Температура и скорост на реакцията

При фиксирана температура е възможна реакция, ако взаимодействащите молекули имат определено количество енергия. Арениус нарича това излишна енергия активираща енергия , и самите молекули активиран.

Според Арениус скоростната константа ки енергия за активиране Еаса свързани с връзка, наречена уравнение на Арениус:

Тук Ае предекспоненциалният фактор, Ре универсалната газова константа, Tе абсолютната температура.

Така при постоянна температура се определя скоростта на реакцията Еа. Колкото повече Еа, теми по-малко числоактивни молекули и колкото по-бавно протича реакцията. При намаляване Еаскоростта се увеличава и Еа= 0 реакцията протича мигновено.

Стойност Еахарактеризира природата на реагиращите вещества и се определя експериментално от зависимостта к = f(T). Записвайки уравнение (5.3) в логаритмична форма и решавайки го за константи при две температури, намираме Еа:

γ е температурният коефициент на скоростта химическа реакция. Правилото на van't Hoff има ограничено приложение, тъй като стойността на γ зависи от температурата и извън региона Еа= 50–100 kJ ∙ mol–1 това правило изобщо не е изпълнено.

На фиг. 5.4 може да се види, че енергията, изразходвана за прехвърлянето на първоначалните продукти в активно състояние (А * - активиран комплекс), след това се преотдава напълно или частично по време на прехода към крайните продукти. Разликата между енергиите на началните и крайни продуктиопределя Δ зреакция, която не зависи от енергията на активиране.

Така по пътя от началното състояние до крайното състояние системата трябва да преодолее енергийната бариера. Само активни молекули, притежаващи в момента на сблъсък необходимия енергиен излишък, равен на Еа, може да преодолее тази бариера и да влезе в химично взаимодействие. С повишаване на температурата делът на активните молекули в реакционната среда се увеличава.

Предекспоненциален множителАхарактеризира общ бройсблъсъци. За реакции с прости молекули Аблизо до теоретичната величина на сблъсъка З, т.е. А = Зизчислено от кинетичната теория на газовете. За сложни молекули А ≠ З, така че е необходимо да се въведе пространственият фактор П:

Тук Зе броят на всички сблъсъци, Пе делът на пространствено благоприятните сблъсъци (приема стойности от 0 до), е делът на активните, т.е. енергийно благоприятните сблъсъци.

Размерността на константата на скоростта се получава от връзката

Анализирайки израза (5.3), стигаме до извода, че има две основни възможности за ускоряване на реакцията:
а) повишаване на температурата,
б) намаляване на енергията на активиране.

Задачи и тестове по темата "Химична кинетика. Температура и скорост на реакцията"

• Скоростта на химична реакция. Катализатори - Класификация на химичните реакции и закономерностите на тяхното протичане 8–9 клас

  Уроци: 5 Задачи: 8 Теста: 1

Скоростта на химичната реакция зависи от температурата и с повишаването на температурата скоростта на реакцията се увеличава. Холандският учен Вант Хоф показа, че когато температурата се повиши с 10 градуса, скоростта на повечето реакции се увеличава 2-4 пъти;

VT 2 = VT 1 *y (T2-T1)/10

Където VT 2 и VT 1 са скоростите на реакцията при температури T 2 и T 1; y е температурният коефициент на скоростта на реакцията, който показва колко пъти се увеличава скоростта на реакцията с повишаване на температурата с 10K.

При концентрация на реагента от 1 mol/l скоростта на реакцията е числено равна на константата на скоростта k. Тогава уравнението показва, че константата на скоростта зависи от температурата по същия начин като скоростта на процеса.

3. Напишете вариант на реакцията на елиминиране (елиминиране) с освобождаване на халогеноводород.

C 2 H 5 Cl \u003d C 2 H 4 + HCl

Билет номер 4

1. Какво е " атомна маса», « молекулна маса“, „мол от вещество“ и какво се приема като единица за атомна маса (a.m.u.)?

