Tema. La velocidad de las reacciones químicas.
1. El gas A se mezcló en un recipiente con una cantidad de sustancia de 4,5 mol y el gas B con una cantidad de sustancia de 3 mol. Los gases A y B reaccionan de acuerdo con la ecuación A + B \u003d C. Después de un tiempo, el gas C se formó en el sistema con una sustancia de 2 mol. ¿Qué cantidades de gases sin reaccionar A y B quedaron en el sistema?
De la ecuación de reacción se deduce que:
Dn(A) = Dn(B) = Dn(C) = 2 mol,
donde Dn es el cambio en la cantidad de una sustancia durante la reacción.
Por lo tanto, en el recipiente permaneció:
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. La reacción transcurre según la ecuación: 2A + B ⇄ C y tiene el segundo orden para la sustancia A y el primero para la sustancia B. En el momento inicial, la velocidad de reacción es de 15 mol/l×s. Calcular la constante de velocidad y la velocidad de la reacción directa en el momento en que reacciona el 50% de la sustancia B, si las concentraciones iniciales son iguales: С(A) = 10 mol/l; C(B) = 5 mol/l. ¿Cómo cambiará la velocidad de una reacción química?
С(B), que ha entrado en la reacción, es igual a:
C(B) \u003d 0,5 5 \u003d 2,5 mol / l.
En consecuencia, C(A), que ha entrado en la reacción, es igual a:
2 mol/l A - 1 mol/l B
C(A) - 2,5 mol/lB
C(A) y C(B) después de la reacción:
C(A) \u003d 10 - 5 \u003d 5 mol / l,
C(B) \u003d 5 - 2,5 \u003d 2,5 mol / l.
La velocidad de la reacción directa será:
La velocidad de una reacción química cambiará:
es decir, disminuirá 8 veces.
3. La reacción entre las sustancias A y B se expresa mediante la ecuación: A + 2B \u003d C y tiene el primer orden en la sustancia A y el segundo en la sustancia B. Las concentraciones iniciales de sustancias son: C (A) \u003d 2 mol / l; C(B) = 4 mol/l; la constante de velocidad es 1.0. Encuentre la velocidad inicial de la reacción y la velocidad después de algún tiempo, cuando la concentración de la sustancia A disminuye en 0,3 mol/l.
Según la ley de acción de masas:
Si la concentración de la sustancia A disminuye en 0,3 mol/l, la concentración de la sustancia B disminuirá en 0,3 × 2 = 0,6 mol/l. Después de la reacción, las concentraciones son:
4. Las velocidades de las reacciones directas e inversas en fase gaseosa que ocurren en un recipiente cerrado se expresan mediante las ecuaciones:
De acuerdo con la ley de acción de masas, las velocidades de reacción directa e inversa en condiciones iniciales son:
Un aumento en la presión por un factor de 3 para sistemas gaseosos conduce a una disminución en el volumen de la mezcla de gases por un factor de 3, las concentraciones de los tres gases aumentarán en la misma cantidad y las velocidades de ambas reacciones serán respectivamente iguales:
Las relaciones de velocidad de reacción son:
Por lo tanto, la velocidad de la reacción directa aumentará 27 veces, al revés, 9.
5. La reacción a una temperatura de 50 0 C transcurre en 2 minutos 15 segundos. ¿Cuánto tiempo tardará esta reacción en terminar a una temperatura de 70 0 C, si el coeficiente de temperatura de la velocidad g es 3 en este rango de temperatura?
Con un aumento de la temperatura de 50 a 70 0 C, la velocidad de reacción aumenta de acuerdo con la regla de van't Hoff:
donde = 70 0 C, \u003d 50 0 С, a y - velocidades de reacción a temperaturas dadas.
Obtenemos:
esos. la velocidad de reacción aumenta 9 veces.
Según la definición, el tiempo de reacción es inversamente proporcional a la velocidad de reacción, por lo tanto:
donde y es el tiempo de reacción a temperaturas Y .
De aquí obtenemos:
Dado que = 135 s (2 min 15 s), determinamos el tiempo de reacción a una temperatura :
6. ¿Cuántas veces aumentará la velocidad de una reacción química con un aumento de la temperatura de = 10 0 C a = 80 0 C , si el coeficiente de temperatura de la velocidad g es igual a 2?
De la regla de van't Hoff:
La velocidad de reacción aumentará 128 veces.
7. Al estudiar la cinética de excreción del medicamento del cuerpo del paciente, se encontró que en 3 horas, el 50% de la cantidad inicial del medicamento permaneció en el cuerpo del paciente. Determinar la vida media y la constante de velocidad de la reacción de eliminación del fármaco del cuerpo humano, si se sabe que se trata de una reacción de primer orden.
Dado que durante un período de tiempo dado se eliminó el 50% del fármaco del cuerpo, entonces t 1/2 = 3 horas. Calculamos la constante de velocidad de reacción a partir de la ecuación:
8. En estudios de laboratorio de soluciones acuosas de la droga, se encontró que debido a la hidrólisis, la concentración de la droga por día disminuyó de 0,05 mol/l a 0,03 mol/l. Calcular la vida media de la reacción de hidrólisis del fármaco.
Dado que las reacciones de hidrólisis normalmente transcurren con un exceso importante de agua, su concentración puede ser constante. En consecuencia, solo la concentración del fármaco cambia durante la reacción y la reacción de hidrólisis puede considerarse una reacción de primer orden.
Encontramos el valor de la constante de velocidad de reacción a partir de la ecuación:
9. La vida media del fármaco en el cuerpo del paciente (reacción de primer orden) es de 5 horas. Determine el tiempo durante el cual se eliminará del cuerpo el 75% del fármaco.
Con la eliminación del 75% del fármaco del organismo, la relación C/C 0 será de 0,25. En este caso, es conveniente utilizar la fórmula:
,
10. La constante de velocidad de la reacción de hidrólisis de sacarosa es 2,31 × 10 - 3 h - 1 . Calcular:
1) la vida media de la reacción;
2) el tiempo durante el cual se hidroliza el 20% de la sacarosa;
3) qué parte de la glucosa sufrirá hidrólisis después de 5 días.
1. La vida media es:
2. Después de que el 20% de la sacarosa haya sufrido hidrólisis, la relación C/C 0 será de 0,8. Como consecuencia:
3. Después de 5 días (120 horas), la relación C/C 0 será:
En consecuencia, el 24% de la glucosa sufrió hidrólisis.
11. En el curso de alguna reacción de primer orden, el 60% de la cantidad inicial de la sustancia se convierte en 30 minutos. Determine qué parte de la sustancia permanecerá después de 1 hora.
1. Después de 30 minutos, la cantidad de sustancia restante será:
C 1 \u003d C 0 - 0.6 C 0 \u003d 0.4 × C 0.
es decir, la relación C 0 /C 1 es 2,5.
2. Encuentre la constante de velocidad de reacción:
3. La cantidad de sustancia C 2 que queda después de 1 hora se determina mediante la fórmula:
Así, después de 1 hora, quedará el 16% de la sustancia original.
Preguntas para el autocontrol.
1. ¿Cómo se llama la velocidad de una reacción química?
2. ¿Cómo se llama la velocidad verdadera de una reacción homogénea?
3. ¿Cuál es la dimensión de la velocidad de una reacción homogénea?
4. ¿Cómo se llama la velocidad de una reacción heterogénea?
5. ¿Cuál es la dimensión de la velocidad de una reacción heterogénea?
6. Enumere los factores que afectan la velocidad de reacción.
7. Formular la ley de acción de masas.
8. ¿Cuál es el significado físico de la constante de velocidad de reacción? ¿De qué depende y de qué no depende la constante de velocidad de una reacción?
9. ¿Cómo se llama el orden de reacción? Dé ejemplos de ecuaciones de reacción de orden cero, primero, segundo y tercero.
10. ¿La dimensión de la constante de velocidad de reacción depende del orden de la reacción?
11. ¿Cómo se llama la molecularidad de la reacción?
13. Definir reacciones simples y complejas. Dar una clasificación de las reacciones complejas.
14. Formule la regla de van't Hoff. Dé una expresión matemática para la regla de van't Hoff.
15. ¿Cómo depende la velocidad de reacción de la energía de activación? Escribe la ecuación de Arrhenius.
