 3 kiirus, kui reaktsioonivõrrand on kirjutatud kujul N 2 + 3H 2 \u003d 2NH 3? (vastus)
1-3. Milline on elementaarreaktsioonide järjekord: a) Cl + H 2 = HCl + H; b) 2NO + Cl2 = 2NOCl? (vastus)
1-4. Milline järgmistest väärtustest võib olla a) negatiivne; b) murdarvud: reaktsiooni kiirus, reaktsiooni järjekord, reaktsiooni molekulaarsus, kiiruskonstant, stöhhiomeetriline koefitsient? (vastus)
1-5. Kas reaktsiooni kiirus sõltub reaktsiooniproduktide kontsentratsioonist? (vastus)
1-6. Mitu korda suureneb gaasifaasi elementaarreaktsiooni A = 2D kiirus rõhu 3-kordse suurenemisega? (Vastus)
1-7. Määrake reaktsiooni järjekord, kui kiiruskonstandi mõõde on l 2 / (mol 2. s). (vastus)
1-8. 2. järku gaasilise reaktsiooni kiiruskonstant 25 ° C juures on 10 3 l / (mol.s). Millega võrdub see konstant, kui kineetiline võrrand on väljendatud rõhuna atmosfääris? (Vastus)
1-9. Gaasifaasi reaktsiooni jaoks n-ndat järku nA B väljendab B moodustumise kiirust üldrõhuna. (Vastus)
1-10. Edasi- ja tagasireaktsiooni kiiruskonstandid on 2,2 ja 3,8 l/(mol s). Milliste järgmistest mehhanismidest võivad need reaktsioonid toimuda: a) A + B = D; b) A + B = 2D; c) A = B + D; d) 2A = B. (vastus)
1-11. Lagunemisreaktsioon 2HI H 2 + I 2 on kiiruskonstandiga teist järku k= 5,95. 10-6 l/(mol.s). Arvutage reaktsiooni kiirus rõhul 1 atm ja temperatuuril 600 K. (vastus)
1-12. Teist järku reaktsiooni A + B D kiirus on 2,7 . 10 -7 mol/(l.s) ainete A ja B kontsentratsioonidel vastavalt 3,0. 10-3 mol/l ja 2,0 mol/l. Arvutage kiiruskonstant. (Vastus)
1-13. 2. järku reaktsioonis A + B 2D on ainete A ja B algkontsentratsioonid kumbki 1,5 mol/L. Reaktsioonikiirus on 2,0. 10-4 mol/(l.s) juures [A] = 1,0 mol/l. Arvutage kiiruskonstant ja reaktsiooni kiirus [B] = 0,2 mol/L juures. (vastus)
1-14. 2. järku reaktsioonis A + B 2D on ainete A ja B algkontsentratsioonid vastavalt 0,5 ja 2,5 mol/l. Mitu korda on reaktsioonikiirus [A] = 0,1 mol/l väiksem kui algkiirus? (vastus)
1-15. Gaasifaasi reaktsiooni kiirust kirjeldatakse võrrandiga w = k. [A] 2 . [B]. Millise kontsentratsioonide A ja B suhte korral on algne reaktsioonikiirus fikseeritud üldrõhul maksimaalne? (vastus)
2. Lihtreaktsioonide kineetika
Selles jaotises koostame ja lahendame massimõju seaduse alusel täisarvulises järjekorras pöördumatute reaktsioonide kineetilised võrrandid.
0. järku reaktsioonid. Nende reaktsioonide kiirus ei sõltu kontsentratsioonist:
,
kus [A] on lähteaine kontsentratsioon. Nulljärk esineb heterogeensetes ja fotokeemilistes reaktsioonides.
1. järjekorra reaktsioonid. A-tüüpi B reaktsioonide korral on kiirus otseselt proportsionaalne kontsentratsiooniga:
.
Kineetiliste võrrandite lahendamisel kasutatakse sageli järgmist tähistust: algkontsentratsioon [A] 0 = a, voolukontsentratsioon [A] = a - x(t), kus x(t) on reageerinud aine A kontsentratsioon. Nendes tähistes on 1. järku reaktsiooni ja selle lahenduse kineetiline võrrand järgmine:
Kineetilise võrrandi lahendus on kirjutatud ka teisel kujul, mis on mugav reaktsioonijärjekorra analüüsimiseks:
.
