Przykład 4.1. Jak zmieni się szybkość każdej reakcji?
2NO (g) + Cl2 (g) = 2NOCI (g) (1); CaO (c) + CO 2 (g) \u003d CaCO 3 (c) (2),
jeśli ciśnienie w każdym układzie wzrośnie 3 razy?
Rozwiązanie. Reakcja (1) jest jednorodna i zgodnie z prawem działania mas początkowa szybkość reakcji wynosi v = k∙ ∙ ; reakcja (2) jest niejednorodna, a jej szybkość wyraża równanie v = k∙ . Stężenie substancji w fazie stałej (CaO w tej reakcji) nie zmienia się w trakcie reakcji, dlatego nie jest uwzględniane w równaniu prawa działania masy.
Trzykrotny wzrost ciśnienia w każdym z układów spowoduje trzykrotne zmniejszenie objętości układu i trzykrotny wzrost stężenia każdej z reagujących substancji gazowych. Przy nowych stężeniach szybkości reakcji: v" = k∙(3) 2 ∙3 = 27 k∙ ∙ (1) i v" = k 3 (2). Porównując wyrażenia na szybkości v i v”, stwierdzamy, że szybkość reakcji (1) wzrasta 27-krotnie, a reakcji (2) 3-krotnie.
Przykład 4.2. Reakcję między substancjami A i B wyraża równanie 2A + B \u003d D. Początkowe stężenia wynoszą: C A \u003d 5 mol / l, C B \u003d 3,5 mol / l. Stała szybkości wynosi 0,4. Oblicz szybkość reakcji w chwili początkowej oraz w chwili, gdy w mieszaninie reakcyjnej pozostaje 60% substancji A.
Rozwiązanie. Zgodnie z prawem działania mas v = . W początkowej chwili prędkość v 1 \u003d 0,4 × 5 · 2 × 3,5 \u003d 35. Po pewnym czasie w mieszaninie reakcyjnej pozostanie 60% substancji A, tj. stężenie substancji A stanie się równe 5 × 0,6 \u003d 3 mol / l. Oznacza to, że stężenie A spadło o 5 – 3 = 2 mol/l. Ponieważ A i B oddziałują ze sobą w stosunku 2:1, stężenie substancji B zmniejszyło się o 1 mol i wyniosło 3,5 - 1 = 2,5 mol / l. Dlatego v 2 \u003d 0,4 × 3 2 × 2,5 \u003d 9.
Przykład 4.3. Jakiś czas po rozpoczęciu reakcji
2NO + O 2 \u003d 2NO 2 stężenia substancji wynosiły (mol / l): \u003d 0,06;
0,12; = 0,216. Znajdź początkowe stężenia NO i O 2 .
Rozwiązanie. Początkowe stężenia NO i O 2 wyznacza się na podstawie równania reakcji, zgodnie z którym 2 mole NO zużywa się na utworzenie 2 moli 2NO 2. Zgodnie z warunkami zadania powstało 0,216 mola NO2, na co zużyto 0,216 mola NO. Zatem początkowe stężenie NO jest równe:
0,06 + 0,216 = 0,276 mol/l.
Zgodnie z równaniem reakcji do utworzenia 2 mol NO 2 potrzebny jest 1 mol O 2, a do otrzymania 0,216 mol NO 2 wymagane jest 0,216 / 2 = 0,108 mol / O 2. Początkowe stężenie O2 wynosi: \u003d 0,12 + 0,108 \u003d 0,228 mol / l.
Zatem początkowe stężenia wynosiły:
0,276 mola/l; = 0,228 mola/l.
Przykład 4.4. W temperaturze 323 K część reakcji kończy się w ciągu 30 sekund. Określ, jak zmieni się szybkość i czas reakcji w temperaturze 283 K, jeśli współczynnik temperaturowy szybkości reakcji wynosi 2.
Rozwiązanie. Zgodnie z regułą van't Hoffa sprawdzamy, ile razy zmieni się szybkość reakcji:
2 –4 = .
Szybkość reakcji zmniejsza się 16 razy. Szybkość reakcji i jej czas są odwrotnie proporcjonalne. W rezultacie czas tej reakcji wzrośnie 16-krotnie i wyniesie 30 × 16 = 480 s = 8 min.
Zadania
№ 4.1 . Reakcja przebiega zgodnie z równaniem 3Н 2 + CO = CH 4 + H 2 O
Początkowe stężenia reagentów wynosiły (mol/l): = 0,8; CCO = 0,6. Jak zmieni się szybkość reakcji, jeśli stężenie wodoru wzrośnie do 1,2 mol/l, a stężenie tlenku węgla do 0,9 mol/l?
(Odpowiedź: wzrośnie 5 razy).
№ 4.2 . Reakcja rozkładu N 2 O przebiega zgodnie z równaniem 2N 2 O \u003d 2N 2 + O 2. Stała szybkości reakcji wynosi 5,10 -4. Początkowe stężenie
0,32 mola/l. Określ szybkość reakcji w chwili początkowej oraz w chwili rozkładu 50% N 2 O. ( Odpowiedź: 5,12 . 10 -5 ; 1,28 . 10 -5).
№ 4.3 . Reakcję pomiędzy substancjami A i B wyraża równanie
A + 2B = D. Stężenia początkowe: C A = 0,3 mol/l i C B = 0,4 mol/l. Stała szybkości wynosi 0,8. Oblicz początkową szybkość reakcji i określ, jak zmieniała się szybkość reakcji po pewnym czasie, gdy stężenie substancji A zmniejszyło się o 0,1 mola.
(Odpowiedź: 3,84 . 10-2; spadła 6-krotnie).
№ 4.4 .Jaki jest współczynnik temperaturowy szybkości reakcji, jeżeli przy spadku temperatury o 30°C czas reakcji wzrasta 64-krotnie? ( Odpowiedź: 4).
№ 4.5 .Oblicz, w jakiej temperaturze reakcja zakończy się za 45 minut, jeśli w 20 ° C zajmie to 3 godziny Współczynnik temperaturowy szybkości reakcji wynosi 3 ( Odpowiedź: 32,6 o C).
№ 4.6. Jak zmieni się szybkość reakcji CO + Cl 2 = COCl 2, jeśli ciśnienie wzrośnie 3-krotnie i jednocześnie temperatura wzrośnie o 30 ° C (γ = 2)?
(Odpowiedź: wzrośnie 72 razy).
№ 4.7 . Reakcje przebiegają według równań
C (c) + O 2 (g) \u003d CO 2 (g) (1); 2CO (g) + O 2 (g) \u003d 2CO 2 (g) (2)
Jak zmieni się szybkość reakcji (1) i (2), jeśli w każdym układzie: a) ciśnienie zmniejszy się 3 razy; b) zwiększyć objętość naczynia 3 razy; c) zwiększyć stężenie tlenu 3 razy? ( Odpowiedź: a) zmniejszy się w (1) o 3, w (2) o 27 razy);
b) zmniejszy się w (1) o 3, w (2) o 27 razy); c) wzrośnie o (1) i (2) o 3 razy).
№ 4.8 . Reakcja przebiega zgodnie z równaniem H 2 + I 2 \u003d 2HI. Stała szybkości wynosi 0,16. Początkowe stężenia wodoru i jodu wynoszą odpowiednio 0,04 mol/l i 0,05 mol/l. Oblicz początkową szybkość reakcji i jej szybkość, gdy stężenie H2 osiągnie wartość 0,03 mol / l. ( Odpowiedź: 3,2 . 10 -3 ; 1,9 . 10 -3).
№ 4.9 . Utlenianie siarki i jej dwutlenku przebiega według równań:
S (k) + O 2 (g) \u003d SO 2 (g) (1); 2SO 2 (g) + O 2 (g) \u003d 2SO 3 (g) (2)
Jak zmieni się szybkość reakcji (1) i (2), jeśli w każdym układzie: a) ciśnienie wzrośnie 4-krotnie; b) zmniejszyć objętość naczynia 4 razy; c) zwiększyć stężenie tlenu 4-krotnie? ( Odpowiedź: a) wzrośnie o (1) o 4, o (2) o 64 (razy);
b) wzrośnie o (1) o 4, o (2) o 64 razy); c) wzrośnie o (1) i (2) o 4 razy).
№ 4.10 . Stała szybkości reakcji 2A + B = D wynosi 0,8. Początkowe stężenia: C A = 2,5 mol/l i C B = 1,5 mol/l. W wyniku reakcji stężenie substancji CB okazało się wynosić 0,6 mol / l. Oblicz, co stało się równe CA i szybkość reakcji. ( Odpowiedź: 0,7 mola/l; 0,235).
№ 4.11. Reakcja przebiega według równania 4HCl + O 2 = 2H 2 O + 2Cl 2
Jakiś czas po rozpoczęciu reakcji stężenia biorących w niej udział substancji osiągnęły poziom (mol / l): \u003d 0,85; = 0,44; = 0,30. Oblicz początkowe stężenia HCl i O 2 . ( Odpowiedź:= 1,45; = 0,59 mola/l).