АТОМНА МАСА - масата на атома в единици за атомна маса (a.m.u.). за единица a. т. е. се приема 1/12 от масата на изотопа въглерод-12.

a.u.m. \u003d 1/12 m 12 6 C \u003d 1,66 * 10 -24

МОЛЕКУЛНО ТЕГЛО - моларната маса на съединението, отнасяща се до 1/12 моларна масавъглерод-12 атом.

MOL - количеството вещество, съдържащо същия брой частици или структурни единици (атоми, йони, молекули, радикали, електрони, еквиваленти и т.н.), както в 12 а. e.m. изотоп въглерод-12.

Формулата за увеличаване на скоростта на реакцията в присъствието на катализатор.

Можете да промените стойността на Ea (енергия на активиране) с помощта на катализатори. Веществата, които участват, но не се изразходват в реакционния процес, се наричат ​​катализатори. Самото това явление се нарича катализа. Увеличаването на скоростта на реакцията в присъствието на катализатор се определя от формулата

В зависимост от това дали катализаторът е в същата фаза като реагентите или образува независима фаза, се говори за хомогенна или хетерогенна катализа. Механизмът на каталитично действие за тях не е еднакъв, но и в двата случая реакцията се ускорява поради намаляване на Ea. Има редица специфични катализатори - инхибитори, които намаляват скоростта на реакцията.

където са параметрите на каталитичния процес, V, k, Ea- некаталитичен процес.

Напишете реакциите на изгаряне на въглерод неорганични веществав кислород, което показва окислителя и редуциращия агент, както и степента на окисление на въглерода преди и след реакцията.

C - редуциращ агент, процес на окисление

O - окислител, редукционен процес

Билет номер 5

1. Какво е "електроотрицателност", "валентност", "степен на окисление" на елемента и какви са основните правила за определянето им?

СЪСТОЯНИЕ НА ОКИСЛЕНИЕ - условният заряд на атом на даден елемент, получен при предположението, че съединението се състои от йони. Може да бъде положителен, отрицателен, нулев, дробен и се обозначава с арабска цифра със знак „+“ или „-“ под формата на горния десен индекс на символа на елемента: C 1-, O 2-, H + , Mg 2+, N 3-, N 5+, Cr 6+ .

За да се определи степента на окисление (s. o.) на елемент в съединение (йон), се използват следните правила:

1 V прости вещества(H2, S8, P4) s. относно. е равно на нула.

2 Постоянна p. относно. имат алкални (E+) и алкалоземни (E2+) елементи, както и флуор P-.

3 Водородът в повечето съединения има s. относно. H + (H2O, CH4, HC1), в хидриди - H-(-NaH, CaH2); с. относно. кислородът, като правило, е равен на -2 (O2-), в пероксиди (-O-O-) - 1 (O-).

4 В бинарни съединения на неметали, отрицателни p. относно. присвоен на елемента вдясно).

5 Алгебрична сума стр. относно. молекулата е нула, йонът - нейният заряд.

Способността на един атом да свързва или замества определен брой други атоми се нарича ВАЛЕНТНОСТ. Мярката за валентност е броят на водородните или кислородните атоми, свързани с даден елемент, при условие че водородът е едно-, а кислородът е двувалентен.

Увеличаването на скоростта на реакцията с повишаване на температурата обикновено се характеризира с температурния коефициент на скоростта на реакцията, число, показващо колко пъти се увеличава скоростта на дадена реакция с повишаване на температурата на системата с 10 ° C. Температурният коефициент на различните реакции е различен. При обикновени температури стойността му за повечето реакции е в диапазона от 2 ... 4.

Температурният коефициент се определя в съответствие с така нареченото "правило на Ван'т Хоф", което се изразява математически с уравнението

v 2 /v 1 = g ( T 2 - T 1)/10 ,

където v 1 и v 2 – скорости на реакция при температури T 1 и T 2; g е температурният коефициент на реакцията.

Така, например, ако g = 2, тогава за T 2 - T 1 = 50°C v 2 /v 1 = 2 5 = 32, т.е. реакцията се ускорява 32 пъти и това ускорение по никакъв начин не зависи от абсолютните стойности T 1 и T 2, но само по тяхната разлика.