Aega, mis kulub poole aine A lagunemiseks, nimetatakse poolestusajaks t 1/2. See on määratletud võrrandiga x(t 1/2) = a/2 ja võrdub
2. järgu reaktsioonid. A + B D + ... tüüpi reaktsioonide korral on kiirus otseselt võrdeline kontsentratsioonide korrutisega:
.
Ainete algkontsentratsioonid: [A] 0 = a, [B] 0 = b; voolukontsentratsioonid: [A] = a- x(t), [B] = b - x(t).
Selle võrrandi lahendamisel eristatakse kahte juhtumit.
1) ainete A ja B samad algkontsentratsioonid: a = b. Kineetilisel võrrandil on järgmine kuju:
.
Selle võrrandi lahendus on kirjutatud mitmel kujul:
Ainete A ja B poolestusaeg on sama ja võrdne:
2) Ainete A ja B algkontsentratsioonid on erinevad: a
b. Kineetilisel võrrandil on järgmine kuju: 
.
Selle võrrandi lahenduse saab kirjutada järgmiselt:
Ainete A ja B poolestusajad on erinevad: 
.
n-ndat järku reaktsioonid n A D + ... Kineetilisel võrrandil on järgmine kuju:
.
Kineetilise võrrandi lahendus:
. (2.1)
Aine A poolestusaeg on pöördvõrdeline ( n-1) algkontsentratsiooni aste:
. (2.2)
Näide 2-1. Radioaktiivse isotoobi 14 C poolestusaeg on 5730 aastat. Arheoloogilistel väljakaevamistel leiti puu, mille 14 C sisaldus on 72% normist. Mis on puu vanus?
Lahendus. Radioaktiivne lagunemine on esimest järku reaktsioon. Kiiruskonstant on:
Puu eluea saab leida kineetilise võrrandi lahendist, võttes arvesse asjaolu, et [A] = 0,72 . [A]0:
Näide 2-2. On kindlaks tehtud, et 2. järku reaktsioon (üks reaktiiv) on 75% lõppenud 92 minutiga reaktiivi algkontsentratsioonil 0,24 M. Kui kaua kulub reaktiivi kontsentratsiooni saavutamiseks 0,16 M samadel tingimustel?
Lahendus. Kirjutame ühe reagendiga 2. järku reaktsiooni kineetilise võrrandi lahenduse kaks korda:
,
kus kokkuleppeliselt a= 0,24 miljonit, t 1 = 92 min, x 1 = 0,75. 0,24 = 0,18 miljonit, x 2 = 0,24 - 0,16 = 0,08 M. Jagame ühe võrrandi teisega:
Näide 2-3. Elementaarseks reaktsiooniks n A B tähistab A poolestusaega kuni t 1/2 ja A lagunemisaega 75% kuni t 3/4 . Tõesta, et suhe t 3/4 / t 1/2 ei sõltu algkontsentratsioonist, vaid selle määrab ainult reaktsiooni järjekord n.Lahendus. Kirjutame reaktsiooni kineetilise võrrandi kahekordse lahenduse n- järjekord ühe reagendiga:
ja jagage üks avaldis teisega. Konstandid k ja a mõlemast avaldisest tühistatakse ja saame:
.
Seda tulemust saab üldistada, tõestades, et nende aegade suhe, mille puhul konversiooniaste on a ja b, sõltub ainult reaktsiooni järjekorrast:
.