№ 4.12 . Początkowe stężenia substancji w reakcji CO + H 2 O ↔ CO 2 + H 2
były równe (mol/l): C CO = 0,5; = 0,6; = 0,4; = 0,2. Oblicz stężenia wszystkich substancji biorących udział w reakcji po przereagowaniu 60% H 2 O. ( Odpowiedź: CCO = 0,14; = 0,24; = 0,76; = 0,56 mola/l).
№ 4.13 . Jak zmieni się szybkość reakcji 2CO + O 2 \u003d CO 2, jeśli:
a) zwiększyć 3-krotnie objętość naczynia reakcyjnego; b) zwiększyć stężenie CO 3-krotnie; c) zwiększyć temperaturę o 40 o C (γ = 2)? ( Odpowiedź: a) zmniejszy się 27 razy; b) wzrośnie 9-krotnie; c) wzrośnie 16 razy).
№ 4.14 . W temperaturze 10°C reakcja kończy się w ciągu 20 minut. Jak długo będzie trwała reakcja, gdy temperatura wzrośnie do 40 ° C, jeśli współczynnik temperaturowy wynosi 3? ( Odpowiedź: 44,4 s).
№ 4.15 . Ile razy należy zwiększyć
a) stężenie CO w układzie 2CO \u003d CO 2 + C, aby szybkość reakcji wzrosła 4-krotnie?
b) stężenie wodoru w układzie N 2 + 3H 2 \u003d 2NH 3 tak, że szybkość reakcji wzrasta 100-krotnie?
c) ciśnienie w układzie 2NO + O 2 = 2NO 2, aby szybkość tworzenia NO 2 wzrosła 10 3 razy? ( Odpowiedź: 2 razy; 4,64 razy; 10 razy).
№ 4.16 . Szybkość reakcji A + 2B \u003d AB 2 przy C A \u003d 0,15 mol / l i
C B \u003d 0,4 mol / l jest równe 2,4 ∙ 10 -3. Wyznacz stałą szybkości i szybkość reakcji, gdy stężenie B wynosi 0,2 mol/l. ( Odpowiedź: 0,1; 2 ∙ 10 -4).
№ 4.17 . Jak zmieni się szybkość reakcji 2A + B = A 2 B, jeśli stężenie substancji A wzrośnie 3 razy, stężenie substancji B zmniejszy się 2 razy, a temperatura wzrośnie o 40 ° C (γ \u003d 2 )? ( Odpowiedź: wzrośnie 72 razy).
№ 4.18. Reakcja przebiega zgodnie z równaniem 2H 2 S + 3O 2 = 2SO 2 + 2H 2 O.
Jakiś czas po rozpoczęciu reakcji stężenia biorących w niej udział substancji osiągnęły poziom (mol / l): \u003d 0,009; = 0,02; = 0,003. Oblicz: = 0,7 mol/l).
1. W naczyniu zmieszano gaz A z ilością substancji 4,5 mola i gaz B z ilością substancji 3 mol. Gazy A i B reagują zgodnie z równaniem A + B \u003d C. Po pewnym czasie w układzie utworzył się gaz C o substancji 2 mol. Jakie ilości nieprzereagowanych gazów A i B pozostały w układzie?
Z równania reakcji wynika, że:
Dn(A) = Dn(B) = Dn(C) = 2 mole,
gdzie Dn jest zmianą ilości substancji podczas reakcji.
Dlatego w naczyniu pozostaje:
n 2 (A) = n 1 (A) - Dn(A); n 2 (A) \u003d (4,5 - 2) mol \u003d 2,5 mol;
n 2 (B) = n 1 (B) - Dn(B); n 2 (B) \u003d (3 - 2) mol \u003d 1 mol.
2. Reakcja przebiega według równania: 2A + B ⇄ C i ma drugi rząd dla substancji A i pierwszy dla substancji B. W początkowej chwili szybkość reakcji wynosi 15 mol/l×s. Oblicz stałą szybkości i szybkość reakcji bezpośredniej w chwili, gdy reaguje 50% substancji B, jeśli początkowe stężenia są równe: С(A) = 10 mol/l; C(B) = 5 mol/l. Jak zmieni się szybkość reakcji chemicznej?
С(B), który wszedł w reakcję, jest równy:
C(B) \u003d 0,5 · 5 \u003d 2,5 mol / l.
Odpowiednio C(A), które weszło w reakcję, jest równe:
2 mol/l A - 1 mol/l B
C(A) - 2,5 mol/l B
C(A) i C(B) po reakcji:
C(A) \u003d 10 - 5 \u003d 5 mol / l,
C(B) \u003d 5 - 2,5 \u003d 2,5 mol / l.
Szybkość reakcji bezpośredniej będzie wynosić:
Szybkość reakcji chemicznej zmieni się:
tj. zmniejszy się 8 razy.
3. Reakcję między substancjami A i B wyraża się równaniem: A + 2B \u003d C i ma pierwszy rząd dla substancji A, a drugi dla substancji B. Początkowe stężenia substancji wynoszą: C (A) \u003d 2 mol / l; C(B) = 4 mol/l; stała szybkości wynosi 1,0. Znajdź początkową szybkość reakcji i szybkość po pewnym czasie, gdy stężenie substancji A zmniejszy się o 0,3 mol/l.
Zgodnie z prawem działania masowego:
Jeżeli stężenie substancji A zmniejszy się o 0,3 mol/l, wówczas stężenie substancji B zmniejszy się o 0,3 × 2 = 0,6 mol/l. Po reakcji stężenia wynoszą:
4. Szybkość bezpośrednich i odwróconych reakcji w fazie gazowej zachodzących w zamkniętym naczyniu wyrażają równania:
Zgodnie z prawem działania mas, szybkości reakcji bezpośrednich i odwrotnych w warunkach początkowych wynoszą:
Wzrost ciśnienia o współczynnik 3 dla układów gazowych prowadzi do zmniejszenia objętości mieszaniny gazów o współczynnik 3, stężenia wszystkich trzech gazów wzrosną o tę samą wielkość, a szybkości obu reakcji staną się odpowiednio równe:
Stosunki szybkości reakcji wynoszą:
Zatem szybkość reakcji do przodu wzrośnie 27 razy, a odwrotnej - o 9.
5. Reakcja w temperaturze 50 0 C przebiega w ciągu 2 minut i 15 sekund. Ile czasu zajmie zakończenie tej reakcji w temperaturze 70 0 C, jeśli współczynnik temperaturowy szybkości g wynosi 3 w tym zakresie temperatur?
Wraz ze wzrostem temperatury od 50 do 70 0 C szybkość reakcji wzrasta zgodnie z zasadą van't Hoffa:
Gdzie = 70 0 C, \u003d 50 0 С, a i - szybkości reakcji w danych temperaturach.
Otrzymujemy:
te. szybkość reakcji wzrasta 9-krotnie.
Zgodnie z definicją czas reakcji jest odwrotnie proporcjonalny do szybkości reakcji, zatem:
gdzie i jest czasem reakcji w temperaturach I .
Stąd otrzymujemy:
Mając to na uwadze, że = 135 s (2 min 15 s), wyznaczamy czas reakcji w danej temperaturze :
6. Ile razy szybkość reakcji chemicznej wzrośnie wraz ze wzrostem temperatury od = 10 0 C do = 80 0 С , jeśli współczynnik temperaturowy prędkości g jest równy 2?
Z reguły van't Hoffa:
Szybkość reakcji wzrośnie 128 razy.
7. Badając kinetykę wydalania leku z organizmu pacjenta, stwierdzono, że w ciągu 3 godzin 50% początkowej ilości leku pozostawało w organizmie pacjenta. Wyznaczyć okres półtrwania i stałą szybkości reakcji eliminacji leku z organizmu człowieka, jeżeli wiadomo, że jest to reakcja pierwszego rzędu.
Ponieważ przez dany okres czasu 50% leku zostało usunięte z organizmu, wówczas t 1/2 = 3 godziny. Stałą szybkości reakcji obliczamy z równania:
8. W badaniach laboratoryjnych wodnych roztworów leku stwierdzono, że w wyniku hydrolizy dzienne stężenie leku spadło z 0,05 mol/l do 0,03 mol/l. Oblicz okres półtrwania reakcji hydrolizy leku.
Ponieważ reakcje hydrolizy przebiegają zwykle przy znacznym nadmiarze wody, jej stężenie może być stałe. W związku z tym podczas reakcji zmienia się tylko stężenie leku, a reakcję hydrolizy można uznać za reakcję pierwszego rzędu.
Wartość stałej szybkości reakcji znajdujemy z równania:
9. Okres półtrwania leku w organizmie pacjenta (reakcja pierwszego rzędu) wynosi 5 godzin. Określ czas, w którym 75% leku zostanie usunięte z organizmu.
Po usunięciu 75% leku z organizmu stosunek C / C 0 wyniesie 0,25. W takim przypadku wygodnie jest użyć wzoru:
,
10. Stała szybkości reakcji hydrolizy sacharozy wynosi 2,31×10 - 3 h - 1 . Oblicz:
1) okres półtrwania reakcji;
2) czas, w którym hydrolizie ulega 20% sacharozy;
3) jaka część glukozy ulegnie hydrolizie po 5 dniach.
