Temat. Szybkość reakcji chemicznych
1. Gaz A zmieszano w naczyniu z ilością substancji 4,5 mola, a gaz B z ilością substancji 3 mol. Gazy A i B reagują zgodnie z równaniem A + B \u003d C. Po pewnym czasie w układzie powstał gaz C z substancją 2 mol. Jakie ilości nieprzereagowanych gazów A i B pozostały w układzie?
Z równania reakcji wynika, że:
Dn(A) = Dn(B) = Dn(C) = 2 mol,
gdzie Dn jest zmianą ilości substancji podczas reakcji.
Dlatego w naczyniu pozostaje:
n2 (A) = n1 (A) - Dn(A); n 2 (A) \u003d (4,5 - 2) mol \u003d 2,5 mol;
n2 (B) = n1 (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 początkowym momencie szybkość reakcji wynosi 15 mol/l×s. Oblicz stałą szybkości i szybkość reakcji bezpośredniej w momencie, gdy 50% substancji B reaguje, 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.
W związku z tym C(A), który wszedł w reakcję, jest równy:
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. Reakcja między substancjami A i B jest wyrażona równaniem: A + 2B \u003d C i ma pierwszy rząd w substancji A, a drugi w substancji B. Początkowe stężenia substancji to: 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 masowego działania:
Jeżeli stężenie substancji A zmniejszy się o 0,3 mol/l, to stężenie substancji B zmniejszy się o 0,3 × 2 = 0,6 mol/l. Po reakcji stężenia wynoszą:
4. Szybkości bezpośrednich i odwróconych reakcji w fazie gazowej zachodzących w naczyniu zamkniętym wyrażają równania:
Zgodnie z prawem działania mas, szybkości reakcji bezpośrednich i odwrotnych w warunkach początkowych wynoszą:
Wzrost ciśnienia o współczynnik 3 dla systemów gazowych prowadzi do zmniejszenia objętości mieszaniny gazów o współczynnik 3, stężenia wszystkich trzech gazów wzrosną o tę samą wartość, a szybkości obu reakcji staną się odpowiednio równe:
Stosunki szybkości reakcji to:
W ten sposób szybkość reakcji do przodu wzrośnie 27 razy, a odwrotna - o 9.
5. Reakcja w temperaturze 50°C przebiega w ciągu 2 minut 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 regułą van't Hoffa:
gdzie = 70oC, \u003d 50 0 С, a i - szybkości reakcji w danych temperaturach.
Otrzymujemy:
tych. szybkość reakcji wzrasta 9-krotnie.
Zgodnie z definicją czas reakcji jest odwrotnie proporcjonalny do szybkości reakcji, a więc:
gdzie i jest czas reakcji w temperaturach I .
Stąd otrzymujemy:
Biorąc pod uwagę, że = 135 s (2 min 15 s) wyznaczamy czas reakcji w temperaturze :
6. Ile razy wzrośnie szybkość reakcji chemicznej wraz ze wzrostem temperatury od = 10 0 C do = 80 0 С , czy współczynnik temperaturowy prędkości g jest równy 2?
Z zasady 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 pozostało w ciele pacjenta. Określ okres półtrwania i stałą szybkości reakcji eliminacji leku z organizmu ludzkiego, jeśli wiadomo, że jest to reakcja pierwszego rzędu.
Ponieważ przez określony czas z organizmu usunięto 50% leku, to t 1/2 = 3 godziny. Stałą szybkości reakcji obliczamy z równania:
8. W badaniach laboratoryjnych wodnych roztworów leku stwierdzono, że w wyniku hydrolizy stężenie leku na dobę spadło z 0,05 mol/l do 0,03 mol/l. Oblicz okres półtrwania reakcji hydrolizy leku.
Ponieważ reakcje hydrolizy zwykle przebiegają ze znacznym nadmiarem wody, jej stężenie może być stałe. W konsekwencji 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 z organizmu 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/C0 wyniesie 0,25. W takim przypadku wygodnie jest skorzystać ze wzoru:
,
10. Stała szybkości reakcji hydrolizy sacharozy wynosi 2,31×10 - 3 h - 1 . Oblicz:
1) okres półtrwania reakcji;
2) czas, w którym 20% sacharozy ulega hydrolizie;
3) jaka część glukozy ulegnie hydrolizie po 5 dniach.