16. ¿Qué es un complejo activado? ¿Por qué las reacciones pasan por las etapas de formación de complejos activados?
17. ¿A qué se llama catalizador? Catálisis homogénea y heterogénea. ¿Por qué las reacciones son más rápidas en presencia de catalizadores?
18. ¿Qué es la catálisis enzimática? Escribe la ecuación de Michaelis-Menten.
Variantes de tareas para solución independiente.
Opción número 1
1. La reacción entre las sustancias A y B se expresa mediante la ecuación 2A + B \u003d C y tiene el segundo orden para la sustancia A y el primero para la sustancia B. Las concentraciones iniciales de sustancias son: C 0 (A) \u003d 0.4 mol / l; C 0 (B) \u003d 0,8 mol / l; k = 0,6. Encuentre la velocidad inicial de la reacción y la velocidad después de algún tiempo, cuando la concentración de la sustancia A disminuye en 0,2 mol/l.
2. ¿Cuántos grados debe elevarse la temperatura para que la velocidad de reacción aumente 64 veces? El coeficiente de temperatura de la velocidad de reacción g es 2.
a) cuando la presión en el sistema se duplica?
b) con un aumento en el volumen de gases por 2 veces?
Opción número 2
1. La reacción transcurre de acuerdo con la ecuación: A + B = C y tiene el primer orden en la sustancia A y en la sustancia B. La concentración de A se incrementó de 2 a 8 mol/l, y la concentración de B de 3 a 9 mol/l. ¿En cuánto aumentó la velocidad de la reacción directa?
2. A 150 0 C, la reacción termina en 10 minutos. Tomando el coeficiente de temperatura g igual a 2, calcule cuántos minutos habría terminado la reacción a 170 0 C.
3. La velocidad de reacción se expresa mediante la ecuación: 
¿Cuántas veces cambiará la velocidad de reacción cuando la concentración de las sustancias iniciales aumente 3 veces?
Opción número 3
1. La reacción se expresa mediante la ecuación: A + B \u003d C y tiene el primer orden en la sustancia A y en la sustancia B. En concentraciones iniciales C 0 (A) \u003d 3 mol / l y C 0 (B) \ u003d 5 mol/l, la velocidad de la reacción directa igual a 0,3 mol/l×s. Determine la constante de velocidad y la velocidad de reacción después de algún tiempo, cuando la concentración de A disminuye en 2 mol/l.
2. ¿Cuántas veces aumentará la velocidad de una reacción química con un aumento de la temperatura de 10 a 70 0 C, si el coeficiente de temperatura de la velocidad g es 2?
3. La velocidad de reacción A (tv) + 2B (gas) = C (tv) se expresa mediante la ecuación: 
¿Cómo cambiará la velocidad de reacción si se duplica la concentración de B?
Opción número 4
1. La reacción transcurre según la ecuación: 2A + B = 2C y tiene el segundo orden para la sustancia A y el primero para la sustancia B. Calcular la velocidad de la reacción directa en el momento en que reacciona el 40% de la sustancia B si la inicial las concentraciones son: C 0 (A) = 8 mol/l; C0 (B) = 4 mol/l; k = 0,4.
2. Algunas reacciones a 100 0 C terminan en 5 minutos. ¿Cuánto tardará en llegar a 80 0 C si el coeficiente de temperatura de la velocidad g es 3?
3. La velocidad de reacción 3A + B = C se expresa mediante la ecuación: 
¿Cuántas veces cambiará la velocidad de la reacción directa?
a) cuando la concentración de la sustancia A se duplica?
b) con una disminución simultánea en la concentración de las sustancias de partida en 2 veces?
Opción número 5
1. La velocidad de cierta reacción con un aumento de temperatura de 40 a 70 0 C aumentó 8 veces. Determine el valor de g.
2. La reacción procede de acuerdo con la ecuación: A + 3B \u003d 2C y tiene el primer orden para la sustancia A y el segundo para la sustancia B. Las concentraciones iniciales de sustancias son: C 0 (A) \u003d 2 mol / l; C0 (B) = 6 mol/l; k = 1. Calcule la velocidad inicial de la reacción directa y la velocidad en el momento en que la concentración de la sustancia A disminuyó en 1 mol/l. ¿Cómo cambiará la velocidad de una reacción química?
3. ¿Cómo cambiarán las velocidades de las reacciones directas e inversas que ocurren en la fase gaseosa y que obedecen a las ecuaciones?
Opción número 6
1. En un recipiente cerrado hay una mezcla de gases, formada por 1 mol A y 3 mol B, que reacciona según la ecuación: A + 3B = 2C. La velocidad de la reacción directa se describe mediante la ecuación 
¿Cuántas veces disminuirá la velocidad de la reacción directa después de que hayan reaccionado 0,5 mol A?
2. ¿Cuántos grados se debe aumentar la temperatura para que la velocidad de reacción aumente 9 veces si el coeficiente de temperatura de la velocidad g es 3?
3. ¿Cómo cambiará la velocidad de la reacción directa en fase gaseosa: 2A = B, cuyo orden se estima en 0,5, con una disminución isotérmica de la presión en el sistema 3 veces?
Opción número 7
1. La reacción entre las sustancias A y B procede de acuerdo con la ecuación: A + 2B \u003d C y tiene el primer orden en la sustancia A y en la sustancia B. Las concentraciones iniciales de los reactivos fueron: C 0 (A) \u003d 1.5 mol / l; C0 (B) = 3 mol/l; k = 0,4. Calcular la velocidad de una reacción química en el momento inicial y después de algún tiempo, cuando ha reaccionado el 75% de A.
2. ¿Cuál es el coeficiente de temperatura de la velocidad g si, con un aumento de temperatura de 30 0 C, la velocidad de reacción aumenta 27 veces?
3. ¿Cómo cambiarán las velocidades de las reacciones directas e inversas que ocurren en la fase gaseosa y que obedecen a las ecuaciones?
con un aumento isotérmico de presión de 2 veces?
Opción número 8
1. En una solución de 1 litro que contiene 1 mol de sustancia A y 2 mol de sustancia B, la reacción procede: A + 3B \u003d 2C + D. La reacción directa tiene el primer orden para la sustancia A y el segundo para la sustancia B. ¿Cuántas veces disminuirá la velocidad de la reacción directa después de 0,65 mol de sustancia A?
2. Cuando la temperatura sube de -5 a +5 0 C, la tasa de hidrólisis bacteriana (proceso enzimático) aumenta 4 veces. Encuentre el valor del coeficiente de temperatura de la velocidad de reacción g.
3. ¿Cuántas veces se debe aumentar la concentración de la sustancia A en el sistema 2A (gas) \u003d B (gas) + C (sólido) para que la velocidad de la reacción directa, que es una reacción de segundo orden, aumente en ¿4 veces?
Opción número 9
1. La reacción transcurre según la ecuación: 2A + B = 2C y tiene el segundo orden para la sustancia A y el primero para la sustancia B. La velocidad de la reacción directa es de 8 mol/l×s. Calcular la constante de velocidad y la velocidad de reacción directa en el momento en que reacciona el 30% de la sustancia B si las concentraciones iniciales son: C 0 (A) = 2 mol/l; C 0 (B) \u003d 1 mol / l. ¿Cómo cambiará la velocidad de una reacción química?
2. Con un aumento de la temperatura de 10 a 50 0 C, la velocidad de reacción aumentó 16 veces. Determine el coeficiente de temperatura de la velocidad g.
3. La reacción procede de acuerdo con la ecuación: A + B = C + D + E y tiene el primer orden para la sustancia A y cero para la sustancia B. ¿Cómo cambiará la velocidad de la reacción directa después de diluir la mezcla reaccionante 3 veces? ?
Opción número 10
1. La reacción procede de acuerdo con la ecuación: A + 2B \u003d AB 2 y tiene el primer orden en la sustancia A y el segundo en la sustancia B. La constante de velocidad de reacción es 0.01. Calcular la velocidad de reacción a las concentraciones iniciales: C 0 (A) = 0,8 mol/l; C 0 (B) \u003d 0,8 mol / l y la velocidad de reacción en el momento de la formación de 0,2 mol / l de sustancia AB 2.
2. ¿Cuántas veces aumentará la velocidad de una reacción química con un aumento de la temperatura de 30 a 60 0 C, si el coeficiente de temperatura de la velocidad g es 3?