1. Okres półtrwania wynosi:
2. Po hydrolizie 20% sacharozy stosunek C/C 0 wyniesie 0,8. Stąd:
3. Po 5 dniach (120 godzinach) stosunek C/C 0 będzie wynosić:
W rezultacie hydrolizie uległo 24% glukozy.
11. W trakcie reakcji pierwszego rzędu 60% początkowej ilości substancji ulega przemianie w ciągu 30 minut. Określ, jaka część substancji pozostanie po 1 godzinie.
1. Po 30 minutach ilość pozostałej substancji będzie wynosić:
C 1 \u003d C 0 - 0,6 C 0 \u003d 0,4 × C 0.
tj. stosunek C0/C1 wynosi 2,5.
2. Znajdź stałą szybkości reakcji:
3. Ilość substancji C 2 pozostała po 1 godzinie określa się według wzoru:
Zatem po 1 godzinie pozostanie 16% pierwotnej substancji.
Pytania do samokontroli
1. Jak nazywa się szybkość reakcji chemicznej?
2. Jak nazywa się rzeczywista szybkość reakcji jednorodnej?
3. Jaki jest wymiar szybkości reakcji jednorodnej?
4. Jak nazywa się szybkość reakcji heterogenicznej?
5. Jaki jest wymiar szybkości reakcji heterogenicznej?
6. Wymień czynniki wpływające na szybkość reakcji.
7. Sformułuj prawo działania mas.
8. Jakie jest fizyczne znaczenie stałej szybkości reakcji? Od czego zależy, a od czego nie zależy stała szybkości reakcji?
9. Jak nazywa się porządek reakcji? Podaj przykłady równań reakcji zerowego, pierwszego, drugiego i trzeciego rzędu.
10. Czy wymiar stałej szybkości reakcji zależy od rzędu reakcji?
11. Co nazywa się molekularnością reakcji?
13. Definiować reakcje proste i złożone. Podaj klasyfikację reakcji złożonych.
14. Sformułuj regułę van't Hoffa. Podaj matematyczne wyrażenie reguły van't Hoffa.
15. Jak szybkość reakcji zależy od energii aktywacji? Napisz równanie Arrheniusa.
16. Co to jest kompleks aktywowany? Dlaczego reakcje przebiegają przez etapy tworzenia aktywowanych kompleksów?
17. Co nazywa się katalizatorem? Kataliza homogeniczna i heterogeniczna. Dlaczego reakcje przebiegają szybciej w obecności katalizatorów?
18. Co to jest kataliza enzymatyczna? Napisz równanie Michaelisa-Mentena.
Warianty zadań do samodzielnego rozwiązania
Opcja nr 1
1. Reakcję między substancjami A i B wyraża się równaniem 2A + B \u003d C i ma drugi rząd dla substancji A i pierwszy dla substancji B. Początkowe stężenia substancji wynoszą: C 0 (A) \u003d 0,4 mol / l; C 0 (B) \u003d 0,8 mol / l; k = 0,6. Znajdź początkową szybkość reakcji i szybkość po pewnym czasie, gdy stężenie substancji A zmniejszy się o 0,2 mol/l.
2. O ile stopni należy podnieść temperaturę, aby szybkość reakcji wzrosła 64-krotnie? Współczynnik temperaturowy szybkości reakcji g wynosi 2.
a) kiedy ciśnienie w układzie podwoi się?
b) przy 2-krotnym wzroście objętości gazów?
Opcja nr 2
1. Reakcja przebiega według równania: A + B = C i jest pierwszego rzędu w substancji A i w substancji B. Zwiększono stężenie A z 2 do 8 mol/l, a stężenie B z 3 do 9 moli/l. O ile wzrosła szybkość reakcji naprzód?
2. W temperaturze 150 0 C reakcja kończy się po 10 minutach. Przyjmując współczynnik temperaturowy g równy 2, oblicz, ile minut zakończyłaby się reakcja w temperaturze 170 0 C.
3. Szybkość reakcji wyraża równanie: 
Ile razy zmieni się szybkość reakcji, gdy stężenie substancji wyjściowych wzrośnie 3 razy?
Opcja numer 3
1. Reakcję wyraża równanie: A + B \u003d C i ma pierwszy rząd w substancji A i substancji B. Przy początkowych stężeniach C 0 (A) \u003d 3 mol / l i C 0 (B) \ u003d 5 mol/l, szybkość reakcji bezpośredniej równa 0,3 mol/l×s. Wyznacz stałą szybkości i szybkość reakcji po pewnym czasie, gdy stężenie A spadnie o 2 mol/l.
2. Ile razy szybkość reakcji chemicznej wzrośnie wraz ze wzrostem temperatury od 10 do 70 0 C, jeśli współczynnik temperaturowy szybkości g wynosi 2?
3. Szybkość reakcji A (tv) + 2B (gaz) = C (tv) wyraża się równaniem: 
Jak zmieni się szybkość reakcji, jeśli stężenie B wzrośnie dwukrotnie?
Opcja numer 4
1. Reakcja przebiega według równania: 2A + B \u003d 2C i ma drugi rząd dla substancji A i pierwszy dla substancji B. Oblicz szybkość reakcji bezpośredniej w chwili, gdy 40% substancji B reaguje, jeżeli początkowe stężenia wynoszą: C 0 (A) = 8 mol/l; C0(B) = 4 mol/l; k = 0,4.
2. Część reakcji w temperaturze 100°C kończy się po 5 minutach. Ile czasu zajmie zatrzymanie się w temperaturze 80 0 C, jeśli współczynnik temperaturowy prędkości g wynosi 3?
3. Szybkość reakcji 3A + B = C wyraża się równaniem: 
Ile razy zmieni się szybkość reakcji bezpośredniej?
a) gdy stężenie substancji A zostanie podwojone?
b) przy jednoczesnym 2-krotnym zmniejszeniu stężenia substancji wyjściowych?
Opcja nr 5
1. Szybkość pewnej reakcji ze wzrostem temperatury od 40 do 70 0 C wzrosła 8-krotnie. Określ wartość g.
2. Reakcja przebiega zgodnie z równaniem: A + 3B \u003d 2C i ma pierwszy rząd dla substancji A, a drugi dla substancji B. Początkowe stężenia substancji wynoszą: C 0 (A) \u003d 2 mol / l; C0(B) = 6 mol/l; k = 1. Oblicz początkową szybkość reakcji postępującej oraz szybkość w chwili, gdy stężenie substancji A zmniejszyło się o 1 mol/l. Jak zmieni się szybkość reakcji chemicznej?
3. Jak zmienią się szybkości reakcji bezpośrednich i odwrotnych zachodzących w fazie gazowej i przy zachowaniu równań:
Opcja numer 6
1. W zamkniętym naczyniu znajduje się mieszanina gazów składająca się z 1 mola A i 3 moli B, która reaguje według równania: A + 3B = 2C. Szybkość reakcji bezpośredniej opisuje równanie 
Ile razy zmniejszy się szybkość reakcji bezpośredniej po przereagowaniu 0,5 mola A?
2. O ile stopni należy podnieść temperaturę, aby szybkość reakcji wzrosła 9-krotnie, jeśli współczynnik temperaturowy szybkości g wynosi 3?
3. Jak zmieni się szybkość bezpośredniej reakcji w fazie gazowej: 2A = B, której rząd szacuje się na 0,5, przy izotermicznym spadku ciśnienia w układzie 3-krotnym?
Opcja numer 7
1. Reakcja między substancjami A i B przebiega według równania: A + 2B \u003d C i ma pierwszy rząd w substancji A i w substancji B. Początkowe stężenia reagujących substancji wynosiły: C 0 (A) \u003d 1,5 mola / l; C0(B) = 3 mol/l; k = 0,4. Oblicz szybkość reakcji chemicznej w początkowej chwili i po pewnym czasie, gdy przereagowało 75% A.
2. Jaki jest współczynnik temperaturowy szybkości g, jeśli wraz ze wzrostem temperatury o 30 0 C szybkość reakcji wzrasta 27 razy?
3. Jak zmienią się szybkości reakcji bezpośrednich i odwrotnych zachodzących w fazie gazowej i przy zachowaniu równań:
przy izotermicznym wzroście ciśnienia 2 razy?
Opcja numer 8
1. W 1 litrze roztworu zawierającego 1 mol substancji A i 2 mole substancji B reakcja przebiega: A + 3B \u003d 2C + D. Reakcja bezpośrednia ma pierwszy rząd w substancji A i drugi w substancji B. Ile razy prędkość reakcji bezpośredniej zmniejszy się po dodaniu 0,65 mola substancji A?
2. Gdy temperatura wzrasta od -5 do +5 0 C, szybkość hydrolizy bakteryjnej (proces enzymatyczny) wzrasta 4-krotnie. Znajdź wartość współczynnika temperaturowego szybkości reakcji g.
3. Ile razy należy zwiększyć stężenie substancji A w układzie 2A (gaz) \u003d B (gaz) + C (ciało stałe), aby szybkość reakcji bezpośredniej, która jest reakcją drugiego rzędu, wzrosła o 4 razy?