1. Okres półtrwania to:
2. Po hydrolizie 20% sacharozy stosunek C/C0 wyniesie 0,8. W konsekwencji:
3. Po 5 dniach (120 godzinach) stosunek C/C 0 wyniesie:
W konsekwencji hydrolizie uległo 24% glukozy.
11. W trakcie jakiejś reakcji pierwszego rzędu 60% początkowej ilości substancji jest przekształcane w ciągu 30 minut. Określ, jaka część substancji pozostanie po 1 godzinie.
1. Po 30 minutach ilość pozostałej substancji wyniesie:
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 jest określona wzorem:
Tak więc po 1 godzinie pozostanie 16% pierwotnej substancji.
Pytania do samokontroli
1. Jak nazywa się szybkość reakcji chemicznej?
2. Jak nazywa się rzeczywistą szybkość jednorodnej reakcji?
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 masowego działania.
8. Jakie jest fizyczne znaczenie stałej szybkości reakcji? Od czego zależy stała szybkości reakcji, a od czego nie?
9. Jak nazywa się kolejność reakcji? Podaj przykłady równań reakcji rzędu zerowego, pierwszego, drugiego i trzeciego.
10. Czy wymiar stałej szybkości reakcji zależy od kolejności reakcji?
11. Jak nazywa się molekularność reakcji?
13. Zdefiniuj reakcje proste i złożone. Podaj klasyfikację złożonych reakcji.
14. Sformułuj zasadę van't Hoffa. Podaj wyrażenie matematyczne dla reguły van't Hoffa.
15. Jak szybkość reakcji zależy od energii aktywacji? Napisz równanie Arrheniusa.
16. Co to jest kompleks aktywowany? Dlaczego reakcje przechodzą 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
Numer opcji 1
1. Reakcja między substancjami A i B jest wyrażona 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 się podwoi?
b) ze wzrostem objętości gazów 2 razy?
Numer opcji 2
1. Reakcja przebiega według równania: A + B = C i ma pierwszy rząd w substancji A i substancji B. Stężenie A wzrosło z 2 do 8 mol/l, a stężenie B z 3 do 9 mol/l. O ile wzrosło tempo reakcji do przodu?
2. W 150°C reakcja kończy się po 10 minutach. Przyjmując współczynnik temperaturowy g równy 2, oblicz, ile minut reakcja zakończyłaby się przy 170 0 C.
3. Szybkość reakcji wyraża się równaniem: 
Ile razy zmieni się szybkość reakcji, gdy stężenie substancji wyjściowych wzrośnie trzykrotnie?
Numer opcji 3
1. Reakcja jest wyrażona równaniem: 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 zmniejszy się o 2 mol/l.
2. Ile razy wzrośnie szybkość reakcji chemicznej 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 równanie: 
Jak zmieni się szybkość reakcji, jeśli stężenie B zostanie podwojone?
Numer opcji 4
1. Reakcja przebiega zgodnie z równaniem: 2A + B = 2C i ma drugi rząd dla substancji A i pierwszy dla substancji B. Oblicz szybkość reakcji bezpośredniej w momencie, gdy 40% substancji B reaguje, jeśli początkowa stężenia wynoszą: C 0 (A) = 8 mol/l; C0 (B) = 4 mol/l; k = 0,4.
2. Część reakcji w 100°C kończy się po 5 minutach. Ile czasu zajmie osiągnięcie temperatury 80°C, jeśli współczynnik temperaturowy prędkości g wynosi 3?
3. Szybkość reakcji 3A + B = C wyraża równanie: 
Ile razy zmieni się szybkość reakcji bezpośredniej?
a) kiedy stężenie substancji A jest podwojone?
b) przy jednoczesnym zmniejszeniu stężenia substancji wyjściowych 2 razy?
Numer opcji 5
1. Szybkość pewnej reakcji przy wzroście temperatury z 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 to: C 0 (A) \u003d 2 mol / l; C0 (B) = 6 mol/l; k = 1. Obliczyć początkową szybkość reakcji postępującej i 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 zgodnie z równaniami:
Numer opcji 6
1. W zamkniętym naczyniu znajduje się mieszanina gazów składająca się z 1 mola A i 3 moli B, która reaguje zgodnie z równaniem: A + 3B = 2C. Szybkość reakcji bezpośredniej opisuje równanie 
Ile razy zmniejszy się szybkość bezpośredniej reakcji po przereagowaniu 0,5 mola A?