ÜLESANDED
2-1. Tõesta kineetilise võrrandi lahendust kasutades, et esimest järku reaktsioonide korral on aeg t x, mille puhul algaine muundumisaste ulatub x, ei sõltu algkontsentratsioonist. (vastus)2-2. Esimest järku reaktsioon kulgeb 30% võrra 7 minutiga. Kui kaua võtab aega, et reaktsioon oleks 99% lõppenud? (vastus)
2-3. Tšernobõli avarii tagajärjel atmosfääri sattunud radioaktiivse isotoobi 137 Cs poolestusaeg on 29,7 aastat. Millise aja pärast on selle isotoobi kogus vähem kui 1% algsest? (vastus)
2-4. Tuumakatsetuste käigus atmosfääri sattuva radioaktiivse isotoobi 90 Sr poolestusaeg on 28,1 aastat. Oletame, et vastsündinud lapse keha on absorbeerinud 1,00 mg seda isotoopi. Kui palju strontsiumi jääb kehasse a) 18 aasta pärast, b) 70 aasta pärast, kui eeldame, et see ei eritu organismist? (Vastus)
2-5. Esimest järku reaktsiooni SO 2 Cl 2 = SO 2 + Cl 2 kiiruskonstant on 2,2. 10 -5 s -1 temperatuuril 320 o C. Kui suur protsent SO 2 Cl 2 laguneb, kui seda hoitakse sellel temperatuuril 2 tundi? (Vastus)
2-6. 1. järku reaktsioonikiiruse konstant
2N 2 O 5 (g) 4NO 2 (g) + O 2 (g)
temperatuuril 25 ° C on see 3,38. 10 -5 s -1. Mis on N 2 O 5 poolestusaeg? Kui suur on rõhk süsteemis a) 10 s, b) 10 min pärast, kui algrõhk oli 500 mm Hg. Art. (vastus)
2-7. Esimest järku reaktsioon viiakse läbi erinevas koguses lähteainega. Kas kineetiliste kõverate algosade puutujad lõikuvad ühes punktis x-teljel? Selgitage vastust. (Vastus)
2-8. Esimest järku reaktsioon A 2B kulgeb gaasifaasis. Esialgne rõhk on lk 0 (B puudub). Leia kogurõhu sõltuvus ajast. Mis aja möödudes tõuseb rõhk esialgsega võrreldes 1,5 korda? Kui suur on reaktsiooni ulatus selleks ajaks? (vastus)
2-9. Teist järku reaktsioon 2A B kulgeb gaasifaasis. Esialgne rõhk on lk 0 (B puudub). Leia kogurõhu sõltuvus ajast. Mis aja pärast väheneb rõhk 1,5 korda võrreldes esialgsega? Kui suur on reaktsiooni ulatus selleks ajaks? (vastus)
2-10. Aine A segati ainetega B ja C võrdsetes kontsentratsioonides 1 mol/l. 1000 s pärast jääb järele 50% ainest A. Kui palju ainet A jääb alles 2000 s pärast, kui reaktsioonil on: a) null, b) esimene, c) teine, c) kolmas üldjärjestus? (vastus)
2-11. Milline reaktsioon - esimest, teist või kolmandat järku - lõpeb kiiremini, kui ainete algkontsentratsioonid on 1 mol / l ja kõik kiiruskonstandid, väljendatuna mol / l ja s, on võrdsed 1-ga? (vastus)
2-12. Reaktsioon
CH 3 CH 2 NO 2 + OH - H 2 O + CH 3 CHNO 2 -
on teist järku ja kiiruskonstant k= 39,1 l/(mol.min) 0 temperatuuril umbes C. Valmistati lahus, mis sisaldas 0,004 M nitroetaani ja 0,005 M NaOH. Kui kaua võtab 90% nitroetaani reageerimine aega?
2-13. H+ ja FG- (fenüülglüoksinaat) ioonide rekombinatsiooni kiiruskonstant UFH molekuliks temperatuuril 298 K on k= 10 11,59 l/(mol.s). Arvutage aeg, mille jooksul reaktsioon kulges 99,999%, kui mõlema iooni algkontsentratsioon on 0,001 mol/l. (vastus)
2-14. Butanool-1 oksüdatsioonikiirus hüpokloorhappega ei sõltu alkoholi kontsentratsioonist ja on võrdeline 2-ga. Kui kaua kulub oksüdatsioonireaktsiooni 298 K juures 90%-ni jõudmiseks, kui alglahus sisaldas 0,1 mol/l HClO ja 1 mol/l alkoholi? Reaktsioonikiiruse konstant on k= 24 l/(mol.min). (vastus)
2-15. Teatud temperatuuril seebistatakse 0,01 M etüülatsetaadi lahus 0,002 M NaOH lahusega 10% 23 minuti jooksul. Mitme minuti pärast seebib see 0,005 M KOH lahusega samal määral? Arvestage, et see reaktsioon on teist järku ja leelised on täielikult dissotsieerunud. (Vastus)
2-16. Teist järku reaktsioon A + B P viiakse läbi lahuses, mille algkontsentratsioonid on [A] 0 = 0,050 mol/l ja [B] 0 = 0,080 mol/l. 1 tunni pärast vähenes aine A kontsentratsioon 0,020 mol/L-ni. Arvutage mõlema aine kiiruskonstant ja poolestusajad.