3. La vida media del fármaco en el cuerpo del paciente (reacción de primer orden) es de 6 horas. Determine el tiempo durante el cual el contenido de la droga en el cuerpo humano disminuirá 8 veces.
Opción número 11
1. La reacción procede de acuerdo con la ecuación: A + B \u003d 2C y tiene el primer orden en la sustancia A y en la sustancia B. Las concentraciones iniciales de sustancias son: C 0 (A) \u003d 0,3 mol / l; C 0 (B) \u003d 0,5 mol / l; k = 0,1. Encuentre la velocidad de reacción inicial y la velocidad de reacción después de algún tiempo, cuando la concentración A disminuye en 0,1 mol/l.
2. A 100 0 C, alguna reacción termina en 16 minutos. Tomando el coeficiente de temperatura de la velocidad g igual a 2, ¿en cuántos minutos habría terminado la misma reacción a 140 0 C?
3. La vida media del medicamento del cuerpo del paciente (reacción de primer orden) es de 2 horas. Determine el tiempo durante el cual se eliminará del cuerpo el 99% del fármaco.
Opción número 12
1. La reacción procede de acuerdo con la ecuación: A + 2B \u003d C y tiene el primer orden para la sustancia A y el segundo para la sustancia B. Las concentraciones iniciales de sustancias son: C 0 (A) \u003d 0,9 mol / l; C 0 (B) \u003d 1,5 mol / l; k = 0,6. Encuentre la velocidad inicial de la reacción y la velocidad después de algún tiempo, cuando se ha consumido el 50% de la sustancia A.
2. ¿Cuál es el coeficiente de temperatura de la velocidad de reacción química g , si con un aumento de temperatura de 30 0 C, la velocidad aumenta 27 veces?
3. La vida media de alguna reacción de primer orden es de 30 minutos. Calcule qué parte de la cantidad original quedará después de 1 hora.
Opción número 13
1. La reacción procede según la ecuación: 2A + B = 2C y tiene el segundo orden para la sustancia A y el primero para la sustancia B. La constante de velocidad de reacción es 5 × 10 - 2. Calcular la velocidad de reacción a concentraciones iniciales C 0 (A) = 0,4 mol/l; C 0 (B) \u003d 0,9 mol / l y la velocidad de reacción en el momento en que se forman 0,1 mol de sustancia C.
2. A una temperatura de 10 0 C, la reacción transcurre en 80 minutos. ¿A qué temperatura se completará la reacción en 20 minutos si el coeficiente de temperatura de la velocidad g es 2?
3. En el curso de estudios de laboratorio, se encontró que durante el día la concentración del fármaco en el cuerpo del paciente disminuyó de 0,1 mol/l a 0,02 mol/l. Calcular la vida media del fármaco, suponiendo que esta reacción es de primer orden.
Opción número 14
1. En un recipiente cerrado con un volumen de 1 l hay una mezcla de gases, compuesta por 1 mol de gas A y 3 mol de gas B, que reacciona según la ecuación: A + 3B = 2C. La reacción directa tiene el primer orden en la sustancia A y el segundo en la sustancia B. ¿Cómo cambiará la velocidad de la reacción directa después de que hayan reaccionado 0,5 mol del gas A?
2. Con un aumento en la temperatura del sistema de 10 a 50 0 C, la velocidad de la reacción química aumentó 16 veces. Determine el coeficiente de temperatura de la velocidad de reacción g .
3. Durante el accidente de la central nuclear de Chernóbil (1986), se liberó el radionucleido Cs-137, cuya vida media es de 30 años. Calcular qué parte del radionucleido que ha entrado en el cuerpo ha quedado en el momento actual.
Opción número 15
1. La reacción procede de acuerdo con la ecuación: A + B \u003d C tiene el primer orden en la sustancia A y en la sustancia B. En concentraciones iniciales de sustancias C 0 (A) \u003d 0,6 mol / l; C 0 (B) = 0,8 mol/l, la velocidad de reacción es de 0,03 mol/l×s. Determine la constante de velocidad y la velocidad de reacción después de algún tiempo, cuando la concentración de la sustancia A disminuya en 0,3 mol/l.
2. La velocidad de reacción a 0 0 C es 1 mol/l×s. Calcule la velocidad de esta reacción a 30 0 C si el coeficiente de temperatura de la velocidad de reacción es 3.
3. La constante de velocidad de la hidrólisis del plaguicida a 25 0 C es 0,32 s - 1 . La concentración inicial del plaguicida en la muestra fue de 2,5 mol/L. Calcule el tiempo que tarda la concentración del pesticida en bajar a 0,01 mol/L.
Opción número 16
1. La reacción de descomposición procede de acuerdo con la ecuación: 2A \u003d 2B + C y tiene el segundo orden en la sustancia A. La constante de velocidad de esta reacción a 200 0 C es 0.05. Concentración inicial С(A) = 2 mol/l. Determine la velocidad de reacción a la temperatura indicada en el momento inicial y en el momento en que se ha descompuesto el 80% de la sustancia A.
2. ¿Cómo cambiará la velocidad de la reacción directa: 2A (tv) + 3B (gas) \u003d 2C (tv), que tiene el orden cero para la sustancia A y el tercero para la sustancia B, si la presión en el sistema es aumentado 3 veces?
3. En el curso de alguna reacción de primer orden, el 20% de la cantidad inicial de la sustancia se transforma en 45 minutos. Determine qué parte de la sustancia permanecerá después de 1,5 horas.
Opción número 17
1. La interacción de los gases procede de acuerdo con la ecuación: A + 2B \u003d 2C y tiene el primer orden en términos de sustancia A y el segundo en términos de sustancia B. Las concentraciones iniciales de gases son: C 0 (A) \ u003d 2 mol/l; C0 (B) = 4 mol/l; k = 0,02. Calcule la velocidad de la reacción directa en el momento inicial y después de algún tiempo, cuando haya reaccionado el 50% de la sustancia A.
2. A 20 0 C, la reacción transcurre en 2 minutos. ¿Cuánto tiempo tomará la misma reacción a 0 0 C si g = 2?
3. El ácido fórmico se descompone en monóxido de carbono (IV) e hidrógeno en la superficie del oro. La constante de velocidad de esta reacción a 140 0 C es 5,5 × 10 - 4 min -1 y a 185 0 C es 9,2 × 10 - 3 min -1 . Determine la energía de activación de esta reacción.
Opción número 18
1. La reacción transcurre según la ecuación: 2A + B = 2C y tiene el primer orden en la sustancia A y en la sustancia B. La velocidad de reacción es de 0,5 mol/l×s. Las concentraciones iniciales de sustancias son iguales: С(A) = 6 mol/l; C(B) = 3 mol/l. Determine la constante de velocidad de esta reacción y la velocidad de la reacción después de algún tiempo, cuando la concentración de la sustancia B disminuye en 1 mol/l.
2. A 20 0 C, la reacción transcurre en 2 minutos. ¿Cuánto tiempo tomará la misma reacción a 50 0 C si g = 2?
3. La constante de velocidad de la reacción de inversión del azúcar de caña a 25 0 C es 9,67×10 - 3 min -1 , y a 40 0 C es 73,4 × 10 - 3 min -1 . Determine la energía de activación de esta reacción en el rango de temperatura especificado.
Ejemplo 1. La reacción entre las sustancias A y B procede de acuerdo con la ecuación 2A + B = C, las concentraciones de sustancias (mol / l) son [A] = 6, [B] = 5. La constante de velocidad de reacción es 0.5 l 2 × mol -2 × s -uno. Calcule la velocidad de la reacción química en el momento inicial y en el momento en que el 45% de la sustancia B permanece en la mezcla de reacción.
Solución. De acuerdo con la ley de acción de masas, la velocidad de una reacción química es directamente proporcional al producto de las concentraciones de reactivos en potencias iguales a los coeficientes estequiométricos en la ecuación de reacción. Por lo tanto, para la reacción 2A + B C
V = k CA 2 C B.
La velocidad de una reacción química en el momento inicial es:
V 1 = 0.5 6 2 5 \u003d 90 mol s -1 l -1.