2. O ile stopni należy zwiększyć 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 3-krotnym izotermicznym spadku ciśnienia w układzie?
Numer opcji 7
1. Reakcja między substancjami A i B przebiega zgodnie z równaniem: A + 2B \u003d C i ma pierwszy rząd w substancji A i substancji B. Początkowe stężenia reagentów wynosiły: C 0 (A) \u003d 1,5 mol / l; C0 (B) = 3 mol/l; k = 0,4. Oblicz szybkość reakcji chemicznej w początkowym momencie i po pewnym czasie, gdy przereagowało 75% A.
2. Jaki jest współczynnik temperaturowy szybkości g, jeśli przy wzroście temperatury o 30 0 C szybkość reakcji wzrasta 27-krotnie?
3. Jak zmienią się szybkości reakcji bezpośrednich i odwrotnych zachodzących w fazie gazowej zgodnie z równaniami:
z izotermicznym wzrostem ciśnienia o 2 razy?
Numer opcji 8
1. W 1 litrowym roztworze zawierającym 1 mol substancji A i 2 mole substancji B reakcja przebiega: A + 3B \u003d 2C + D. Bezpośrednia reakcja ma pierwszy rząd dla substancji A, a drugi dla substancji B. Ile razy szybkość reakcji bezpośredniego spadku po 0,65 mola substancji A?
2. Gdy temperatura wzrośnie od -5 do +5 0 C, szybkość hydrolizy bakterii (procesu enzymatycznego) 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?
Numer opcji 9
1. Reakcja przebiega zgodnie z równaniem: 2A + B = 2C i ma drugi rząd dla substancji A i pierwszy dla substancji B. Szybkość bezpośredniej reakcji wynosi 8 mol/l×s. Oblicz stałą szybkości i szybkość reakcji bezpośredniej w momencie, 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-krotnie. Wyznacz współczynnik temperaturowy prędkości g.
3. Reakcja przebiega zgodnie z równaniem: A + B = C + D + E i ma pierwszy rząd dla substancji A i zero dla substancji B. Jak zmieni się szybkość reakcji bezpośredniej po trzykrotnym rozcieńczeniu reagującej mieszaniny ?
Numer opcji 10
1. Reakcja przebiega zgodnie z równaniem: A + 2B \u003d AB 2 i ma pierwszy rząd w substancji A, a 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 wzrośnie szybkość reakcji chemicznej wraz ze wzrostem temperatury z 30 do 60 0 C, jeśli współczynnik temperaturowy szybkości g wynosi 3?
3. Okres półtrwania leku z organizmu pacjenta (reakcja pierwszego rzędu) wynosi 6 godzin. Określ czas, w którym zawartość leku w ludzkim ciele zmniejszy się 8 razy.
Numer opcji 11
1. Reakcja przebiega zgodnie z równaniem: A + B \u003d 2C i ma pierwszy rząd w substancji A i substancji B. Początkowe stężenia substancji to: 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 100°C część reakcji kończy się po 16 minutach. Przyjmując współczynnik temperaturowy szybkości g równy 2, oblicz w ilu minutach ta sama reakcja zakończyłaby się przy 140 0 C?
3. Okres półtrwania leku z organizmu pacjenta (reakcja pierwszego rzędu) wynosi 2 godziny. Określ czas, w którym 99% leku zostanie usunięte z organizmu.
Numer opcji 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 to: C 0 (A) \u003d 0,9 mol / l; C 0 (B) \u003d 1,5 mola / l; k = 0,6. Znajdź początkową szybkość reakcji i szybkość po pewnym czasie, gdy 50% substancji A zostanie zużyte.
2. Jaki jest współczynnik temperaturowy szybkości reakcji chemicznej g , czy przy wzroście temperatury o 30 0 C prędkość wzrasta 27 razy?
3. Okres półtrwania niektórych reakcji pierwszego rzędu wynosi 30 minut. Oblicz, jaka część pierwotnej kwoty pozostanie po 1 godzinie.