Opcja numer 9
1. Reakcja przebiega według równania: 2A + B = 2C i ma drugi rząd dla substancji A i pierwszy dla substancji B. Szybkość reakcji bezpośredniej wynosi 8 mol/l×s. Oblicz stałą szybkości i szybkość reakcji bezpośredniej w chwili, gdy 30% substancji B reaguje, jeśli początkowe stężenia wynoszą: C 0 (A) = 2 mol/l; C 0 (B) \u003d 1 mol / l. Jak zmieni się szybkość reakcji chemicznej?
2. Wraz ze wzrostem temperatury od 10 do 50 0 C szybkość reakcji wzrosła 16 razy. Wyznacz temperaturowy współczynnik prędkości g.
3. Reakcja przebiega według równania: A + B = C + D + E i ma pierwszy rząd dla substancji A i zero dla substancji B. Jak zmieni się szybkość reakcji bezpośredniej po 3-krotnym rozcieńczeniu mieszaniny reakcyjnej ?
Opcja numer 10
1. Reakcja przebiega według równania: A + 2B \u003d AB 2 i ma pierwszy rząd w substancji A i drugi w substancji B. Stała szybkości reakcji wynosi 0,01. Oblicz szybkość reakcji przy początkowych stężeniach: C 0 (A) = 0,8 mol/l; C 0 (B) \u003d 0,8 mol / l i szybkość reakcji w momencie tworzenia 0,2 mol / l substancji AB 2.
2. Ile razy szybkość reakcji chemicznej wzrośnie wraz ze wzrostem temperatury od 30 do 60 0 C, jeśli współczynnik temperaturowy szybkości g wynosi 3?
3. Okres półtrwania leku w organizmie pacjenta (reakcja pierwszego rzędu) wynosi 6 godzin. Określ czas, przez który zawartość leku w organizmie człowieka zmniejszy się 8-krotnie.
Opcja numer 11
1. Reakcja przebiega zgodnie z równaniem: A + B \u003d 2C i ma pierwszy rząd w substancji A i substancji B. Początkowe stężenia substancji wynoszą: C 0 (A) \u003d 0,3 mol / l; C 0 (B) \u003d 0,5 mol / l; k = 0,1. Znajdź początkową szybkość reakcji i szybkość reakcji po pewnym czasie, gdy stężenie A zmniejszy się o 0,1 mol/l.
2. W temperaturze 100°C część reakcji kończy się po 16 minutach. Przyjmując współczynnik temperaturowy szybkości g równy 2, oblicz, po ilu minutach ta sama reakcja zakończyłaby się w temperaturze 140 0 C?
3. Okres półtrwania leku w organizmie pacjenta (reakcja pierwszego rzędu) wynosi 2 godziny. Określ czas, w którym 99% leku zostanie usunięte z organizmu.
Opcja numer 12
1. Reakcja przebiega zgodnie z równaniem: A + 2B \u003d C i ma pierwszy rząd dla substancji A, a drugi dla substancji B. Początkowe stężenia substancji wynoszą: C 0 (A) \u003d 0,9 mol / l; C 0 (B) \u003d 1,5 mol / l; k = 0,6. Znajdź początkową szybkość reakcji i szybkość po pewnym czasie, gdy zużyto 50% substancji A.
2. Jaki jest współczynnik temperaturowy szybkości reakcji chemicznej g , jeśli wraz ze wzrostem temperatury o 30 0 C prędkość wzrośnie 27 razy?
3. Okres półtrwania niektórych reakcji pierwszego rzędu wynosi 30 minut. Oblicz, jaka część pierwotnej kwoty pozostanie po 1 godzinie.
Opcja numer 13
1. Reakcja przebiega według równania: 2A + B = 2C i ma drugi rząd dla substancji A i pierwszy dla substancji B. Stała szybkości reakcji wynosi 5 × 10 - 2. Oblicz szybkość reakcji przy początkowych stężeniach C 0 (A) = 0,4 mol/l; C 0 (B) \u003d 0,9 mol / l i szybkość reakcji do czasu powstania 0,1 mola substancji C.
2. W temperaturze 10 0 C reakcja przebiega w ciągu 80 minut. W jakiej temperaturze reakcja zakończy się po 20 minutach, jeśli współczynnik temperaturowy szybkości g wynosi 2?
3. W trakcie badań laboratoryjnych stwierdzono, że w ciągu dnia stężenie leku w organizmie pacjenta zmniejszyło się z 0,1 mol/l do 0,02 mol/l. Oblicz okres półtrwania leku, zakładając, że jest to reakcja pierwszego rzędu.
Opcja numer 14
1. W zamkniętym naczyniu o pojemności 1 l znajduje się mieszanina gazów składająca się z 1 mola gazu A i 3 moli gazu B, która reaguje według równania: A + 3B = 2C. Reakcja bezpośrednia ma pierwszy rząd w substancji A i drugi w substancji B. Jak zmieni się szybkość reakcji bezpośredniej po przereagowaniu 0,5 mola gazu A?
2. Wraz ze wzrostem temperatury układu z 10 do 50 0 C szybkość reakcji chemicznej wzrosła 16-krotnie. Określ współczynnik temperaturowy szybkości reakcji g .
3. Podczas wypadku w elektrowni jądrowej w Czarnobylu (1986) uwolniony został radionuklid Cs-137, którego okres półtrwania wynosi 30 lat. Oblicz, jaka część radionuklidu, który dostał się do organizmu, pozostała w chwili obecnej.
Opcja numer 15
1. Reakcja przebiega zgodnie z równaniem: A + B \u003d C ma pierwszy rząd w substancji A i w substancji B. Przy początkowych stężeniach substancji C 0 (A) \u003d 0,6 mol / l; C0 (B) = 0,8 mol/l, szybkość reakcji wynosi 0,03 mol/l×s. Wyznacz stałą szybkości i szybkość reakcji po pewnym czasie, gdy stężenie substancji A zmniejszy się o 0,3 mol/l.
2. Szybkość reakcji w temperaturze 0 0 C wynosi 1 mol/l×s. Oblicz szybkość tej reakcji w temperaturze 30 0 C, jeśli współczynnik temperaturowy szybkości reakcji wynosi 3.
3. Stała szybkości hydrolizy pestycydów w temperaturze 25 0 C wynosi 0,32 s - 1 . Początkowe stężenie pestycydu w próbce wynosiło 2,5 mol/l. Oblicz czas, po jakim stężenie pestycydów spadnie do 0,01 mol/l.
Opcja numer 16
1. Reakcja rozkładu przebiega zgodnie z równaniem: 2A \u003d 2B + C i ma drugi rząd w substancji A. Stała szybkości tej reakcji w 200 0 C wynosi 0,05. Stężenie początkowe С(A) = 2 mol/l. Wyznaczyć szybkość reakcji we wskazanej temperaturze w chwili początkowej oraz w chwili rozkładu 80% substancji A.
2. Jak zmieni się szybkość reakcji bezpośredniej: 2A (tv) + 3B (gaz) \u003d 2C (tv), która ma rząd zerowy dla substancji A i trzeci dla substancji B, jeśli ciśnienie w układzie wynosi wzrosła 3 razy?
3. W trakcie jakiejś reakcji pierwszego rzędu 20% początkowej ilości substancji ulega przemianie w ciągu 45 minut. Określ, jaka część substancji pozostanie po 1,5 godzinie.
Opcja numer 17
1. Oddziaływanie gazów przebiega według równania: A + 2B \u003d 2C i ma pierwszy rząd pod względem substancji A i drugi pod względem substancji B. Początkowe stężenia gazów wynoszą: C 0 (A) \ u003d 2 mol / l; C0(B) = 4 mol/l; k = 0,02. Oblicz szybkość reakcji bezpośredniej w początkowej chwili i po pewnym czasie, gdy przereagowało 50% substancji A.
2. W temperaturze 20 0 C reakcja przebiega w ciągu 2 minut. Jak długo będzie trwać ta sama reakcja w temperaturze 0 0 C, jeśli g = 2?
3. Kwas mrówkowy na powierzchni złota rozkłada się na tlenek węgla (IV) i wodór. Stała szybkości tej reakcji w temperaturze 140 0 C wynosi 5,5×10 - 4 min -1, a w temperaturze 185 0 C wynosi 9,2 x 10 - 3 min -1 . Wyznacz energię aktywacji tej reakcji.
Opcja numer 18
1. Reakcja przebiega według równania: 2A + B = 2C i jest pierwszego rzędu w substancji A i w substancji B. Szybkość reakcji wynosi 0,5 mol/l×s. Początkowe stężenia substancji są równe: С(A) = 6 mol/l; C(B) = 3 mol/l. Wyznacz stałą szybkości tej reakcji oraz szybkość reakcji po pewnym czasie, gdy stężenie substancji B zmniejszy się o 1 mol/l.
2. W temperaturze 20 0 C reakcja przebiega w ciągu 2 minut. Jak długo będzie trwać ta sama reakcja w temperaturze 50 0 C, jeśli g = 2?
3. Stała szybkości reakcji inwersji cukru trzcinowego w temperaturze 25 0 C wynosi 9,67×10 - 3 min - 1 , a w temperaturze 40 0 C wynosi 73,4 × 10 - 3 min -1 . Wyznacz energię aktywacji tej reakcji w podanym zakresie temperatur.