Si cambia la concentración de al menos una de las sustancias que reaccionan, también cambiará la concentración de todas las demás sustancias:
Después de algún tiempo, el 45 % de la sustancia B permanece en la mezcla de reacción, es decir, [B] \u003d 5 0.45 \u003d 2.25 mol / l. Esto significa que la concentración de la sustancia B disminuyó en 5,0 - 2,25 = 2,75 mol/l. Dado que las sustancias A y B interactúan entre sí en una proporción de 2: 1, la concentración de la sustancia A disminuyó en 5,5 mol (2,752) y se volvió igual a 0,5 mol / l (6,0 - 5,5). Como consecuencia,
V 2\u003d 0.5 ∙ (0.5) 2 2.25 \u003d 0.28 mol s -1 l -1.
Ejemplo 2. Determine cómo cambiará la velocidad de la reacción directa
2CO (g) + O 2 (g) \u003d 2CO 2 (g), si la presión total en el sistema aumenta 4 veces.
Solución. Un aumento en la presión en el sistema por 4 veces causará una disminución en el volumen del sistema por 4 veces, y las concentraciones de reactivos aumentarán por 4. De acuerdo con la ley de acción de masas, la velocidad de reacción inicial es
Después de aumentar la presión
Por lo tanto, después de aumentar la presión 4 veces, la velocidad de reacción aumentó 64 veces.
Nota. La ley de acción de las masas en su forma clásica (expresada en términos de concentraciones) es válida para no electrolitos y soluciones diluidas de electrolitos débiles (es decir, para gases y soluciones). Las sustancias sólidas no se incluyen en la expresión de la velocidad de reacción, ya que el concepto de concentración es inaceptable para ellas; la velocidad de las reacciones en la fase sólida depende del área superficial del sólido, es decir su grado de refinamiento.
Entonces, para la reacción C (t) + CO 2 (g) \u003d 2CO (g), la velocidad de la reacción inversa directa.
Un cambio en la presión desplaza el equilibrio si el número de moles de las sustancias gaseosas inicial y resultante no es el mismo. Para la reacción 2CO + O 2 \u003d 2CO 2, la velocidad de la reacción directa, inversa.
Ejemplo 3. En el sistema A (g) + 2B (g) \u003d C (g), las concentraciones de equilibrio son: [A] \u003d 0.06 mol / l; [B]=0,12 mol/l; [C] = 0,216 mol/l. Encuentre la constante de equilibrio de la reacción y las concentraciones iniciales de las sustancias A y B.
Solución. De acuerdo con la ley de acción de masas, la constante de equilibrio de esta reacción se expresa mediante la ecuación
Sustituyendo los datos de la tarea en él, obtenemos:
Según la ecuación de reacción, se forma 1 mol C a partir de 1 mol A y 2 mol B. Dado que, según la condición del problema, se formaron 0,216 mol de sustancia C en cada litro del sistema, 0,216 mol A y 0,216 2 = 0.432 mol B. Por lo tanto, las concentraciones iniciales deseadas son iguales a:
[A] \u003d 0.06 + 0.116 \u003d 0.276 mol / l;
[B] \u003d 0.12 + 0.432 \u003d 0.552 mol / l.
Ejemplo 4 La reacción transcurre según la ecuación A + B = 2C. Determine las concentraciones de equilibrio de los reactivos si las concentraciones iniciales de las sustancias A y B son 0.5 y 0.7 mol/l, respectivamente, y la constante de equilibrio de la reacción PARA p = 50.
Solución. En el momento del equilibrio, las concentraciones de los materiales de partida A y B disminuirán y la concentración del producto de reacción C aumentará. Por cada mol de las sustancias A y B se forman 2 moles de la sustancia C; por lo tanto, si la disminución en la concentración de las sustancias A y B se denota por X mol, entonces el aumento en la concentración de la sustancia C será igual a 2 X mol.
Las concentraciones de equilibrio de los reactivos serán:
[A] = (0,5 - X) mol/l; [V] = (0,7 - X) mol/l; [C] = 2 X prostituta.
46x2 - 60x + 17,5=0.
Resolviendo la ecuación, obtenemos: x1 = 0,86; x2= 0,44. Según la condición del problema, el valor x2 Por tanto, las concentraciones de equilibrio de los reactivos son: [A] = 0,5 – 0,44 = 0,06 mol/l; [B] = 0,7 - 0,44 = = 0,26 mol/l; [C] \u003d 0,44 2 \u003d 0,88 mol / l.
Ejemplo 5. Calcule cuántas veces aumentará la velocidad de una reacción química con un aumento de la temperatura de 40 ° C si el coeficiente de temperatura de esta reacción es 3.
Solución. La dependencia de la velocidad de una reacción química con la temperatura se expresa mediante la regla práctica de van't Hoff.
En este ejemplo, la temperatura ha aumentado 40°C,
En consecuencia, la velocidad de reacción aumentó en 3 4 = 81 veces.
Preguntas para el autoaprendizaje
1. Formular la ley de acción de masas, ley de Van't Hoff, principio de Le Chatelier.
2. Nombre los factores que afectan la velocidad de reacción.
3. ¿A qué se denomina constante de equilibrio, de qué depende y qué caracteriza?
4. La reacción procede de acuerdo con la ecuación 4HCI (g) + O 2 (g) \u003d 2H 2 O (g) + 2CI 2 (g). ¿Cómo cambiará la velocidad de reacción si la presión en el sistema aumenta 3 veces?
5. ¿Cuántas veces se debe aumentar la concentración de hidrógeno para que la velocidad de la reacción N 2 (g) + 3H 2 (g) ® 2NH 3 (g) aumente 1000 veces? ¿Cómo se debe cambiar la presión para lograr la misma aceleración de la reacción?
6. ¿En qué dirección se desplaza el equilibrio: a) con un aumento de la temperatura; b) con presión creciente:
2H 2 (g) + O 2 (g) ⇆2H 2 O (vapor) + 249,9 kJ
2SO 2 (g) + O 2 (g) ⇆2SO 3 (g) + 198,4 kJ
7. El equilibrio del sistema 2NO (g) + O 2 (g) ® 2NO 2 (g) se estableció en las siguientes concentraciones de sustancias: = 0,08 mol/l; = 0,03 mol/l; = 0,01 mol/l. Calcular la constante de equilibrio y las concentraciones iniciales de NO y O 2 si la concentración inicial de NO 2 es cero.
1. ¿Cómo cambiará la velocidad de la reacción directa A (g) + 2B (g) → AB 2 si la presión en el sistema aumenta 4 veces?
a) la velocidad disminuirá 10 veces;
b) la velocidad no cambiará;
c) la velocidad aumentará 16 veces;
d) la velocidad aumentará 64 veces.
2. El coeficiente de temperatura de la velocidad de alguna reacción es 2.0. ¿Cómo cambiará la velocidad de esta reacción si se reduce 40 grados?
a) aumentará 8 veces;
b) disminuir en 8;
c) disminuirá en 16 veces;
d) aumentará en 16 veces.
3. En un sistema homogéneo A + B = 2C, las concentraciones de equilibrio de los gases que reaccionan (mol/l): [A] = 0,06; [V] = 0,2; [C] = 0,8. Calcular la constante de equilibrio del sistema.
4. Para la reacción NO (g) + O 2 (g) \u003d NO 2 (g) a 25 ° C cr= 0,1. ¿Cuál es el ∆G de la reacción?
a) 23,5 kJ/mol;
b) -5,7 J/mol;
c) -44,8 kJ/mol;
d) 22,44 kJ/mol.
5. ¿En qué dirección cambiará el equilibrio a medida que baja la temperatura en la reacción?
C 2 H 4 (g) + 3O 2 (g) \u003d 2CO 2 (g) + 2H 2 O (g) (∆H o \u003d -1323 kJ ) ?
a) moverse a la derecha
b) desplazamiento a la izquierda;
c) el saldo no cambiará.
reacciones irreversibles
1. ¿Cómo cambiará la velocidad de reacción 2A + B ® A 2 B si la concentración de la sustancia A aumenta 2 veces y la concentración de la sustancia B se reduce 2 veces?
2. ¿Cuántas veces se debe aumentar la concentración de la sustancia B 2 en el sistema 2A 2 (g) + B 2 (g) ® 2A 2 B (g) para que cuando la concentración de la sustancia A disminuya 4 veces, la tasa de la reacción directa no cambia?