активираща енергия,разликата между стойностите на средната енергия на частиците (молекули, радикали, йони и т.н.), влизащи в елементарен акт на химическа реакция, и средната енергия на всички частици в реагиращата система. За различни химични реакции Е. и. варира в широки граници - от няколко до ~10 j./mol.За същата химична реакция стойността на E. a. зависи от вида на функциите на разпределение на молекулите по отношение на енергиите на тяхното транслационно движение и вътрешните степени на свобода (електронни, вибрационни, ротационни). Като статистическа стойност E. a. трябва да се разграничава от праговата енергия, или енергийната бариера - минималната енергия, която трябва да притежава една двойка сблъскващи се частици, за да се осъществи дадена елементарна реакция.

Уравнение на Арениус, температурна зависимост на константата на скоростта да сеелементарен хим. реакции:

където A е предекспоненциален фактор (измерението е същото като измерението на k), E а-енергия на активиране, обикновено приемаща положителна. стойности, Т-абс. температура, k-константа на Болцман. Прието е да се цитира E ана молекула. и върху броя на частиците N A\u003d 6,02 * 10 23 (константа на Авогадро) и изразено в kJ / mol; в тези случаи, в уравнението на Арениус, стойността ксменете газовата константа Р.Графика на 1nk спрямо 1 /kT(графика на Арениус) - права линия, чийто отрицателен наклон се определя от енергията на активиране E аи характеризира положително. температурна зависимост да се.

Катализатор - Химическо вещество, който ускорява реакцията, но не е част от реакционните продукти. Количеството на катализатора, за разлика от други реагенти, не се променя след реакцията. Важно е да се разбере, че катализаторът участва в реакцията. Осигуряване на повече бърза пистаза реакцията катализаторът реагира с изходния материал, полученото междинно съединение претърпява трансформации и накрая се разделя на продукт и катализатор. След това катализаторът отново реагира с изходния материал и този каталитичен цикъл се повтаря много пъти (до един милион пъти) [ източник?] се повтаря.

Катализаторите се класифицират на хомогенени разнородни. Хомогенният катализатор е в една и съща фаза с реагентите, хетерогенният катализатор образува независима фаза, отделена от интерфейс от фазата, в която се намират реагентите. Типичните хомогенни катализатори са киселини и основи. Като хетерогенни катализатори се използват метали, техните оксиди и сулфиди.

Реакции от един и същи тип могат да протичат както с хомогенни, така и с хетерогенни катализатори. Така че, заедно с киселинните разтвори, тези, които имат киселинни свойстватвърд Al 2 O 3 , TiO 2 , ThO 2 , алумосиликати, зеолити. Хетерогенни катализатори с основни свойства: CaO, BaO, MgO.

Хетерогенните катализатори като правило имат силно развита повърхност, за която се разпределят върху инертен носител (силикагел, алуминиев оксид, активен въглен и др.).

За всеки тип реакция само определени катализатори са ефективни. В допълнение към вече споменатите киселинно-основен, има катализатори редокс; те се характеризират с наличието на преходен метал или негово съединение (Co +3, V 2 O 5 + MoO 3). В този случай катализата се извършва чрез промяна на степента на окисление на преходния метал.

Дисперсна система- това са образувания от две или повече фази (тела), които изобщо или практически не се смесват и не реагират химически помежду си. Първото от веществата диспергирана фаза) е фино разпределен във втория ( дисперсионна среда). Ако има няколко фази, те могат да бъдат физически отделени една от друга (чрез центрофугиране, разделяне и др.).

Обикновено дисперсните системи са колоидни разтвори, золи. Към дисперсните системи се отнася и случаят на твърда дисперсна среда, в която се намира дисперсната фаза.