Kontroluj pytania i zadania
1. Szybkość reakcji chemicznych, różnica między szybkością średnią a szybkością chwilową.
2. Zapisz matematyczne wyrażenie prawa działania mas dla reakcji chemicznych:
2A + B = ZA 2 B
4Fe + 3O 2 \u003d 2Fe 2 O 3
3. Zależność szybkości reakcji chemicznej od charakteru reagentów, od temperatury. Prawo Van't Hoffa, równanie Arrheniusa. Kataliza homogeniczna i heterogeniczna. Przykłady. Mechanizm działania katalizatora. Energia aktywacji reakcji chemicznej.
4. Stała szybkości reakcji A + 2B \u003d AB 2 wynosi 2 · 10 -3 l / (mol s). Oblicz jego prędkość w chwili początkowej, gdy C A = C B = 0,4 mol/l i po pewnym czasie. W tym czasie stężenie substancji AB 2 wynosiło 0,1 mol/l.
5. Spalanie metanu w tlenie, jeśli stężenie tlenu wzrośnie 5-krotnie?
6. Reakcja chemiczna przebiega zgodnie z równaniem A + B \u003d C. W początkowej chwili C A \u003d 2,7 mol / l, C B \u003d 2,5 mol / l. Po 0,5 godziny stężenie substancji A spadło i osiągnęło wartość C A \u003d 2,5 mol / l. Oblicz stężenie substancji B i C do tego momentu oraz średnią prędkość w określonym przedziale czasu.
7. Ile razy należy zwiększyć ciśnienie, aby szybkość reakcji chemicznej 2NO 2 + O 2 = 2NO 2 wzrosła 1000 razy?
8. Ile razy zmieni się szybkość reakcji chemicznej, gdy temperatura spadnie z 70 do 30 0 C, jeśli współczynnik temperaturowy wynosi 3.
9. O ile stopni należy podnieść temperaturę, aby szybkość reakcji chemicznej wzrosła 81 razy? Współczynnik temperaturowy szybkości reakcji wynosi 3?
10. Oblicz współczynnik temperaturowy określonej reakcji chemicznej, jeżeli przy wzroście temperatury od 10 do 50 0 С szybkość reakcji chemicznej wzrosła 16 razy.
Przykłady realizacji zadań
Przykład 1 Zapisz matematyczne wyrażenie prawa działania mas dla następujących reakcji chemicznych:
Odpowiedź. Dla reakcji (1) szybkość zależy tylko od stężenia SO 2, dla reakcji (2) zależy tylko od stężenia H 2.
Przykład 2 Jak zmieni się szybkość reakcji chemicznej?
4Al (c) + 3O 2 (g) \u003d 2Al 2 O 3 (c),
jeśli stężenie tlenu wzrośnie 3 razy?
Rozwiązanie
1. Zapisujemy wyrażenie zależności szybkości reakcji chemicznej od stężenia reagentów: V 1 = k 3.
2. Wraz ze wzrostem stężenia tlenu 3-krotnie wzrasta również szybkość reakcji chemicznej: V 2 \u003d k 3.
V 2 / V 1 = ¾¾¾¾¾¾¾¾ = 27
Odpowiedź. Wraz ze wzrostem stężenia tlenu 3-krotnie szybkość reakcji chemicznej wzrasta 27-krotnie.
Przykład 3 Jak zmieni się szybkość reakcji chemicznej?
2Al (c) + 3Cl 2 (g) \u003d 2AlCl 3 (c)
gdy ciśnienie zostanie podwojone?
Rozwiązanie.
1. Zapisujemy wyrażenie zależności szybkości reakcji chemicznej od stężenia reagentów: V 1 = k 3.
2. Gdy ciśnienie się podwoi, stężenie chloru również się podwoi. Dlatego V 2 = k 3 .
3. Zmiana szybkości reakcji chemicznej wynosi
V 2 / V 1 = ¾¾¾¾¾¾¾ = 8
Odpowiedź. Przy 2-krotnym wzroście ciśnienia szybkość tej reakcji chemicznej wzrasta 8-krotnie.
Przykład 4 Współczynnik temperaturowy szybkości reakcji chemicznej wynosi 2,5. Jak zmieni się jego szybkość a) wraz ze wzrostem temperatury mieszaniny reakcyjnej z 60 do 100 o C; b) gdy temperatura spadnie z 50 do 30 ° C.
Rozwiązanie
1. Zależność szybkości reakcji chemicznej od temperatury określa reguła van't Hoffa. Jego matematyczne wyrażenie:
V 2 = V 1 γ (t2 - t1) / 10 .
Dlatego a) V 2 / V 1 \u003d 2,5 (100-60) / 10 \u003d 2,5 · 4 \u003d 39,06;
b) V 2 / V 1 \u003d 2,5 (30-50) / 10 \u003d 2,5 -2 \u003d 1 / 6,25 \u003d 0,16.
Odpowiedź. Wraz ze wzrostem temperatury o 40 ° szybkość tej reakcji wzrasta 39,06 razy, przy spadku temperatury o 20 ° szybkość reakcji chemicznej zmniejsza się 6,25 razy i wynosi tylko 0,16 szybkości reakcji chemicznej w temperatura 50°C.
Temat. Równowaga chemiczna
Kontroluj pytania i zadania
1. Odwracalne i nieodwracalne reakcje chemiczne. Daj przykłady. Główne oznaki nieodwracalności reakcji. Fałszywa równowaga chemiczna.
2. Prawo działania mas dla odwracalnych reakcji chemicznych. Znaczenie fizyczne stałej równowagi chemicznej.
3. Zapisz wyrażenie na stałą równowagi chemicznej dla następujących reakcji chemicznych:
3Fe(c) + 4H 2O(g) Fe 3O 4 (c) + 4H 2 (g)
CaO (c) + CO 2 (g) CaCO 3 (c)
Ca(c) + C(c) +3/2O 2 (g) CaCO 3 (c)
4. Zasada Le Chateliera. Daj przykłady.
5. Jak wzrost ciśnienia wpływa na zmianę równowagi chemicznej w reakcjach:
H 2 (g) + J 2 (g) 2HJ (g)
CO(g) + Cl2 (g) COCl2 (g)
2NO(g) + O2 (g) 2NO2 (g)
C(c) + CO2 (g) 2CO(g)
6. W kierunku reakcji bezpośredniej lub odwrotnej równowaga chemiczna przesunie się w następujących reakcjach wraz ze spadkiem temperatury:
2H 2 S(g) + 3O 2 (g) 2SO 2(g) + 2H 2 O(g) DH< 0
2N 2 (g) + O 2 (g) 2N 2 O(g) DH > 0
2SO 2 (g) + O 2 (g) 2SO 3 (g) + 192,74 kJ
N 2 O 4 (g) 2NO 2 (g) - 54,47 kJ
7. Pod wpływem jakich czynników równowaga chemiczna może zostać przesunięta w stronę reakcji bezpośredniej:
C (c) + H 2 O (g) CO (g) + H 2 (g) - 129,89 kJ
N 2 (g) + 3H 2 (g) 2NH 3 (g) DH< 0
8. Równowagę chemiczną w reakcji 2SO 2 (g) + O 2 (g) \u003d 2SO 3 (g) ustalono przy następujących stężeniach reagentów: \u003d 0,2 mol / l, \u003d 0,05 mol / l, \u003d 0,09 mola/l. Jak zmieni się szybkość reakcji przedniej, a szybkość reakcji odwrotnej, jeśli objętość mieszaniny gazów zmniejszy się 3 razy?
9. Oblicz równowagowe stężenie wodoru i chloru w reakcji chemicznej: H 2 (g) + Cl 2 (g) \u003d 2HCl (g), jeśli początkowe stężenia C (H 2) \u003d 0,5 mol / l, C (Cl 2) = 1,5 mol/l, a stężenie równowagowe chlorowodoru = 0,8 mol/l. Oblicz stałą równowagi chemicznej.
10. W określonej temperaturze skład mieszaniny równowagowej jest następujący: m (CO) \u003d 11,2 g, m (Cl 2) \u003d 14,2 g, m (COCl 2) \u003d 19,8 g, jej objętość wynosi 10 litry. Oblicz stałą równowagi reakcji chemicznej CO(g) + Cl 2 (g) COCl 2 (g)
Przykłady realizacji zadań
Przykład 1 Zapisz matematyczne wyrażenie stałej równowagi chemicznej reakcji Ca 3 N 2 (c) + 6H 2 O (g) \u003d 3Ca (OH) 2 (c) + 2NH 3 (g).
Rozwiązanie. Matematyczne wyrażenie stałej równowagi chemicznej (prawo działania masy dla reakcji odwracalnych) nie uwzględnia udziału substancji w fazie stałej i ciekłej. Stąd,
Odpowiedź. Stała równowagi jest określona przez stosunek stężeń równowagowych amoniaku i wody w fazie gazowej.
Przykład 2 Dla reakcji CoO (c) + CO (g) \u003d Co (c) + CO 2 (g) oblicz stałą równowagi chemicznej, jeżeli do czasu równowagi przereagowało 80% CO, początkowe stężenie CO wynosi 1,88 mol / l.