Numer opcji 13
1. Reakcja przebiega zgodnie z równaniem: 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 utworzenia 0,1 mola substancji C.
2. W temperaturze 10 0 C reakcja przebiega w ciągu 80 minut. W jakiej temperaturze reakcja zakończy się w ciągu 20 minut, jeśli współczynnik temperaturowy szybkości g wynosi 2?
3. W trakcie badań laboratoryjnych stwierdzono, że w ciągu dnia stężenie leku w organizmie chorego spadło z 0,1 mol/l do 0,02 mol/l. Oblicz okres półtrwania leku, zakładając, że jest to reakcja pierwszego rzędu.
Numer opcji 14
1. W zamkniętym naczyniu o objętości 1 l znajduje się mieszanina gazów składająca się z 1 mola gazu A i 3 moli gazu B, która reaguje zgodnie z równaniem: A + 3B = 2C. Reakcja bezpośrednia ma pierwszy rząd w substancji A, a 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. Wyznacz współczynnik temperaturowy szybkości reakcji g .
3. Podczas awarii w elektrowni jądrowej w Czarnobylu (1986) uwolniono radionuklid Cs-137, którego okres półtrwania wynosi 30 lat. Oblicz, jaka część radionuklidu, która dostała się do organizmu, pozostała w chwili obecnej.
Numer opcji 15
1. Reakcja przebiega zgodnie z równaniem: A + B \u003d C ma pierwszy rząd w substancji A i substancji B. Przy początkowych stężeniach substancji C 0 (A) \u003d 0,6 mol / l; C 0 (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 0°C wynosi 1 mol/l×s. Oblicz szybkość tej reakcji w 30 0 C, jeśli współczynnik temperaturowy szybkości reakcji wynosi 3.
3. Stała szybkości hydrolizy pestycydów w temperaturze 25°C wynosi 0,32 s-1. Początkowe stężenie pestycydu w próbce wynosiło 2,5 mol/L. Oblicz czas, po którym stężenie pestycydu spadnie do 0,01 mol/L.
Numer opcji 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. Określ szybkość reakcji we wskazanej temperaturze w momencie początkowym oraz w momencie, w którym 80% substancji A uległo rozkładowi.
2. Jak zmieni się szybkość reakcji bezpośredniej: 2A (tv) + 3B (gaz) = 2C (tv), co ma zerowy rząd dla substancji A i trzeci rząd dla substancji B, jeśli ciśnienie w system został zwiększony o 3 razy?
3. W trakcie reakcji pierwszego rzędu 20% wyjściowej ilości substancji ulega przemianie w ciągu 45 minut. Określ, jaka część substancji pozostanie po 1,5 godziny.
Numer opcji 17
1. Oddziaływanie gazów przebiega zgodnie z równaniem: A + 2B = 2C i ma pierwszy rząd w substancji A, a drugi w substancji B. Początkowe stężenia gazów wynoszą: C 0 (A) = 2 mol / l; C0 (B) = 4 mol/l; k = 0,02. Oblicz szybkość reakcji bezpośredniej w początkowym momencie i po pewnym czasie, gdy przereagowało 50% substancji A.
2. W temperaturze 20°C reakcja przebiega w ciągu 2 minut. Jak długo potrwa ta sama reakcja w temperaturze 0 0 C, jeśli g = 2?
3. Kwas mrówkowy rozkłada się na tlenek węgla (IV) i wodór na powierzchni złota. Stała szybkości tej reakcji w 140 0 C wynosi 5,5 × 10 - 4 min -1 , aw 185° C 9,2 × 10 - 3 min -1 . Określ energię aktywacji tej reakcji.
Numer opcji 18
1. Reakcja przebiega zgodnie z równaniem: 2A + B = 2C i ma pierwszy rząd w substancji A iw 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°C reakcja przebiega w ciągu 2 minut. Jak długo potrwa ta sama reakcja w temperaturze 50 0 C, jeśli g = 2?
3. Stała szybkości reakcji inwersji cukru trzcinowego w 25 0 C wynosi 9,67×10 - 3 min -1 , aw 40 0 C 73,4 x 10 - 3 min -1 . Określ energię aktywacji tej reakcji w określonym zakresie temperatur.