3. En el sistema CO + C1 2 ® COS1 2, la concentración de CO se incrementó de 0,03 a 0,12 mol/ly la concentración de C1 2 - de 0,02 a 0,06 mol/l. ¿En cuánto aumentó la velocidad de la reacción directa?
4. ¿Cómo cambiará la velocidad de la reacción directa N 2 (g) + 3H (g) ® 2 NH 3 si a) la presión en el sistema aumenta 3 veces; b) reducir el volumen en 2 veces; c) aumentar la concentración de N 2 en 4 veces?
5. ¿Cuántas veces se debe aumentar la presión para que la velocidad de formación de NO 2 por la reacción 2NO + O 2 ® 2 NO 2 aumente 1000 veces?
6. La reacción entre el monóxido de carbono (II) y el cloro procede según la ecuación CO + C1 2 ® COC1 2. ¿Cómo cambiará la velocidad de reacción con un aumento en a) la concentración de CO en 2 veces; b) la concentración de C1 2 en 2 veces; c) la concentración de ambas sustancias es 2 veces?
7. La reacción tiene lugar en fase gaseosa. En la reacción participan dos sustancias A y B. Se sabe que con un aumento de 2 veces en la concentración del componente A, la velocidad aumenta 2 veces, y con un aumento en la concentración del componente B 2 veces, la velocidad aumentado en 4 veces. Escribe una ecuación para la reacción en curso. ¿Cómo cambiará la velocidad de reacción cuando la presión total aumente 3 veces?
8. Se está estudiando la velocidad de reacción de la interacción de las sustancias A, B y D. A concentraciones constantes de B y D, un aumento en la concentración de la sustancia A en 4 veces conduce a un aumento en la velocidad en 16 veces. Si la concentración de la sustancia B aumenta 2 veces a concentraciones constantes de las sustancias A y D, entonces la velocidad aumenta solo 2 veces. A concentraciones constantes de A y B, duplicar la concentración de la sustancia D conduce a un aumento de 4 veces en la velocidad. Escribe una ecuación para la reacción.
9. Determine la velocidad de la reacción química A(g) + B(g) ® AB(g), si la constante de velocidad de reacción es 2 × 10 -1 l × mol -1 × s, y las concentraciones de las sustancias A y B son respectivamente 0,025 y 0,01 mol/l. Calcular la velocidad de reacción cuando la presión aumenta 3 veces.
10. Encuentre el valor de la constante de velocidad de la reacción A + 2B ® AB 2, si a concentraciones de las sustancias A y B, respectivamente, iguales a 0.1 y 0.05 mol / l, la velocidad de reacción es 7 × 10 -5 mol / (l × s) .
11. En un recipiente con un volumen de 2 l, el gas A se mezcló con una cantidad de sustancia de 4,5 mol y el gas B con una cantidad de sustancia de 3 mol. Los gases reaccionan de acuerdo con la ecuación A + B = C. Después de 20 segundos, se formó gas C en el sistema con una sustancia de 2 mol. Determine la velocidad promedio de la reacción. ¿Qué cantidades de sustancias A y B no reaccionaron?
12. La reacción entre las sustancias A y B se expresa mediante la ecuación A + B ® C. Las concentraciones iniciales son [A] O = 0,03 mol/l, [B] O = 0,05 mol/l. La constante de velocidad de reacción es 0,4. Encuentre la velocidad de reacción inicial y la velocidad de reacción después de algún tiempo, cuando la concentración de la sustancia formada C sea igual a 0.01 mol/l.
13. La reacción entre las sustancias gaseosas A y B se expresa mediante la ecuación A + B ® C. Las concentraciones iniciales de las sustancias son [A] 0 = 0,03 mol/l, [B] 0 = 0,03 mol/l. La constante de velocidad de reacción es 0,1. Después de algún tiempo, la concentración de la sustancia A disminuyó en 0,015 mol/l. ¿Cuántas veces se debe aumentar la presión total para que la velocidad de una reacción química sea igual a la velocidad inicial?
14. ¿Cuántos grados se debe aumentar la temperatura para que la velocidad de reacción aumente 27 veces? El coeficiente de temperatura de la velocidad de reacción es 3.
15. A 20°C, la reacción transcurre en 2 minutos. ¿Cuánto tiempo tomará esta reacción a) a 50 o C, b) a 0 o C? El coeficiente de temperatura de la velocidad de reacción es 2.
16. A una temperatura de 30 o C, la reacción transcurre en 25 minutos ya 50 o C en 4 minutos. Calcular el coeficiente de temperatura de la velocidad de reacción.
17. La velocidad de reacción a 0 o C es de 1 mol/l × s. Calcule la velocidad de esta reacción a 30°C si el coeficiente de temperatura de la velocidad es 3.
18. Con un aumento de temperatura de 50 ° C, la velocidad de reacción aumentó 32 veces. Calcular el coeficiente de temperatura de la velocidad de una reacción química.
19. Dos reacciones transcurren a 25 o C a la misma velocidad. El coeficiente de temperatura de la velocidad de la primera reacción es 2.0 y la segunda - 2.5. Encuentre la razón de las velocidades de estas reacciones a 95 o C.
20. ¿Cuál es la energía de activación de la reacción si, a medida que la temperatura aumenta de 290 a 300 K, la velocidad de reacción se duplica?
21. ¿Cuántas veces aumentará la velocidad de una reacción que ocurre a 298 K si, como resultado del uso de un catalizador, fue posible reducir la energía de activación en 4 kJ / mol?
22. ¿Cuál es el valor de la energía de activación de la reacción, cuya velocidad a 300 K es 10 veces mayor que a 280 K?
23. La energía de activación de la reacción O 3 (g) + NO (g) ® O 2 (g) + NO 2 (g) es de 40 kJ/mol. ¿Cuántas veces cambiará la velocidad de reacción con un aumento de temperatura de 27 a 37 °C?
24. Un catalizador reduce la energía de activación a 300 K en 20 kJ/mol y el otro en 40 kJ/mol. ¿Qué catalizador es más eficiente? Justifica tu respuesta calculando la relación de velocidades de reacción al usar uno u otro catalizador.
25. A 150°C, alguna reacción se completa en 16 minutos. Tomando el coeficiente de temperatura de la velocidad de reacción igual a 2.5, calcule cuánto tiempo terminará esta reacción si se lleva a cabo a) a 200 o C, b) a 80 o C.
26. Cuando la temperatura aumenta 10 °C, la velocidad de una reacción química aumenta 2 veces. A 20 sobre Con es igual a 0,04 mol/(l×s). ¿Cuál será la velocidad de esta reacción a) 40 o C, b) 0 o C?
27. A 20 °C, la velocidad de una reacción química es de 0,04 mol/(l × s). Calcule la velocidad de esta reacción a 70 °C si se sabe que la energía de activación es de 70 kJ/mol.
28. Calcular el coeficiente de temperatura de la reacción g, si la constante de velocidad de esta reacción a 120 °C es 5,88 × 10 -4, ya 170 °C - 6,7 × 10 -2.
29. ¿Cuántas veces cambiará la velocidad de una reacción química al aumentar la temperatura de 300 K a 400 K si el coeficiente de temperatura g = 2? ¿Cuál es la energía de activación de esta reacción?
30. ¿Cuántas veces aumentará la velocidad de la reacción química A + 2B ® C con un aumento de la presión en el sistema de 4 veces y un aumento simultáneo de la temperatura de 40 ° C? Las sustancias que reaccionan son gases. El coeficiente de temperatura de la reacción es 2.
31. ¿Cuántas veces disminuirá la velocidad de la reacción química 2A(g) + B(g) ® 2C(g) cuando la presión de todas las sustancias en el sistema se reduzca 3 veces y la temperatura del sistema se reduzca simultáneamente en 30 oC? El coeficiente de temperatura de la velocidad de reacción g es 2.
32. La reacción entre las sustancias gaseosas A y B se expresa mediante la ecuación A + B ® C. Las concentraciones iniciales de las sustancias son [A] 0 = 0,05 mol/l y [B] 0 = 0,05 mol/l. Después de algún tiempo, la concentración de sustancias disminuyó a la mitad. Determine cómo es necesario cambiar la temperatura para que la velocidad de reacción sea igual a la velocidad inicial, si a) el coeficiente de temperatura de la reacción es 2, b) la energía de activación es de 70 kJ, la temperatura de reacción es de 27 °C.