Rozwiązanie
1. Matematyczne wyrażenie stałej równowagi chemicznej Kc = /.
2. Równowagowe stężenia CO i CO 2 . Równowagowe stężenie CO będzie mniejsze niż początkowe (część substancji - 80% - weszła w reakcję chemiczną:
[CO] = C (CO) ref. – C (CO) proreag. \u003d 1,88 - (1,88 · 80) / 100 \u003d
0,376 mola/l.
Stężenie równowagowe CO 2 wynosi:
[CO 2 ] \u003d C (CO) proreakcja \u003d (1,88 · 80) / 100 \u003d 1,504 mol / l.
3. W matematycznym wyrażeniu stałej równowagi chemicznej podstawiamy wartości stężeń równowagowych CO i CO 2:
Kc \u003d 1,504 / 0,376 \u003d 4.
Odpowiedź. Stała równowagi chemicznej tej reakcji wynosi 4; co wskazuje, że w tym momencie szybkość reakcji w przód jest 4 razy większa niż szybkość reakcji odwrotnej.
Przykład 3 W jakim kierunku równowaga chemiczna reakcji 2NiO (c) + CO 2 (g) + H 2 O (g) \u003d (NiOH) 2 CO 3 (c) DH zostanie przesunięta< 0
a) ze wzrostem ciśnienia, b) ze wzrostem temperatury? Zaproponuj optymalną zmianę parametrów termodynamicznych T i P w celu zwiększenia wydajności produktu reakcji.
Rozwiązanie
1. Zgodnie z zasadą Le Chateliera wzrost ciśnienia przesuwa równowagę reakcji chemicznej w kierunku, któremu towarzyszy zmniejszenie objętości układu reakcyjnego. Wraz ze wzrostem ciśnienia równowaga tej reakcji przesuwa się w prawo (szybkość reakcji naprzód jest większa niż reakcji odwrotnej).
2. Zgodnie z zasadą Le Chateliera wzrost temperatury przesuwa równowagę chemiczną w stronę reakcji endotermicznej. Dlatego wraz ze wzrostem temperatury równowaga tej reakcji przesuwa się w lewo (szybkość reakcji odwrotnej jest większa niż reakcji przedniej).
3. Aby zwiększyć wydajność produktu reakcji chemicznej powstawania wodorowęglanu niklu (II), zwiększ ciśnienie i obniż temperaturę.
Przykład 4 Zapisz wyrażenie na stałą równowagi chemicznej reakcji:
MgO (c) + H 2 (g) \u003d Mg (c) + H 2 O (g).
Czy wzrost ciśnienia wpływa na zmianę równowagi chemicznej?
Rozwiązanie. Dla reakcji heterogenicznych w wyrażeniu szybkości.
1. Podstawowe pojęcia i postulaty kinetyki chemicznej
Kinetyka chemiczna to dział chemii fizycznej zajmujący się badaniem szybkości reakcji chemicznych. Do głównych zadań kinetyki chemicznej należy: 1) obliczanie szybkości reakcji i wyznaczanie krzywych kinetycznych, tj. zależność stężeń reagentów od czasu ( bezpośrednie zadanie); 2) wyznaczanie mechanizmów reakcji z krzywych kinetycznych ( problem odwrotny).
Szybkość reakcji chemicznej opisuje zmianę stężeń reagentów w jednostce czasu. Dla reakcji
A+ B B+... D D+ mi E+...
szybkość reakcji definiuje się następująco:
gdzie nawiasy kwadratowe oznaczają stężenie substancji (zwykle mierzone w mol/l), T- czas; A, B, D, mi- współczynniki stechiometryczne w równaniu reakcji.
Szybkość reakcji zależy od rodzaju reagentów, ich stężenia, temperatury i obecności katalizatora. Zależność szybkości reakcji od stężenia opisuje podstawowy postulat kinetyki chemicznej - prawo działających mas:
Szybkość reakcji chemicznej w każdym momencie jest proporcjonalna do aktualnego stężenia reagentów podniesionego do pewnych potęg:
,
Gdzie k- stała szybkości (niezależna od stężenia); X, y- niektóre numery, które są wywoływane kolejność reakcji substancji Odpowiednio A i B. Liczby te na ogół nie mają nic wspólnego ze współczynnikami A I B w równaniu reakcji. Suma wykładników X+ y zwany ogólny porządek reakcji. Kolejność reakcji może być dodatnia lub ujemna, całkowita lub ułamkowa.
Większość reakcji chemicznych składa się z kilku etapów, tzw reakcje elementarne. Reakcja elementarna jest zwykle rozumiana jako pojedynczy akt utworzenia lub rozerwania wiązania chemicznego, przebiegający poprzez utworzenie kompleksu przejściowego. Nazywa się liczbą cząstek biorących udział w reakcji elementarnej molekularność reakcje. Istnieją tylko trzy rodzaje reakcji elementarnych: monocząsteczkowe (A B + ...), dwucząsteczkowe (A + B D + ...) i trójcząsteczkowe (2A + B D + ...). W przypadku reakcji elementarnych porządek ogólny jest równy molekularności, a porządki pod względem substancji są równe współczynnikom w równaniu reakcji.
PRZYKŁADY
Przykład 1-1. Szybkość tworzenia NO w reakcji 2NOBr (g) 2NO (g) + Br2(g) wynosi 1,6. 10-4 mol/(l.s). Jaka jest szybkość reakcji i zużycie NOBr?
Rozwiązanie. Z definicji szybkość reakcji wynosi:
Kret / (l. s).
Z tej samej definicji wynika, że stopień zużycia NOBr jest równy szybkości tworzenia NO z przeciwnym znakiem:
mol / (l. s).
Przykład 1-2. W reakcji drugiego rzędu A + B D początkowe stężenia substancji A i B wynoszą odpowiednio 2,0 mol/l i 3,0 mol/l. Szybkość reakcji wynosi 1,2. 10 -3 mol/(l.s) przy [A] = 1,5 mol/l. Oblicz stałą szybkości i szybkość reakcji przy [B] = 1,5 mol/l.
Rozwiązanie. Zgodnie z prawem działania mas, w dowolnym momencie szybkość reakcji wynosi:
.
Do chwili, gdy [A] = 1,5 mol/l, przereagowało 0,5 mol/l substancji A i B, zatem [B] = 3 – 0,5 = 2,5 mol/l. Stała szybkości wynosi:
L/(mol. s).
Do chwili, gdy [B] = 1,5 mol/l, przereagowało 1,5 mol/l substancji A i B, zatem [A] = 2 – 1,5 = 0,5 mol/l. Szybkość reakcji wynosi:
Kret / (l. s).
ZADANIA
1-1. Jak szybkość reakcji syntezy amoniaku 1/2 N 2 + 3/2 H 2 \u003d NH 3 wyraża się poprzez stężenia azotu i wodoru? (odpowiedź)
1-2. Jak zmieni się szybkość reakcji syntezy amoniaku 1/2 N 2 + 3/2 H 2 \u003d NH 3, jeśli równanie reakcji zostanie zapisane jako N 2 + 3H 2 \u003d 2NH 3? (odpowiedź)
1-3. Jaka jest kolejność reakcji elementarnych: a) Cl + H 2 = HCl + H; b) 2NO + Cl2 = 2NOCl? (odpowiedź)
1-4. Która z poniższych wartości może przyjąć a) ujemną; b) wartości ułamkowe: szybkość reakcji, rząd reakcji, molekularność reakcji, stała szybkości, współczynnik stechiometryczny? (odpowiedź)
1-5. Czy szybkość reakcji zależy od stężenia produktów reakcji? (odpowiedź)
1-6. Ile razy szybkość elementarnej reakcji w fazie gazowej A = 2D wzrośnie przy 3-krotnym wzroście ciśnienia? (Odpowiedź)
1-7. Określ rząd reakcji, jeśli stała szybkości ma wymiar l 2 / (mol 2. s). (odpowiedź)
1-8. Stała szybkości reakcji gazowej drugiego rzędu w temperaturze 25 ° C wynosi 10 3 l / (mol. s). Ile wynosi ta stała, jeśli równanie kinetyczne wyraża się w postaci ciśnienia w atmosferach? (Odpowiedź)
1-9. Do reakcji w fazie gazowej N-ty rząd nA B wyraża szybkość tworzenia się B w postaci ciśnienia całkowitego.(Odpowiedź)
1-10. Stałe szybkości reakcji do przodu i do tyłu wynoszą 2,2 i 3,8 l/(mol s). Dzięki któremu z poniższych mechanizmów mogą zachodzić te reakcje: a) A + B = D; b) A + B = 2D; c) A = B + D; d) 2A = B. (odpowiedź)
1-11. Reakcja rozkładu 2HI H 2 + I 2 jest drugiego rzędu ze stałą szybkością k= 5,95 . 10 -6 l/(mol. s). Oblicz szybkość reakcji pod ciśnieniem 1 atm i temperaturze 600 K. (odpowiedź)
1-12. Szybkość reakcji drugiego rzędu A + B D wynosi 2,7. 10 -7 mol/(l.s) przy stężeniach substancji A i B odpowiednio 3,0. 10 -3 mol/l i 2,0 mol/l. Oblicz stałą szybkości (Odpowiedź)
1-13. W reakcji drugiego rzędu A + B 2D początkowe stężenia substancji A i B wynoszą 1,5 mol/l każda. Szybkość reakcji wynosi 2,0. 10 -4 mol/(l.s) przy [A] = 1,0 mol/l. Oblicz stałą szybkości i szybkość reakcji przy [B] = 0,2 mol/l. (odpowiedź)
1-14. W reakcji drugiego rzędu A + B 2D początkowe stężenia substancji A i B wynoszą odpowiednio 0,5 i 2,5 mol/L. Ile razy szybkość reakcji przy [A] = 0,1 mol/l jest mniejsza niż szybkość początkowa? (odpowiedź)
1-15. Szybkość reakcji w fazie gazowej opisuje równanie w = k. [A] 2 . [B]. Przy jakim stosunku stężeń A i B początkowa szybkość reakcji będzie maksymalna przy ustalonym ciśnieniu całkowitym? (odpowiedź)
2. Kinetyka reakcji prostych
W tej części, w oparciu o prawo działania mas, ułożymy i rozwiążemy równania kinetyczne dla nieodwracalnych reakcji rzędu całkowitego.