Przykład 1. Reakcja między substancjami A i B przebiega zgodnie z równaniem 2A + B = C, stężenia substancji (mol/l) wynoszą [A] = 6, [B] = 5. Stała szybkości reakcji wynosi 0,5 l 2 × mol -2 × s -jeden . Oblicz szybkość reakcji chemicznej w momencie początkowym oraz w momencie, gdy 45% substancji B pozostaje w mieszaninie reakcyjnej.
Rozwiązanie. Zgodnie z prawem działania masy, szybkość reakcji chemicznej jest wprost proporcjonalna do iloczynu stężeń reagentów w potęgach równych współczynnikom stechiometrycznym w równaniu reakcji. Dlatego dla reakcji 2A + B C
V = k C A 2 C B.
Szybkość reakcji chemicznej w początkowym momencie wynosi:
V 1 = 0,5 6 2 5 \u003d 90 mol s -1 l -1.
Jeżeli zmieni się stężenie co najmniej jednej z substancji reagujących, to zmieni się również stężenie wszystkich innych substancji:
Po pewnym czasie w mieszaninie reakcyjnej pozostaje 45% substancji B, tj. [B] \u003d 5 0,45 \u003d 2,25 mol / l. Oznacza to, że stężenie substancji B spadło o 5,0 – 2,25 = 2,75 mol/l. Ponieważ substancje A i B oddziałują ze sobą w stosunku 2:1, stężenie substancji A spadło o 5,5 mola (2,752) i stało się równe 0,5 mola / l (6,0 - 5,5). W konsekwencji,
V 2\u003d 0,5 ∙ (0,5) 2 2,25 \u003d 0,28 mol s -1 l -1.
Przykład 2. Określ, jak zmieni się szybkość reakcji do przodu
2CO (g) + O 2 (g) \u003d 2CO 2 (g), jeśli całkowite ciśnienie w układzie zostanie zwiększone czterokrotnie.
Rozwiązanie. 4-krotny wzrost ciśnienia w układzie spowoduje 4-krotne zmniejszenie objętości układu, a 4-krotny wzrost stężeń reagentów. Zgodnie z prawem działania mas, początkowa szybkość reakcji wynosi
Po zwiększeniu ciśnienia
Dlatego po 4-krotnym zwiększeniu ciśnienia szybkość reakcji wzrosła 64-krotnie.
Notatka. Prawo działania mas w swojej klasycznej postaci (wyrażone w postaci stężeń) obowiązuje dla nieelektrolitów i rozcieńczonych roztworów słabych elektrolitów (tj. dla gazów i roztworów). Substancje stałe nie są uwzględnione w wyrażeniu na szybkość reakcji, ponieważ koncepcja stężenia jest dla nich nie do przyjęcia; szybkość reakcji w fazie stałej zależy od pola powierzchni ciała stałego, tj. jego stopień wyrafinowania.
Tak więc dla reakcji C (t) + CO 2 (g) \u003d 2CO (g) szybkość bezpośredniej reakcji odwrotnej.
Zmiana ciśnienia przesuwa równowagę, jeśli liczba moli początkowej i wynikowej substancji gazowej nie jest taka sama. W przypadku reakcji 2CO + O2 \u003d 2CO2, szybkość reakcji do przodu, odwrotna.
Przykład 3. W układzie A (g) + 2B (g) \u003d C (g) stężenia równowagowe wynoszą: [A] \u003d 0,06 mol / l; [B]=0,12 mol/l; [C] = 0,216 mol/l. Znajdź stałą równowagi reakcji i początkowe stężenia substancji A i B.
Rozwiązanie. Zgodnie z prawem działania mas, stałą równowagi tej reakcji wyraża równanie
Podstawiając do niego dane zadania, otrzymujemy:
Zgodnie z równaniem reakcji 1 mol C powstaje z 1 mola A i 2 moli B. Ponieważ w zależności od stanu problemu w każdym litrze układu powstało 0,216 mola substancji C, 0,216 mola A i 0,216 2 = zużyto 0,432 mola B. Zatem pożądane stężenia początkowe są równe:
[A] \u003d 0,06 + 0,116 \u003d 0,276 mol / l;
[B] \u003d 0,12 + 0,432 \u003d 0,552 mol / l.