Най-общата класификация дисперсни системивъз основа на разликата в агрегатно състояниедисперсионна среда и дисперсна фаза. Комбинациите от три вида агрегатно състояние позволяват да се разграничат девет вида дисперсни системи. За краткост те обикновено се означават с фракция, чийто числител показва дисперсната фаза, а знаменателят показва дисперсионната среда, например за системата „газ в течност“ се приема обозначението G/L.

колоидни разтвори. Колоидното състояние е характерно за много вещества, ако техните частици имат размер от 1 до 500 nm. Лесно е да се покаже това обща повърхносттези частици са огромни. Ако приемем, че частиците имат формата на топка с диаметър 10 nm, тогава с общия обем на тези частици 1 cm 3 ще имат

повърхност от около 10 m2. Както бе споменато по-рано, повърхностният слой се характеризира с повърхностна енергия и способността да адсорбира определени частици, включително йони

от разтвор. Характерна особеност на колоидните частици е наличието на заряд на тяхната повърхност, дължащ се на селективната адсорбция на йони. Колоидната частица има сложна структура. Той включва ядрото, адсорбираните йони, контраините и разтворителя. Има лиофилни (ръководство.

рофилни) колоиди, при които разтворителят взаимодейства с ядрата на частиците, илнофобни (хидрофобни) колоиди, при които разтворителят не взаимодейства с ядрата

частици. Разтворителят се включва в състава на хидрофобните частици само като солватна обвивка от адсорбирани йони или в присъствието на стабилизатори (повърхностноактивни вещества), имащи лиофобни и лиофилни части.

Ето няколко примера за колоидни частици:

как. може да се види, че ядрото се състои от електрически неутрален агрегат от частици с адсорбирани йони на елементите, които изграждат ядрото (в тези примери йони Ag +, HS-, Fe 3+). Колоидната частица, в допълнение към ядрото, има противойони и молекули на разтворителя. Адсорбираните йони и противойони образуват адсорбиран слой с разтворителя. Общият заряд на частицата е равен на разликата между зарядите на адсорбираните йони и противойони. Около частиците има дифузен слой от йони, чийто заряд е равен на номера на колоидната частица. Колоидните частици и дифузните слоеве образуват електрически неутрален мицел

Мицели(умалително от лат. слюда- частица, зърно) - частиците в колоидните системи се състоят от много малко ядро, неразтворимо в дадена среда, заобиколено от стабилизираща обвивка от адсорбирани йони и молекули на разтворителя. Например мицелът на арсенов сулфид има структурата:

((As 2 S 3) m nHS − (n-x)H + ) х- xH +

Средният размермицели от 10 -5 до 10 -7 cm.

Коагулация- разделяне на колоиден разтвор на две фази - разтворител и желатинова маса или сгъстяване на разтвора в резултат на огрубяване на частиците на разтвореното вещество

Пептизацията е процес на преминаване на колоидна утайка или гел в колоиден разтвор под действието на течност или вещества, добавени към нея, които са добре адсорбирани от утайката или гела, в този случай наречени пептизатори (например пептизация на мазнини под действието на жлъчката).
Пептизация - отделяне на агрегати от частици от гелове (желе) или рохкави утайки под въздействието на определени вещества - пептизатори след коагулация на колоидни разтвори. В резултат на пептизацията утайката (или гелът) преминава в суспендирано състояние.

РЕШЕНИЯ,еднофазни системи, състоящи се от два или повече компонента. Според агрегатното си състояние разтворите могат да бъдат твърди, течни и газообразни.

Разтворимост, способността на едно вещество да образува с друго вещество (или вещества) хомогенни смеси с диспергирано разпределение на компонентите (виж Разтвори). Обикновено разтворител се счита за вещество, което съществува в чиста форма в същото агрегатно състояние като получения разтвор. Ако преди разтварянето и двете вещества са били в едно и също агрегатно състояние, разтворителят се счита за вещество, присъстващо в сместа в значително по-голямо количество.