33. Se sabe que cuando la temperatura sube de 290 a 300 K, la velocidad de una reacción química se duplica. Calcular la energía de activación. ¿Cómo cambiará la velocidad de esta reacción a 310 K si se introduce un catalizador en el sistema que reduce la energía de activación de esta reacción en 10 kJ/mol?
Equilibrio químico
1. A cierta temperatura, el equilibrio en el sistema 2NO 2 «2NO+O 2 se estableció en concentraciones =0.4 mol/l, =0.2 mol/l, =0.1 mol/l. Encuentre la constante de equilibrio y la concentración inicial de NO 2 si la concentración inicial de oxígeno es cero. ¿Qué condiciones favorecerán el desplazamiento del equilibrio hacia la formación de NO si la reacción directa es endotérmica?
2. La constante de equilibrio del sistema A + B "C + D es igual a uno. ¿Qué porcentaje de sustancia A sufrirá una transformación si se mezclan 3 moles de sustancia A y 5 moles de sustancia B? ¿Qué condiciones contribuirán al cambio de equilibrio hacia la formación de B, si la reacción directa es exotérmica?
3. Para el sistema
CO (G) + H 2 O (G) "CO 2 (G) + H 2 (G)
0 = 0 =0,03 mol/l, 0 = 0 =0. Calcule la constante de equilibrio si la concentración de equilibrio de dióxido de carbono es 0,01 mol/l. ¿Qué condiciones contribuirán al cambio de equilibrio hacia la formación de CO si la reacción directa es endotérmica?
4. Para el sistema
2NO (G) + Cl 2 (G) "2NOCl (G)
0=0,5 mol/l, 0=0,2 mol/l, 0=0 mol/l. Encuentre la constante de equilibrio si para el momento en que ocurre ha reaccionado el 20% del óxido nítrico. ¿Qué condiciones favorecerán el desplazamiento del equilibrio hacia la formación de NOCl si la reacción directa es exotérmica?
H 2 (G) + I 2 (G) "2HI (G) ,
si se colocan 1 mol de yodo y 2 moles de hidrógeno en un recipiente con una capacidad de 10 litros (K C \u003d 50). ¿Qué condiciones contribuirán al cambio de equilibrio hacia la formación de yodo, si la reacción directa es exotérmica?
6. Para el sistema CO (G) + H 2 O (G) "CO 2 (G) + H 2 (G), 0 \u003d 0 \u003d 1 mol / l, 0 \u003d 0 \u003d 0. Calcular la composición de la mezcla de equilibrio (% vol.), si la constante de equilibrio K C =1. ¿Qué condiciones favorecerán el desplazamiento del equilibrio hacia la formación de hidrógeno si la reacción inversa es exotérmica?
7. En un recipiente cerrado, tiene lugar la reacción AB (D) “A (G) + B (G). Constante de equilibrio K C = 0,04. Encuentre la concentración inicial de AB si la concentración de equilibrio de AB es 0.02 mol/L. ¿Qué condiciones contribuirán al cambio del equilibrio hacia la formación de A, si la reacción inversa es exotérmica?
8. En un recipiente cerrado con un volumen de 10 l a una temperatura de 800˚С, se estableció un equilibrio CaCO 3 (T) “CaO (T) + CO 2 (G). Constante de equilibrio K P = 300 kPa. ¿Qué masa de CaCO 3 se descompuso? ¿Qué condiciones contribuirán al cambio de equilibrio hacia la formación de dióxido de carbono si la reacción directa es endotérmica?
9. En un recipiente cerrado a cierta temperatura, se estableció un equilibrio Fe (T) + H 2 O (G) “FeO (T) + H 2 (G). Determine la proporción de agua que reacciona si K P = 1 y la presión parcial inicial de hidrógeno es cero. ¿Qué condiciones favorecerán el desplazamiento del equilibrio hacia la formación de hidrógeno si la reacción inversa es exotérmica?
10. Determine la concentración de equilibrio de hidrógeno en el sistema 2HI (G) “H 2 (G) + I 2 (G) si la concentración inicial de HI era 0.05 mol / l, y la constante de equilibrio K C \u003d 0.02. ¿Qué condiciones contribuirán al cambio de equilibrio hacia la formación de HI si la reacción directa es endotérmica?
La velocidad de las reacciones químicas La rama de la química que estudia la velocidad y el mecanismo de las reacciones químicas se llama cinética química. La velocidad de una reacción química es el número de actos elementales de interacción por unidad de tiempo en una unidad de espacio de reacción. Esta definición es válida tanto para procesos homogéneos como heterogéneos. En el primer caso, el espacio de reacción es el volumen del recipiente de reacción, y en el segundo caso, la superficie sobre la que tiene lugar la reacción. Ya que durante la interacción las concentraciones de reactivos o productos de reacción cambian por unidad de tiempo. En este caso, no es necesario monitorear el cambio en la concentración de todas las sustancias que participan en la reacción, ya que su ecuación estequiométrica establece la relación entre las concentraciones de los reactivos. La concentración de los reactivos suele expresarse como el número de moles en 1 litro (mol/l). La velocidad de una reacción química depende de la naturaleza de las sustancias que reaccionan, la concentración, la temperatura, el tamaño de la superficie de contacto de las sustancias, la presencia de catalizadores y otros. , y hablamos de una reacción monomolecular; cuando dos moléculas diferentes chocan en un acto elemental, la dependencia tiene la siguiente forma: u - k[A][B], y se habla de una reacción bimolecular; cuando tres moléculas chocan en un acto elemental, la dependencia de la velocidad de la concentración es verdadera: v - k[A] [B] [C], y se habla de una reacción trimolecular. En todas las dependencias analizadas: v es la velocidad de reacción; [A], [B], [C] - concentraciones de reactivos; k - coeficiente de proporcionalidad; llamada constante de velocidad de la reacción. v = k cuando las concentraciones de los reactivos o de su producto son iguales a uno. La constante de velocidad depende de la naturaleza de los reactivos y de la temperatura. La dependencia de la velocidad de las reacciones simples (es decir, las reacciones que ocurren a través de un acto elemental) de la concentración se describe mediante la ley de acción de masas establecida por K. Guldberg y P. Waage en 1867: la velocidad de una reacción química es directamente proporcional a el producto de la concentración de las sustancias reaccionantes elevada a la potencia de sus coeficientes estequiométricos. Por ejemplo, para la reacción 2NO + 02 = 2N02; v - k2 y aumentará tres veces Encuentra: Solución: 1) Escribe la ecuación de reacción: 2CO + 02 = 2CO2. Según la ley de acción de masas, v - k[C0]2. 2) Denotar [CO] = a; = b, entonces: v = k a2 b. 3) Con un aumento en la concentración de las sustancias de partida por un factor de 3, obtenemos: [CO] = 3a, a = 3b. 4) Calcular la velocidad de reacción u1: - k9a23b - k27a% a si k27 D2b 27 v k a2b Respuesta: 27 veces. Ejemplo 3 ¿Cuántas veces aumentará la velocidad de una reacción química con un aumento de temperatura de 40 °C, si el coeficiente de temperatura de la velocidad de reacción es 3? Dado: En \u003d 40 ° С Y - 3 Encuentra: 2 Solución: 1) De acuerdo con la regla de van't Hoff: h-U vt2 \u003d vh y 10, 40 y, - vt\u003e 3 10 - vt -81. 