Reakcje rzędu 0. Szybkość tych reakcji nie zależy od stężenia:
,
gdzie [A] jest stężeniem substancji wyjściowej. Porządek zerowy występuje w reakcjach heterogenicznych i fotochemicznych.
Reakcje pierwszego rzędu. W reakcjach typu A B szybkość jest wprost proporcjonalna do stężenia:
.
Przy rozwiązywaniu równań kinetycznych często stosuje się następujący zapis: stężenie początkowe [A] 0 = A, aktualne stężenie [A] = A - X(T), Gdzie X(T) to stężenie przereagowanej substancji A. W tych zapisach równanie kinetyczne reakcji I rzędu i jej rozwiązania ma postać:
Rozwiązanie równania kinetycznego zapisuje się również w innej formie, wygodnej do analizy rzędu reakcji:
.
Czas potrzebny do rozpadu połowy substancji A nazywa się okresem półtrwania t 1/2. Jest to określone równaniem X(t 1/2) = A/2 i równe
Reakcje drugiego rzędu. W reakcjach typu A + B D + ... szybkość jest wprost proporcjonalna do iloczynu stężeń:
.
Początkowe stężenia substancji: [A] 0 = A, [B] 0 = B; aktualne stężenia: [A] = A- X(T), [B] = B - X(T).
Rozwiązując to równanie, rozróżnia się dwa przypadki.
1) takie same początkowe stężenia substancji A i B: A = B. Równanie kinetyczne ma postać:
.
Rozwiązanie tego równania zapisuje się w różnych postaciach:
Okres półtrwania substancji A i B jest taki sam i równy:
2) Początkowe stężenia substancji A i B są różne: A
B. Równanie kinetyczne ma postać: 
.
Rozwiązanie tego równania można zapisać w następujący sposób:
Okresy półtrwania substancji A i B są różne: 
.
reakcje n-go rzędu N A D + ... Równanie kinetyczne ma postać:
.
Rozwiązanie równania kinetycznego:
. (2.1)
Okres półtrwania substancji A jest odwrotnie proporcjonalny do ( N-1)-ty stopień początkowego stężenia:
. (2.2)
Przykład 2-1. Okres półtrwania radioaktywnego izotopu 14 C wynosi 5730 lat. Podczas badań archeologicznych odnaleziono drzewo, którego zawartość 14 C stanowi 72% normy. Jaki jest wiek drzewa?
Rozwiązanie. Rozpad promieniotwórczy jest reakcją pierwszego rzędu. Stała szybkości wynosi:
Czas życia drzewa można wyznaczyć z rozwiązania równania kinetycznego, biorąc pod uwagę fakt, że [A] = 0,72 . [A]0:
Przykład 2-2. Ustalono, że reakcja drugiego rzędu (jeden odczynnik) przebiega w 75% w ciągu 92 minut przy początkowym stężeniu odczynnika 0,24 M. Po jakim czasie w tych samych warunkach stężenie odczynnika osiągnie wartość 0,16 M?
Rozwiązanie. Zapisujemy dwukrotnie rozwiązanie równania kinetycznego dla reakcji II rzędu z jednym odczynnikiem:
,
gdzie zgodnie z konwencją A= 0,24 mln, T 1 = 92 minuty, X 1 = 0,75. 0,24=0,18M, X 2 = 0,24 - 0,16 = 0,08 M. Podzielmy jedno równanie przez drugie:
Przykład 2-3. Dla elementarnej reakcji N A B oznacza okres półtrwania A do t 1/2 i czas zaniku A o 75% - do t 3/4 . Udowodnij, że stosunek t 3/4 / t 1/2 nie zależy od początkowego stężenia, ale zależy jedynie od rzędu reakcji N.Rozwiązanie. Zapisujemy dwukrotnie rozwiązanie równania kinetycznego reakcji N-ta kolejność z jednym odczynnikiem:
i podziel jedno wyrażenie przez drugie. Stałe k I A z obu wyrażeń anuluje się i otrzymamy:
.
Wynik ten można uogólnić, udowadniając, że stosunek czasów, dla których stopień konwersji wynosi aib, zależy tylko od rzędu reakcji:
.
ZADANIA
2-1. Korzystając z rozwiązania równania kinetycznego wykaż, że dla reakcji I rzędu czas t X, dla którego osiąga stopień przemiany substancji wyjściowej X, nie zależy od stężenia początkowego. (odpowiedź)2-2. Reakcja pierwszego rzędu przebiega z szybkością 30% w ciągu 7 minut. Po jakim czasie reakcja zakończy się w 99%? (odpowiedź)
2-3. Okres półtrwania radioaktywnego izotopu 137 Cs, który dostał się do atmosfery w wyniku awarii w Czarnobylu, wynosi 29,7 lat. Po jakim czasie ilość tego izotopu będzie mniejsza niż 1% wartości początkowej? (odpowiedź)
2-4. Okres półtrwania radioaktywnego izotopu 90 Sr, który przedostaje się do atmosfery podczas prób jądrowych, wynosi 28,1 lat. Załóżmy, że organizm noworodka wchłonął 1,00 mg tego izotopu. Ile strontu pozostanie w organizmie po a) 18 latach, b) 70 latach, jeśli założymy, że nie jest on wydalany z organizmu? (Odpowiedź)
2-5. Stała szybkości reakcji pierwszego rzędu SO 2 Cl 2 = SO 2 + Cl 2 wynosi 2,2. 10 -5 s -1 w 320 o C. Jaki procent SO 2 Cl 2 ulegnie rozkładowi przy przetrzymywaniu w tej temperaturze przez 2 godziny? (Odpowiedź)
2-6. Stała szybkości reakcji pierwszego rzędu
2N 2 O 5 (g) 4NO 2 (g) + O 2 (g)
w 25 ° C wynosi 3,38. 10 -5 s -1 . Jaki jest okres półtrwania N 2 O 5? Jakie będzie ciśnienie w układzie po a) 10 s, b) 10 min, jeśli ciśnienie początkowe wynosiło 500 mm Hg. Sztuka. (odpowiedź)
2-7. Reakcję pierwszego rzędu prowadzi się z różnymi ilościami materiału wyjściowego. Czy styczne do początkowych części krzywych kinetycznych przetną się w jednym punkcie na osi x? Wyjaśnij odpowiedź.(Odpowiedź)
2-8. Reakcja pierwszego rzędu A 2B przebiega w fazie gazowej. Początkowe ciśnienie wynosi P 0 (brak B). Znajdź zależność całkowitego ciśnienia od czasu. Po jakim czasie ciśnienie wzrośnie 1,5 razy w porównaniu do początkowego? Jaki jest stopień reakcji do tego czasu? (odpowiedź)
2-9. Reakcja drugiego rzędu 2A B przebiega w fazie gazowej. Początkowe ciśnienie wynosi P 0 (brak B). Znajdź zależność całkowitego ciśnienia od czasu. Po jakim czasie ciśnienie spadnie 1,5 razy w porównaniu do początkowego? Jaki jest stopień reakcji do tego czasu? (odpowiedź)
2-10. Substancję A zmieszano z substancjami B i C w równych stężeniach 1 mol/l. Po 1000 s pozostaje 50% substancji A. Ile substancji A pozostanie po 2000 s, jeśli reakcja ma: a) zero, b) pierwszy, c) drugi, c) trzeci ogólny porządek? (odpowiedź)
2-11. Która z reakcji – pierwszego, drugiego czy trzeciego rzędu – zakończy się szybciej, jeśli początkowe stężenia substancji wynoszą 1 mol/l, a wszystkie stałe szybkości wyrażone w mol/l i s są równe 1? (odpowiedź)
2-12. Reakcja
CH 3 CH 2 NO 2 + OH - H 2 O + CH 3 CHNO 2 -
ma drugiego rzędu i stałą szybkości k= 39,1 l/(min mol.) w temperaturze 0 około°C. Przygotowano roztwór zawierający 0,004 M nitroetan i 0,005 M NaOH. Jak długo zachodzi reakcja 90% nitroetanu?