10. ISTUNG 10. klass(esimene õppeaasta)
Keemilise kineetika alused. Keemilise tasakaalu seisuplaan
1. Keemiline kineetika ja selle uurimisvaldkond.
2. Homogeensete ja heterogeensete reaktsioonide kiirus.
3. Reaktsiooni kiiruse sõltuvus erinevatest teguritest: reagentide olemus, reagentide kontsentratsioon (massi toime seadus), temperatuur (van't Hoffi reegel), katalüsaator.
4. Pöörduvad ja pöördumatud keemilised reaktsioonid.
5. Keemiline tasakaal ja selle nihkumise tingimused. Le Chatelier’ põhimõte.
Keemiliste reaktsioonide kiirusi ja mehhanisme uurivat keemiaharu nimetatakse keemiliseks kineetikaks. Üks selle jaotise põhimõisteid on keemilise reaktsiooni kiiruse mõiste. Mõned keemilised reaktsioonid kulgevad peaaegu silmapilkselt (näiteks neutraliseerimisreaktsioon lahuses), teised aga aastatuhandete jooksul (näiteks grafiidi muutumine saviks kivimite murenemise käigus).
Homogeense reaktsiooni kiirus on reaktsioonis osaleva või reaktsiooni tulemusena moodustunud aine kogus ajaühikus süsteemi mahuühiku kohta:
Teisisõnu, homogeense reaktsiooni kiirus on võrdne mis tahes reagendi molaarse kontsentratsiooni muutusega ajaühikus. Reaktsioonikiirus on positiivne väärtus, seetõttu, kui seda väljendatakse reaktsioonisaaduse kontsentratsiooni muutuse kaudu, pannakse märk “+” ja reaktiivi kontsentratsiooni muutumisel on märk “–”.
Heterogeense reaktsiooni kiirus on aine kogus, mis osaleb reaktsioonis või moodustub reaktsiooni tulemusena ajaühikus faasipinna ühiku kohta:
Kõige olulisemad keemilise reaktsiooni kiirust mõjutavad tegurid on reagentide olemus ja kontsentratsioon, temperatuur ja katalüsaatori olemasolu.
Mõjutamine reaktiivide olemus See väljendub selles, et samadel tingimustel interakteeruvad erinevad ained üksteisega erineva kiirusega, näiteks:
Suurendusega reaktiivi kontsentratsioonid suureneb osakeste kokkupõrgete arv, mis toob kaasa reaktsioonikiiruse suurenemise. Kvantitatiivselt väljendab reaktsiooni kiiruse sõltuvust reaktiivide kontsentratsioonist toimeseadus u u u s u s u s s ja s (K.M. Guldberg ja P. Waage, 1867; N.I. Beketov, 1865). Homogeense keemilise reaktsiooni kiirus konstantsel temperatuuril on otseselt võrdeline reagentide kontsentratsioonide korrutisega, mis võrdub nende stöhhiomeetriliste koefitsientidega (tahkeainete kontsentratsioone ei võeta arvesse), näiteks:
kus A ja B on gaasid või vedelikud, k- reaktsioonikiiruse konstant, mis on võrdne reaktsioonikiirusega reagendi kontsentratsioonil 1 mol/l. Püsiv k sõltub reagentide omadustest ja temperatuurist, kuid ei sõltu ainete kontsentratsioonist.
Reaktsioonikiiruse sõltuvus sellest temperatuuri kirjeldatakse Van t-Goffi (1884) eksperimentaalse reegliga. Temperatuuri tõusuga 10 ° võrra suureneb enamiku keemiliste reaktsioonide kiirus 2–4 korda:
kus on temperatuuri koefitsient.
Katalüsaator Ainet nimetatakse aineks, mis muudab keemilise reaktsiooni kiirust, kuid mida selle reaktsiooni tulemusena ei tarbita. On positiivseid katalüsaatoreid (spetsiifilised ja universaalsed), negatiivsed (inhibiitorid) ja bioloogilised (ensüümid või ensüümid). Reaktsioonikiiruse muutumist katalüsaatorite juuresolekul nimetatakse katalüüs. Eristage homogeenset ja heterogeenset katalüüsi. Kui reagendid ja katalüsaator on samas agregatsiooniseisundis, on katalüüs homogeenne; erinevates - heterogeensed.