2 1 1 Respuesta: 81 veces. a Ejemplo 4 La reacción entre las sustancias A y B procede de acuerdo con el esquema 2A + B *» C. La concentración de la sustancia A es de 10 mol / ly la sustancia B - b mol / l. La constante de velocidad de reacción es 0,8 l2 4 mol "2 seg"1. Calcule la velocidad de una reacción química en el momento inicial, así como en el momento en que permanece en la mezcla de reacción el 60% de la sustancia B. Dado: k - 0.8 l2 mol "2 seg" 1 [A] = 10 mol / l [B] = 6 mol / l Encuentra: "comenzando! ^ Solución: 1) Encuentra la velocidad de reacción en el momento inicial: v - k [A] 2 [B], r> \u003d 0.8 102 b - 480 mol - l segundo "1. inicio 2) Después de algún tiempo, el 60% de la sustancia B permanecerá en la mezcla de reacción Entonces: Por lo tanto, [B] disminuyó en: 6 - 3.6 = 2.4 mol / l. 3) De la ecuación de reacción se deduce que las sustancias A y B interactúan entre sí en una proporción de 2: 1, por lo tanto, [A] disminuyó en 4,8 mol / l y se volvió igual a: [A] \u003d 10 - 4.8 \u003d 5,2 mol/l. 4) Calculamos si: d) \u003d 0.8 * 5.22 3.6 \u003d 77.9 mol l "1 * seg" 1. Respuesta: r>comienzo ~ 480 mol l seg "1, r / \u003d 77.9 mol l-1 seg" 1. Ejemplo 5 La reacción a una temperatura de 30 °C transcurre en 2 minutos. ¿Cuánto tiempo tardará en terminar esta reacción a una temperatura de 60 °C, si en un rango de temperatura dado el coeficiente de temperatura de la velocidad de reacción es 2? Dado: t1 \u003d 30 ° С t2 \u003d 60 ° С 7 \u003d 2 t \u003d 2 min \u003d 120 seg Encuentra: h Solución: 1) De acuerdo con la regla de van't Hoff: vt - \u003d yu 1 vt - \u003d 23 \u003d 8. Vt 2) La velocidad de reacción es inversamente proporcional al tiempo de reacción, por lo tanto: Respuesta: t=15seg. Preguntas y tareas para solución independiente 1. Defina la velocidad de reacción. Dé ejemplos de reacciones que se desarrollen a diferentes velocidades. 2. La expresión de la verdadera velocidad de una reacción química que ocurre a un volumen constante del sistema se escribe como sigue: dC v = ±--. d t Indique en qué casos se requiere un signo positivo y en qué casos uno negativo en el lado derecho de la expresión. 3. ¿Qué factores determinan la velocidad de una reacción química? 4. ¿A qué se llama energía de activación? ¿Qué factor influye en la velocidad de una reacción química? 5. ¿Qué explica el fuerte aumento de la velocidad de reacción al aumentar la temperatura? 6. Defina la ley básica de la cinética química: la ley de acción de masas. ¿Por quién y cuándo fue formulado? 7. ¿Cómo se llama la constante de velocidad de una reacción química y de qué factores depende? 8. ¿Qué es un catalizador y cómo afecta la velocidad de una reacción química? 9. Da ejemplos de procesos que usan inhibidores. 10. ¿Qué son los promotores y dónde se utilizan? 11. ¿Qué sustancias se denominan "venenos catalíticos"? Dé ejemplos de tales sustancias. 12. ¿Qué es la catálisis homogénea y heterogénea? Dé ejemplos de procesos usando sus procesos catalíticos. 13. ¿Cómo cambiará la velocidad de reacción 2CO + 02 = 2CO2 si el volumen de la mezcla de gases se reduce 2 veces? 14. ¿Cuántas veces aumentará la velocidad de una reacción química con un aumento de temperatura de 10 °C a 40 °C, si se sabe que con un aumento de temperatura de 10 °C, la velocidad de reacción aumentará 2 veces? ? 15. La velocidad de la reacción A + B \u003d C con un aumento de temperatura por cada 10 ° C aumenta tres veces. ¿Cuántas veces aumentará la velocidad de reacción cuando la temperatura suba 50 °C? 16. ¿Cuántas veces aumentará la velocidad de reacción de la interacción de hidrógeno y bromo si las concentraciones de las sustancias iniciales aumentan 4 veces? 17. ¿Cuántas veces aumentará la velocidad de reacción con un aumento de temperatura de 40 ° C (y \u003d 2)? 18. ¿Cómo cambiará la velocidad de reacción 2NO + 02 ^ 2N02 si se duplica la presión en el sistema? 19. ¿Cuántas veces se debe aumentar la concentración de hidrógeno en el sistema N2 + 3H2^ 2NH3 para que la velocidad de reacción aumente 125 veces? 20. La reacción entre el óxido nítrico (II) y el cloro transcurre según la ecuación 2NO + C12 2NOC1; cómo cambiará la velocidad de reacción con un aumento en: a) la concentración de óxido nítrico al doble; b) la concentración de cloro se duplicó; c) la concentración de ambas sustancias se duplicó? . 21. A 150°C alguna reacción se completa en 16 minutos. Suponiendo un coeficiente de temperatura de 2,5, calcule cuánto tardará la misma reacción en terminar a 80 °C. 22. ¿Cuántos grados se debe aumentar la temperatura para que la velocidad de reacción aumente 32 veces? El coeficiente de temperatura de la velocidad de reacción es 2. 23. A 30 °C, la reacción transcurre en 3 minutos. ¿Cuánto tardará la misma reacción a 50 °C si el coeficiente de temperatura de la velocidad de reacción es 3? 24. A una temperatura de 40 °C, la reacción tarda 36 minutos ya 60 °C - 4 minutos. Calcular el coeficiente de temperatura de la velocidad de reacción. 25. La velocidad de reacción a 10 °C es de 2 mol/l. Calcule la velocidad de esta reacción a 50°C si el coeficiente de temperatura de la velocidad de reacción es 2.
Ejemplo 4.1. ¿Cómo cambiará la velocidad de reacción de cada reacción?
2NO (g) + Cl2 (g) = 2NOCI (g) (1); CaO (c) + CO 2 (g) \u003d CaCO 3 (c) (2),
si la presión en cada sistema aumenta 3 veces?
Solución. La reacción (1) es homogénea y, según la ley de acción de masas, la velocidad de reacción inicial es v = k∙ ∙ ; La reacción (2) es heterogénea y su velocidad se expresa mediante la ecuación v = k∙. La concentración de sustancias en la fase sólida (CaO en esta reacción) no cambia durante la reacción, por lo que no se incluye en la ecuación de la ley de acción de masas.
Un aumento en la presión en cada uno de los sistemas por 3 veces conducirá a una disminución en el volumen del sistema por 3 veces y un aumento en la concentración de cada una de las sustancias gaseosas que reaccionan por 3 veces. A nuevas concentraciones de velocidades de reacción: v" = k∙(3) 2 ∙3 = 27 k∙ ∙ (1) y v" = k 3 (2). Comparando las expresiones para las velocidades v y v", encontramos que la velocidad de la reacción (1) aumenta 27 veces y la reacción (2) 3 veces.
Ejemplo 4.2. La reacción entre las sustancias A y B se expresa mediante la ecuación 2A + B \u003d D. Las concentraciones iniciales son: C A \u003d 5 mol / l, C B \u003d 3,5 mol / l. La constante de velocidad es 0,4. Calcule la velocidad de reacción en el momento inicial y en el momento en que el 60% de la sustancia A permanece en la mezcla de reacción.
Solución. Según la ley de acción de las masas v = . En el momento inicial, la velocidad v 1 \u003d 0.4 × 5 2 × 3.5 \u003d 35. Después de un tiempo, el 60% de la sustancia A permanecerá en la mezcla de reacción, es decir, la concentración de la sustancia A se convertirá en 5 × 0.6 \ u003d 3 mol/l. Esto significa que la concentración de A ha disminuido en 5 - 3 = 2 mol/l. Dado que A y B interactúan entre sí en una proporción de 2:1, la concentración de la sustancia B disminuyó en 1 mol y se volvió igual a 3,5 - 1 = 2,5 mol / l. Por lo tanto, v 2 \u003d 0.4 × 3 2 × 2.5 \u003d 9.
Ejemplo 4.3. Algún tiempo después del inicio de la reacción.
2NO + O 2 \u003d 2NO 2 Las concentraciones de sustancias fueron (mol / l): \u003d 0.06;
0,12; = 0,216. Encuentre las concentraciones iniciales de NO y O 2 .
Solución. Las concentraciones iniciales de NO y O 2 se encuentran sobre la base de la ecuación de reacción, según la cual se gastan 2 mol de NO en la formación de 2 mol 2NO 2. Según la condición del problema se formaron 0,216 mol de NO 2 , para lo cual se gastaron 0,216 mol de NO. Por lo tanto, la concentración inicial de NO es igual a:
0,06 + 0,216 = 0,276 mol/L.