Разтворимостта се определя от физичния и химичен афинитет на молекулите на разтворителя и разтвореното вещество, съотношението на енергиите от взаимодействието на хомогенни и различни компоненти на разтвора. Като правило, те са добре разтворими един в друг, сходни по физически. и хим. свойствата на материята (емпиричното правило "подобното се разтваря в подобно"). По-специално, вещества, съдържащи полярни молекули, и вещества с тип йонвръзки добре сол. в полярни разтворители (вода, етанол, течен амоняк), а неполярните вещества са добре разтворими. в неполярни разтворители (бензен, въглероден дисулфид).

Разтворимостта на дадено вещество зависи от температурата и налягането, съответства на общия принцип на изместване на равновесията (вижте принципа на Le Chatelier-Brown). Концентрацията на наситен разтвор при дадени условия числено определя R. на веществото в даден разтворител и се нарича още. разтворимост. Пренаситените разтвори съдържат по-голямо количество разтворено вещество, отколкото съответства на неговата разтворимост, съществуването на пренаситени разтвори се дължи на кинетика. трудности на кристализацията (вижте Произход на нова фаза). За характеризиране на разтворимостта на слабо разтворими вещества се използва продуктът от дейностите на PA (за разтвори, близки по свойства до идеала, продуктът на разтворимостта на PR).

От качествени съображения е ясно, че скоростта на реакциите трябва да нараства с повишаване на температурата, тъй като в този случай енергията на сблъскващите се частици се увеличава и вероятността да настъпи химическа трансформация по време на сблъсъка се увеличава. За количествено описание на температурните ефекти в химическата кинетика се използват две основни зависимости - правилото на Вант Хоф и уравнението на Арениус.

Правилото на Вант Хофсе крие във факта, че при нагряване с 10 ° C скоростта на повечето химични реакции се увеличава 2-4 пъти. Математически това означава, че скоростта на реакцията зависи от температурата по степенен начин:

, (4.1)

където е температурният коефициент на скоростта ( = 24). Правилото на Вант Хоф е много грубо и е приложимо само в много ограничен температурен диапазон.

Много по-точно е Уравнение на Арениусописващ температурната зависимост на константата на скоростта:

, (4.2)

където Р- универсална газова константа; А- предекспоненциален фактор, който не зависи от температурата, а се определя само от вида на реакцията; Е А - активираща енергия, което може да се характеризира като някаква прагова енергия: грубо казано, ако енергията на сблъскващи се частици е по-малка от Е А, тогава реакцията няма да настъпи по време на сблъсъка, ако енергията надвишава Е А, реакцията ще настъпи. Енергията на активиране не зависи от температурата.

Графична зависимост к(T) както следва:

При ниски температури химичните реакции почти не протичат: к(T) 0. При много високи температури константата на скоростта клони към граничната стойност: к(T)А. Това съответства на факта, че всички молекули са химически активни и всеки сблъсък води до реакция.

Енергията на активиране може да се определи чрез измерване на константата на скоростта при две температури. Уравнение (4.2) предполага:

. (4.3)

По-точно, енергията на активиране се определя от стойностите на константата на скоростта при няколко температури. За да направите това, уравнението на Арениус (4.2) е написано в логаритмична форма

и запишете експерименталните данни в координати ln к - 1/T. Тангенса на наклона на получената права линия е - Е А / Р.

За някои реакции предекспоненциалният фактор зависи слабо от температурата. В този случай т.нар експериментална енергия на активиране:

. (4.4)

Ако предекспоненциалният фактор е постоянен, тогава експерименталната енергия на активиране е равна на енергията на активиране на Арениус: д op = Е А.

Пример 4-1. Използвайки уравнението на Арениус, преценете при какви температури и енергии на активиране е валидно правилото на van't Hoff.

Решение. Нека представим правилото на van't Hoff (4.1) като степенна зависимост на константата на скоростта:

,

където б - постоянен. Нека сравним този израз с уравнението на Арениус (4.2), приемайки стойност ~ д = 2.718:

.

Нека вземем натуралния логаритъм на двете части на това приблизително равенство:

.