Homogeenne katalüüs:
heterogeenne katalüüs:
Katalüsaatorite toimemehhanism on väga keeruline ja pole täielikult mõistetav. On olemas hüpotees vaheühendite moodustumise kohta reagendi ja katalüsaatori vahel:
A + kass. ,
In AB + Cat.
Katalüsaatorite toime tugevdamiseks kasutatakse promootoreid; on ka katalüütilisi mürke, mis nõrgendavad katalüsaatorite toimet.
Heterogeense reaktsiooni kiirust mõjutab liidese suurus(aine peensusaste) ning reaktiivide tarnimise ja reaktsioonisaaduste eemaldamise kiirus liidesest.
Kõik keemilised reaktsioonid jagunevad kahte tüüpi: pöörduvad ja pöördumatud.
Pöördumatud on keemilised reaktsioonid, mis kulgevad ainult ühes suunas., st. nende reaktsioonide produktid ei interakteeru üksteisega, moodustades lähteaineid. Reaktsiooni pöördumatuse tingimused on sademe, gaasi või nõrga elektrolüüdi moodustumine. Näiteks:
BaCl 2 + H 2 SO 4 \u003d BaSO 4 + 2HCl,
K2S + 2HCl \u003d 2KCl + H2S,
HCl + NaOH \u003d NaCl + H2O.
Pööratavad on reaktsioonid, mis toimuvad samaaegselt edasi- ja tagasisuunas., näiteks:
Kui toimub pöörduv keemiline reaktsioon, on otsese reaktsiooni kiirus alguses maksimaalne ja seejärel väheneb lähteainete kontsentratsiooni vähenemise tõttu. Vastupidisel reaktsioonil on algsel ajahetkel minimaalne kiirus, mis järk-järgult suureneb. Seega teatud ajahetkel keemilise tasakaalu seisund mille korral edasisuunalise reaktsiooni kiirus on võrdne pöördreaktsiooni kiirusega. Keemilise tasakaalu seisund on dünaamiline - nii edasi- kui ka vastupidised reaktsioonid jätkuvad, kuid kuna nende kiirused on võrdsed, siis kõikide ainete kontsentratsioonid reaktsioonisüsteemis ei muutu. Neid kontsentratsioone nimetatakse tasakaaluks.
Edasi- ja tagasireaktsiooni kiiruskonstantide suhe on konstant ja seda nimetatakse tasakaalukonstandiks ( To R ) . Tahkeainete kontsentratsioonid ei sisaldu tasakaalukonstandi avaldises. Reaktsiooni tasakaalukonstant sõltub temperatuurist ja rõhust, kuid ei sõltu reagentide kontsentratsioonist ja katalüsaatori olemasolust, mis kiirendab nii edasi- kui ka vastupidist reaktsiooni. Rohkem To p, seda suurem on reaktsiooniproduktide praktiline saagis. Kui a To p > 1, siis on süsteemis ülekaalus reaktsiooniproduktid; kui To R< 1, в системе преобладают реагенты.
Keemiline tasakaal on liikuv, s.t. välistingimuste muutumisel võib edasi- või tagasireaktsiooni kiirus suureneda. Tasakaalu nihke suund määratakse prantsuse teadlase Le Chatelier' 1884. aastal sõnastatud põhimõttega. Kui tasakaalusüsteemile avaldatakse välist mõju, nihkub tasakaal reaktsiooni suunas, mis sellele mõjule neutraliseerib. Tasakaalu nihkumist mõjutavad reaktiivide kontsentratsiooni, temperatuuri ja rõhu muutused.
Reagentide kontsentratsiooni suurenemine ja toodete eemaldamine põhjustavad tasakaalu nihkumise otsese reaktsiooni suunas.
Süsteemi kuumutamisel nihkub tasakaal endotermilise reaktsiooni suunas ja jahutamisel eksotermilise reaktsiooni suunas.
Reaktsioonide puhul, milles osalevad gaasilised ained, nihutab rõhu tõus tasakaalu gaasimolekulide arvu vähenemisega kulgeva reaktsiooni suunas. Kui reaktsioon kulgeb gaasiliste ainete molekulide arvu muutmata, siis ei mõjuta rõhu muutus kuidagi tasakaalunihet.