Según la ecuación de reacción para la formación de 2 mol NO 2 se necesita 1 mol O 2, y para obtener 0.216 mol NO 2 se requiere 0.216/2 = 0.108 mol/O 2. La concentración inicial de O 2 es: \u003d 0.12 + 0.108 \u003d 0.228 mol / l.
Así, las concentraciones iniciales fueron:
0,276 mol/l; = 0,228 mol/l.
Ejemplo 4.4. A 323 K alguna reacción se completa en 30 s. Determine cómo cambiarán la velocidad y el tiempo de reacción a 283 K si el coeficiente de temperatura de la velocidad de reacción es 2.
Solución. De acuerdo con la regla de van't Hoff, encontramos cuántas veces cambiará la velocidad de reacción:
2 –4 = .
La velocidad de reacción disminuye 16 veces. La velocidad de una reacción y su tiempo están inversamente relacionados. En consecuencia, el tiempo de esta reacción aumentará 16 veces y será 30 × 16 = 480 s = 8 min.
Tareas
№ 4.1 . La reacción procede de acuerdo con la ecuación 3Н 2 + CO = CH 4 + H 2 O
Las concentraciones iniciales de reactivos fueron (mol/l): = 0,8; COC = 0,6. ¿Cómo cambiará la velocidad de reacción si la concentración de hidrógeno aumenta a 1,2 mol/l y la concentración de monóxido de carbono a 0,9 mol/l?
(Responder: aumentará 5 veces).
№ 4.2 . La reacción de descomposición de N 2 O procede de acuerdo con la ecuación 2N 2 O \u003d 2N 2 + O 2. La constante de velocidad de reacción es 5·10 -4 . Concentración inicial
0,32 mol/l. Determine la velocidad de reacción en el momento inicial y en el momento en que se descompone el 50% de N 2 O. ( Responder: 5,12 . 10 -5 ; 1,28 . 10 -5).
№ 4.3 . La reacción entre las sustancias A y B se expresa mediante la ecuación
A + 2B = D. Concentraciones iniciales: C A = 0,3 mol/l y C B = 0,4 mol/l. La constante de velocidad es 0,8. Calcule la velocidad inicial de la reacción y determine cómo cambió la velocidad de reacción después de algún tiempo, cuando la concentración de la sustancia A disminuyó en 0,1 mol.
(Responder: 3,84 . 10 -2; disminuido en 6 veces).
№ 4.4 .¿Cuál es el coeficiente de temperatura de la velocidad de reacción si, cuando la temperatura desciende 30 °C, el tiempo de reacción aumenta 64 veces? ( Responder: 4).
№ 4.5 .Calcule a qué temperatura terminará la reacción en 45 minutos, si a 20 ° C tarda 3 horas.El coeficiente de temperatura de la velocidad de reacción es 3 ( Responder: 32.6 sobre C).
№ 4.6. ¿Cómo cambiará la velocidad de reacción CO + Cl 2 = COCl 2 si la presión aumenta 3 veces y la temperatura aumenta simultáneamente 30 ° C (γ = 2)?
(Responder: aumentará en 72 veces).
№ 4.7 . Las reacciones transcurren de acuerdo con las ecuaciones.
C (c) + O 2 (g) \u003d CO 2 (g) (1); 2CO (g) + O 2 (g) \u003d 2CO 2 (g) (2)
¿Cómo cambiará la velocidad de las reacciones (1) y (2) si en cada sistema: a) la presión se reduce 3 veces; b) aumentar el volumen del recipiente en 3 veces; c) aumentar la concentración de oxígeno en 3 veces? ( Responder: a) disminuirá en (1) por 3, en (2) por 27 veces);
b) disminuirá en (1) por 3, en (2) por 27 veces); c) aumentará en (1) y (2) en 3 veces).
№ 4.8 . La reacción procede de acuerdo con la ecuación H 2 + I 2 \u003d 2HI. La constante de velocidad es 0,16. Las concentraciones iniciales de hidrógeno y yodo son 0,04 mol/l y 0,05 mol/l, respectivamente. Calcular la velocidad inicial de la reacción y su velocidad cuando la concentración de H 2 sea igual a 0,03 mol/l. ( Responder: 3,2 . 10 -3 ; 1,9 . 10 -3).
№ 4.9 . La oxidación del azufre y su dióxido procede según las ecuaciones:
S (k) + O 2 (g) \u003d SO 2 (g) (1); 2SO 2 (g) + O 2 (g) \u003d 2SO 3 (g) (2)
¿Cómo cambiará la velocidad de las reacciones (1) y (2) si en cada sistema: a) la presión aumenta 4 veces; b) reducir el volumen del recipiente por 4 veces; c) aumentar la concentración de oxígeno en 4 veces? ( Responder: a) aumentará en (1) en 4, en (2) en 64 (veces);
b) aumentará en (1) en 4, en (2) en 64 veces); c) aumentará en (1) y (2) en 4 veces).
№ 4.10 . La constante de velocidad de la reacción 2A + B = D es 0,8. Concentraciones iniciales: C A = 2,5 mol/l y C B = 1,5 mol/l. Como resultado de la reacción, la concentración de la sustancia C B resultó ser de 0,6 mol / l. Calcule lo que llegó a ser igual a C A y la velocidad de reacción. ( Responder: 0,7 mol/l; 0,235).
№ 4.11. La reacción transcurre según la ecuación 4HCl + O 2 = 2H 2 O + 2Cl 2
Algún tiempo después del inicio de la reacción, las concentraciones de las sustancias involucradas en ella se convirtieron en (mol / l): \u003d 0.85; = 0,44; = 0,30. Calcular las concentraciones iniciales de HCl y O 2 . ( Responder:= 1,45; = 0,59 mol/l).
№ 4.12 . Concentraciones iniciales de sustancias en la reacción CO + H 2 O ↔ CO 2 + H 2
fueron iguales (mol/l): C CO = 0,5; = 0,6; = 0,4; = 0,2. Calcular las concentraciones de todas las sustancias involucradas en la reacción después de que ha reaccionado el 60% de H 2 O. ( Responder: COC = 0,14; = 0,24; = 0,76; = 0,56 mol/l).
№ 4.13 . ¿Cómo cambiará la velocidad de reacción 2CO + O 2 \u003d CO 2 si:
a) aumentar el volumen del recipiente de reacción 3 veces; b) aumentar la concentración de CO en 3 veces; c) aumentar la temperatura en 40 o C (γ = 2)? ( Responder: a) disminuirá en 27 veces; b) aumentará 9 veces; c) aumentará en 16 veces).
№ 4.14 . A 10°C, la reacción se completa en 20 minutos. ¿Cuánto durará la reacción cuando la temperatura suba a 40°C, si el coeficiente de temperatura es 3? ( Responder: 44,4 s).
№ 4.15 . cuantas veces se debe aumentar
a) la concentración de CO en el sistema 2CO \u003d CO 2 + C para que la velocidad de reacción aumente 4 veces?
b) la concentración de hidrógeno en el sistema N 2 + 3H 2 \u003d 2NH 3 para que la velocidad de reacción aumente 100 veces?
c) presión en el sistema 2NO + O 2 = 2NO 2 para que la tasa de formación de NO 2 aumente 10 3 veces? ( Responder: 2 veces; 4,64 veces; 10 veces).
№ 4.16 . La velocidad de reacción A + 2B \u003d AB 2 en C A \u003d 0.15 mol / l y
C B \u003d 0.4 mol / l es igual a 2.4 ∙ 10 -3. Determine la constante de velocidad y la velocidad de reacción cuando la concentración de B se vuelve 0.2 mol/L. ( Responder: 0,1; 2 ∙ 10 -4).
№ 4.17 . ¿Cómo cambiará la velocidad de reacción 2A + B = A 2 B si la concentración de la sustancia A aumenta 3 veces, la concentración de la sustancia B se reduce 2 veces y la temperatura aumenta 40 ° C (γ \u003d 2 )? ( Responder: aumentará en 72 veces).
№ 4.18. La reacción transcurre según la ecuación 2H 2 S + 3O 2 = 2SO 2 + 2H 2 O.
Algún tiempo después del inicio de la reacción, las concentraciones de las sustancias involucradas en ella se convirtieron en (mol / l): \u003d 0.009; = 0,02; = 0,003. Calcular: = 0,7 mol/l).
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