Диференцирайки получената връзка по отношение на температурата, намираме желаната връзка между енергията на активиране и температурата:

Ако енергията на активиране и температурата приблизително удовлетворяват това съотношение, тогава правилото на van't Hoff може да се използва за оценка на ефекта на температурата върху скоростта на реакцията.

Пример 4-2. Реакцията от първи ред при 70°C е 40% завършена за 60 минути. При каква температура реакцията ще завърши 80% за 120 минути, ако енергията на активиране е 60 kJ/mol?

Решение. За реакция от първи ред константата на скоростта се изразява като степен на преобразуване, както следва:

,

където a = х/а- степента на трансформация. Записваме това уравнение при две температури, като вземем предвид уравнението на Арениус:

където Е А= 60 kJ/mol, T 1 = 343K, T 1 = 60 минути, a 1 = 0,4, T 2 = 120 минути, а 2 = 0,8. Разделете едното уравнение на другото и вземете логаритъм:

Замествайки горните количества в този израз, намираме T 2 \u003d 333 K \u003d 60 o C.

Пример 4-3. Скоростта на бактериална хидролиза на рибните мускули се удвоява при преминаване от температура от -1,1 o C до температура от +2,2 o C. Оценете енергията на активиране на тази реакция.

Решение. Увеличаването на скоростта на хидролиза с 2 пъти се дължи на увеличаването на константата на скоростта: к 2 = 2кедин . Енергията на активиране по отношение на константите на скоростта при две температури може да се определи от уравнение (4.3) с T 1 = T 1 + 273,15 = 272,05K T 2 = T 2 + 273.15 = 275.35K:

130800 J/mol = 130,8 kJ/mol.

4-1. Използвайки правилото на van't Hoff, изчислете при каква температура реакцията ще завърши след 15 минути, ако при 20 ° C са необходими 2 часа.Температурният коефициент на скоростта е 3. (отговор)

4-2. Времето на полуразпад на веществото при 323 K е 100 минути, а при 353 K е 15 минути. Определете температурния коефициент на скоростта. (Отговор)

4-3. Каква трябва да бъде енергията на активиране, за да се увеличи скоростта на реакцията 3 пъти при повишаване на температурата с 10 0 С а) при 300 К; б) при 1000 K? (отговор)

4-4. Реакцията от първи ред има енергия на активиране от 25 kcal/mol и предекспоненциален фактор от 5 . 10 13 сек -1 . При каква температура ще бъде времето на полуразпад за тази реакция: а) 1 min; б) 30 дни? (отговор)

4-5. В кой от двата случая константата на скоростта на реакцията нараства Повече ▼пъти: при нагряване от 0 o C до 10 o C или при нагряване от 10 o C до 20 o C? Обосновете отговора си с помощта на уравнението на Арениус. (Отговор)

4-6. Енергията на активиране на една реакция е 1,5 пъти по-голяма от енергията на активиране на друга реакция. При нагряване от T 1 към T 2 константата на скоростта на втората реакция се увеличава аведнъж. Колко пъти се увеличава константата на скоростта на първата реакция при нагряване от T 1 към T 2? (отговор)

4-7. Скоростната константа на сложна реакция се изразява по отношение на скоростните константи на елементарните етапи, както следва:

Изразете енергията на активиране и предекспоненциалния фактор на сложната реакция по отношение на съответните количества, свързани с елементарните етапи. (Отговор)

4-8. AT необратима реакция 1-ва поръчка за 20 min при 125 o C, степента на превръщане на изходния материал е 60%, а при 145 o C същата степен на превръщане се постига за 5,5 min. Намерете константите на скоростта и енергията на активиране на тази реакция. (Отговор)

4-9. Реакцията от 1-ви ред при температура 25 ° C завършва с 30% за 30 минути. При каква температура реакцията ще завърши 60% за 40 минути, ако енергията на активиране е 30 kJ/mol? (Отговор)

4-10. Реакцията от 1-ви ред при температура 25 ° C завършва със 70% за 15 минути. При каква температура реакцията ще завърши 50% за 15 минути, ако енергията на активиране е 50 kJ/mol? (Отговор)