2-13. Stała szybkości rekombinacji jonów H+ i FG - (fenyloglioksynian) w cząsteczkę UFH w temperaturze 298 K wynosi k= 10 11,59 l/(mol. s). Oblicz czas, w którym reakcja przeszła o 99,999%, jeśli początkowe stężenia obu jonów są równe 0,001 mol/l. (odpowiedź)
2-14. Szybkość utleniania butanolu-1 kwasem podchlorawym nie zależy od stężenia alkoholu i jest proporcjonalna do 2 . Po jakim czasie reakcja utleniania w temperaturze 298 K osiągnie 90%, jeśli roztwór początkowy zawierał 0,1 mol/l HClO i 1 mol/l alkoholu? Stała szybkości reakcji wynosi k= 24 l/(min mol.). (odpowiedź)
2-15. W określonej temperaturze 0,01 M roztwór octanu etylu zmydla się 0,002 M roztworem NaOH o 10% w ciągu 23 minut. Po ilu minutach zmydli się w tym samym stopniu za pomocą 0,005 M roztworu KOH? Weź pod uwagę, że ta reakcja jest drugiego rzędu, a zasady są całkowicie zdysocjowane.(Odpowiedź)
2-16. Reakcję drugiego rzędu A + B P prowadzi się w roztworze o początkowych stężeniach [A] 0 = 0,050 mol/l i [B] 0 = 0,080 mol/l. Po 1 godzinie stężenie substancji A spadło do 0,020 mol/l. Oblicz stałą szybkości i okresy półtrwania obu substancji.
SESJA 10 Klasa 10(pierwszy rok studiów)
Podstawy kinetyki chemicznej. Plan stanu równowagi chemicznej
1. Kinetyka chemiczna i obszar jej badań.
2. Szybkość reakcji jednorodnych i heterogenicznych.
3. Zależność szybkości reakcji od różnych czynników: rodzaju reagentów, stężenia reagentów (prawo działania mas), temperatury (prawo van't Hoffa), katalizatora.
4. Odwracalne i nieodwracalne reakcje chemiczne.
5. Równowaga chemiczna i warunki jej przemieszczenia. Zasada Le Chateliera.
Dział chemii zajmujący się badaniem szybkości i mechanizmów reakcji chemicznych nazywa się kinetyką chemiczną. Jednym z głównych pojęć w tej sekcji jest pojęcie szybkości reakcji chemicznej. Niektóre reakcje chemiczne zachodzą niemal natychmiast (np. reakcja zobojętniania w roztworze), inne zachodzą przez tysiąclecia (np. przemiana grafitu w glinę podczas wietrzenia skał).
Szybkość reakcji jednorodnej to ilość substancji, która wchodzi w reakcję lub powstaje w wyniku reakcji na jednostkę czasu na jednostkę objętości układu:
Innymi słowy, szybkość jednorodnej reakcji jest równa zmianie stężenia molowego któregokolwiek z reagentów w jednostce czasu. Szybkość reakcji jest wartością dodatnią, dlatego jeśli wyraża się poprzez zmianę stężenia produktu reakcji, stawia się znak „+”, a gdy zmienia się stężenie odczynnika, znak „–”.
Szybkość reakcji heterogenicznej to ilość substancji, która wchodzi w reakcję lub powstaje w wyniku reakcji na jednostkę czasu na jednostkę powierzchni fazowej:
Najważniejszymi czynnikami wpływającymi na szybkość reakcji chemicznej są charakter i stężenie reagentów, temperatura i obecność katalizatora.
Wpływ charakter odczynników Przejawia się to w tym, że w tych samych warunkach różne substancje oddziałują ze sobą w różnym tempie, na przykład:
Ze wzrostem stężenia odczynników wzrasta liczba zderzeń między cząstkami, co prowadzi do wzrostu szybkości reakcji. Ilościowo zależność szybkości reakcji od stężenia odczynników wyraża prawo działania u nas i u nas (K.M. Guldberg i P. Waage, 1867; N.I. Beketov, 1865). Szybkość jednorodnej reakcji chemicznej w stałej temperaturze jest wprost proporcjonalna do iloczynu stężeń reagentów o mocach równych ich współczynnikom stechiometrycznym (nie uwzględnia się stężeń substancji stałych), na przykład:
gdzie A i B to gazy lub ciecze, k- stała szybkości reakcji, równa szybkości reakcji przy stężeniu reagenta wynoszącym 1 mol/l. Stały k zależy od właściwości reagentów i temperatury, ale nie zależy od stężenia substancji.
Zależność szybkości reakcji od temperatura opisuje eksperymentalna reguła Van t-Goffa (1884). Wraz ze wzrostem temperatury o 10 ° szybkość większości reakcji chemicznych wzrasta 2–4 razy:
gdzie jest współczynnik temperaturowy.
Katalizator Substancja nazywana jest substancją, która zmienia szybkość reakcji chemicznej, ale nie jest zużywana w wyniku tej reakcji. Istnieją katalizatory pozytywne (specyficzne i uniwersalne), negatywne (inhibitory) i biologiczne (enzymy, czyli enzymy). Nazywa się zmianę szybkości reakcji w obecności katalizatorów kataliza. Rozróżnij katalizę homogeniczną i heterogeniczną. Jeżeli reagenty i katalizator są w tym samym stanie agregacji, kataliza jest jednorodna; w różnych - heterogenicznych.
Kataliza homogeniczna:
kataliza heterogeniczna:
Mechanizm działania katalizatorów jest bardzo złożony i nie do końca poznany. Istnieje hipoteza dotycząca powstawania związków pośrednich pomiędzy reagentem a katalizatorem:
A + kot. ,
W AB + kat.
Aby wzmocnić działanie katalizatorów, stosuje się promotory; istnieją również trucizny katalityczne, które osłabiają działanie katalizatorów.
Na szybkość reakcji heterogenicznej wpływają: rozmiar interfejsu(stopień rozdrobnienia substancji) oraz szybkość dostarczania reagentów i usuwania produktów reakcji z granicy faz.
Wszystkie reakcje chemiczne dzielą się na dwa typy: odwracalne i nieodwracalne.
Nieodwracalne są reakcje chemiczne, które przebiegają tylko w jednym kierunku., tj. produkty tych reakcji nie oddziałują ze sobą, tworząc materiały wyjściowe. Warunkiem nieodwracalności reakcji jest wytrącenie się osadu, gazu lub słabego elektrolitu. Na przykład:
BaCl 2 + H 2 SO 4 \u003d BaSO 4 + 2HCl,
K2S + 2HCl \u003d 2KCl + H2S,
HCl + NaOH \u003d NaCl + H2O.
Odwracalne są reakcje, które zachodzą jednocześnie w kierunku do przodu i do tyłu., Na przykład:
Gdy zachodzi odwracalna reakcja chemiczna, szybkość reakcji bezpośredniej początkowo ma wartość maksymalną, a następnie maleje w wyniku spadku stężenia substancji wyjściowych. Przeciwnie, reakcja odwrotna w początkowym momencie ma minimalną prędkość, która stopniowo wzrasta. Tym samym w pewnym momencie stan równowagi chemicznej przy którym szybkość reakcji postępującej jest równa szybkości reakcji odwrotnej. Stan równowagi chemicznej jest dynamiczny - zarówno reakcje do przodu, jak i do tyłu postępują w dalszym ciągu, ale ponieważ ich szybkości są równe, stężenia wszystkich substancji w układzie reakcyjnym nie zmieniają się. Stężenia te nazywane są równowagą.
Stosunek stałych szybkości reakcji do przodu i do tyłu jest stały i nazywany jest stałą równowagi ( DO R ) . Stężenia substancji stałych nie są uwzględniane w wyrażeniu stałej równowagi. Stała równowagi reakcji zależy od temperatury i ciśnienia, ale nie zależy od stężenia reagentów i obecności katalizatora, który przyspiesza zarówno reakcję do przodu, jak i do tyłu. Więcej DO p, tym wyższa praktyczna wydajność produktów reakcji. Jeśli DO p > 1, wówczas w układzie przeważają produkty reakcji; Jeśli DO R< 1, в системе преобладают реагенты.
Równowaga chemiczna jest ruchoma, tj. gdy zmieniają się warunki zewnętrzne, szybkość reakcji do przodu lub do tyłu może wzrosnąć. Kierunek przesunięcia równowagi wyznacza zasada sformułowana przez francuskiego naukowca Le Chateliera w 1884 r. Jeżeli na układ równowagi wywierany jest wpływ zewnętrzny, wówczas równowaga przesuwa się w kierunku reakcji, która przeciwdziała temu wpływowi. Na przesunięcie równowagi wpływają zmiany stężenia odczynników, temperatury i ciśnienia.
Wzrost stężenia reagentów i wycofywanie produktów prowadzi do przesunięcia równowagi w kierunku reakcji bezpośredniej.
Gdy układ jest podgrzewany, równowaga przesuwa się w stronę reakcji endotermicznej, a po ochłodzeniu w stronę egzotermicznej.
W przypadku reakcji z udziałem substancji gazowych wzrost ciśnienia przesuwa równowagę w kierunku reakcji przebiegającej ze spadkiem liczby cząsteczek gazu. Jeśli reakcja przebiega bez zmiany liczby cząsteczek substancji gazowych, wówczas zmiana ciśnienia nie wpływa w żaden sposób na przesunięcie równowagi.