4-11. Скоростната константа на реакцията от първи ред е 4,02. 10 -4 s -1 при 393 K и 1,98 . 10 -3 s -1 при 413 K. Изчислете предекспоненциалния фактор за тази реакция. (Отговор)

4-12. За реакцията H 2 + I 2 2HI константата на скоростта при температура 683 K е 0,0659 l / (mol. min), а при температура 716 K - 0,375 l / (mol. min). Намерете енергията на активиране на тази реакция и константата на скоростта при температура 700 K. (Отговор)

4-13. За реакцията 2N 2 O 2N 2 + O 2 константата на скоростта при температура 986 K е 6,72 l / (mol. min), а при температура 1165 K - 977,0 l / (mol. min). Намерете енергията на активиране на тази реакция и константата на скоростта при температура 1053,0 K. (Отговор)

4-14. Трихлороацетатният йон в йонизиращи разтворители, съдържащи Н +, се разлага съгласно уравнението

H + + CCl 3 COO - CO 2 + CHCl 3

Стъпката, определяща скоростта, е мономолекулното разцепване на С-С връзката в трихлороацетатния йон. Реакцията протича в първи ред, а константите на скоростта имат следните стойности: к= 3,11. 10 -4 s -1 при 90 o C, к= 7,62. 10 -5 s -1 при 80 o C. Изчислете а) енергия на активиране, б) константа на скоростта при 60 o C. (отговор)

4-15. За реакцията CH 3 COOC 2 H 5 + NaOH * CH 3 COONa + C 2 H 5 OH константата на скоростта при температура 282,6 K е 2,307 l / (mol. min), а при температура 318,1 K - 21,65 l /(mol. min). Намерете енергията на активиране на тази реакция и константата на скоростта при температура 343 K. (Отговор)

4-16. За реакцията C 12 H 22 O 11 + H 2 O C 6 H 12 O 6 + C 6 H 12 O 6 константата на скоростта при температура 298,2 K е 0,765 l / (mol. min), а при температура от 328.2 K - 35.5 l/(mol min). Намерете енергията на активиране на тази реакция и константата на скоростта при температура 313,2 K. (Отговор)

4-17. Веществото се разлага по два успоредни пътя с константи на скоростта к 1 и к 2. Каква е разликата между енергиите на активиране на тези две реакции, ако при 10 o C к 1 /к 2 = 10, а при 40 o C к 1 /к 2 = 0,1? (отговор)

4-18. При две реакции от един и същи ред разликата в енергиите на активиране е д 2 - д 1 = 40 kJ/mol. При температура 293 K съотношението на скоростните константи е к 1 /к 2 \u003d 2. При каква температура константите на скоростта ще станат равни? ​​(Отговор)

4-19. Разлагането на ацетон дикарбоксилна киселина във воден разтвор е реакция от първи ред. Скоростните константи на тази реакция са измерени при различни температури:

Изчислете енергията на активиране и предекспоненциалния фактор. Какъв е полуживотът при 25°C?

Задача 336.
При 150°C част от реакцията завършва за 16 минути. Приемайки температурния коефициент на скоростта на реакцията равен на 2,5, изчислете колко време ще завърши тази реакция, ако се проведе: а) при 20 0 °С; б) при 80°C.
Решение:
Според правилото на Вант Хоф зависимостта на скоростта от температурата се изразява с уравнението:

v t и k t - скоростта и скоростната константа на реакцията при температура t°C; v (t + 10) и k (t + 10) същите стойности при температура (t + 10 0 C); - температурен коефициент на скоростта на реакцията, чиято стойност за повечето реакции е в диапазона 2 - 4.

а) Като се има предвид, че скоростта на химична реакция при дадена температура е обратно пропорционална на продължителността на протичането й, ние заместваме данните, дадени в условието на задачата, във формула, която количествено изразява правилото на Вант Хоф, получаваме :

б) Тъй като тази реакция протича с понижаване на температурата, тогава при дадена температура скоростта на тази реакция е право пропорционална на продължителността на протичането й, ние заместваме данните, дадени в условието на проблема, във формула, която изразява количествено правило на ван'т Хоф, получаваме:

Отговор: а) при 200 0 С t2 = 9,8 s; б) при 80 0 С t3 = 162 h 1 min 16 s.

Задача 337.
Ще се промени ли стойността на константата на скоростта на реакцията: а) при смяна на един катализатор с друг; б) кога се променят концентрациите на реагентите?
Решение:
Константата на скоростта на реакцията е стойност, която зависи от природата на реагентите, от температурата и от наличието на катализатори и не зависи от концентрацията на реагентите. Тя може да бъде равна на скоростта на реакцията, когато концентрациите на реагентите са равни на единица (1 mol/l).

а) Когато един катализатор се замени с друг, скоростта на дадена химична реакция ще се промени или ще се увеличи. Ако се използва катализатор, скоростта на химическата реакция ще се увеличи и стойността на константата на скоростта на реакцията ще се увеличи съответно. Промяна в стойността на константата на скоростта на реакцията също ще настъпи, когато един катализатор се замени с друг, което ще увеличи или намали скоростта на тази реакция спрямо оригиналния катализатор.

б) Когато концентрацията на реагентите се промени, стойностите на скоростта на реакцията ще се променят и стойността на константата на скоростта на реакцията няма да се промени.

Задача 338.
Топлинният ефект на реакцията зависи ли от нейната енергия на активиране? Обосновете отговора.
Решение:
Топлинният ефект на реакцията зависи само от началното и крайното състояние на системата и не зависи от междинните етапи на процеса. Енергията на активиране е излишната енергия, която трябва да имат молекулите на веществата, за да може сблъсъкът им да доведе до образуването на ново вещество. Енергията на активиране може да се променя чрез повишаване или понижаване на температурата, съответно понижаване или повишаване. Катализаторите намаляват енергията на активиране, докато инхибиторите я понижават.

Така промяната в енергията на активиране води до промяна в скоростта на реакцията, но не и до промяна в топлината на реакцията. Топлинният ефект на реакцията е постоянна величина и не зависи от промяната на енергията на активиране на дадена реакция. Например, реакцията за образуване на амоняк от азот и водород е:

Тази реакция е екзотермична, > 0). Реакцията протича с намаляване на броя на моловете на реагиращите частици и броя на моловете газообразни вещества, което превежда системата от по-малко стабилно състояние в по-стабилно, ентропията намалява,< 0. Данная реакция в обычных условиях не протекает (она возможна только при достаточно низких температурах). В присутствии катализатора энергия активации уменьшается, и скорость реакции возрастает. Но, как до применения катализатора, так и в присутствии его тепловой эффект реакции не изменяется, реакция имеет вид:

Задача 339.
За коя реакция, директна или обратна, енергията на активиране е по-голяма, ако директната реакция протича с отделяне на топлина?
Решение:
Разликата между енергиите на активиране на директните и обратните реакции е равна на топлинния ефект: H \u003d E a (pr.) - E a (arr.) . Тази реакция протича с отделяне на топлина, т.е. е екзотермичен,< 0 Исходя из этого, энергия активации прямой реакции имеет меньшее значение, чем энергия активации обратной реакции:
E a (пр.)< Е а(обр.) .

Отговор: E a (пр.)< Е а(обр.) .

Задача 340.
Колко пъти ще се увеличи скоростта на реакция, протичаща при 298 K, ако нейната енергия на активиране се намали с 4 kJ/mol?
Решение:
Нека означим намаляването на енергията на активиране с Ea, а константите на скоростта на реакцията преди и след намаляването на енергията на активиране съответно с k и k. Използвайки уравнението на Арениус, получаваме:

E a е енергията на активиране, k и k" са константите на скоростта на реакцията, T е температурата в K (298).
Замествайки данните от проблема в последното уравнение и изразявайки енергията на активиране в джаули, изчисляваме увеличението на скоростта на реакцията:

Отговор: 5 пъти.