Przykład 4 Reakcja przebiega zgodnie z równaniem A + B = 2C. Określ stężenia równowagowe reagentów, jeśli początkowe stężenia substancji A i B wynoszą odpowiednio 0,5 i 0,7 mol/l, a stała równowagi reakcji DO p = 50.
Rozwiązanie. Do czasu osiągnięcia równowagi stężenia materiałów wyjściowych A i B zmniejszą się, a stężenie produktu reakcji C wzrośnie. Na każdy mol substancji A i B powstają 2 mole substancji C; w związku z tym, jeżeli spadek stężenia substancji A i B jest oznaczony przez x mol, to wzrost stężenia substancji C będzie równy 2 x mol.
Stężenia równowagowe reagentów będą wynosić:
[A] = (0,5 - x) mol/l; [V] = (0,7 - x) mol/l; [C] = 2 x mol/l.
46x 2 - 60x + 17,5=0.
Rozwiązując równanie otrzymujemy: x 1 = 0,86; x 2= 0,44. W zależności od stanu problemu, wartość x 2 . Stąd równowagowe stężenia reagentów wynoszą: [А] = 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.
Przykład 5. Oblicz, ile razy szybkość reakcji chemicznej wzrośnie wraz ze wzrostem temperatury o 40 ° C, jeśli współczynnik temperaturowy tej reakcji wynosi 3.
Rozwiązanie. Zależność szybkości reakcji chemicznej od temperatury wyraża praktyczna reguła van't Hoffa.
W tym przykładzie temperatura wzrosła o 40°C,
W konsekwencji szybkość reakcji wzrosła 3 4 = 81 razy.
Pytania do samodzielnej nauki
1. Sformułuj prawo masowego działania, prawo Van't Hoffa, zasadę Le Chateliera.
2. Wymień czynniki wpływające na szybkość reakcji.
3. Co nazywa się stałą równowagi, od czego ona zależy i co charakteryzuje?
4. Reakcja przebiega zgodnie z równaniem 4HCl (g) + O2 (g) \u003d 2H2O (g) + 2CI2 (g). Jak zmieni się szybkość reakcji, jeśli ciśnienie w układzie wzrośnie 3 razy?
5. Ile razy należy zwiększyć stężenie wodoru, aby szybkość reakcji N 2 (g) + 3H 2 (g) ® 2NH 3 (g) wzrosła 1000 razy? Jak zmienić ciśnienie, aby uzyskać takie samo przyspieszenie reakcji?
6. W jakim kierunku przesuwa się równowaga: a) wraz ze wzrostem temperatury; b) wraz ze wzrostem ciśnienia:
2H2 (g) + O2 (g) 2H2O (para) + 249,9 kJ
2SO 2 (g) + O 2 (g) ⇆2SO 3 (g) + 198,4 kJ
7. Równowagę układu 2NO (g) + O 2 (g) ® 2NO 2 (g) ustalono przy następujących stężeniach substancji: = 0,08 mol/l; = 0,03 mol/l; = 0,01 mol/l. Oblicz stałą równowagi i początkowe stężenia NO i O 2 , jeśli początkowe stężenie NO 2 wynosi zero.
1. Jak zmieni się szybkość reakcji bezpośredniej A (g) + 2B (g) → AB 2, jeśli ciśnienie w układzie wzrośnie 4-krotnie?
a) prędkość zmniejszy się 10 razy;
b) prędkość się nie zmieni;
c) prędkość wzrośnie 16 razy;
d) prędkość wzrośnie 64 razy.
2. Współczynnik temperaturowy szybkości niektórych reakcji wynosi 2,0. Jak zmieni się szybkość tej reakcji, jeśli zostanie obniżona o 40 stopni?
a) wzrośnie o 8 razy;
b) zmniejszyć o 8;
c) zmniejszy się 16 razy;
d) wzrośnie 16 razy.
3. W układzie jednorodnym A + B = 2C równowagowe stężenia reagujących gazów (mol/l): [A] = 0,06; [V] = 0,2; [C] = 0,8. Oblicz stałą równowagi układu.
4. Dla reakcji NO (g) + O 2 (g) \u003d NO 2 (g) w 25 ° C Cr= 0,1. Jaka jest ∆G reakcji?
a) 23,5 kJ/mol;
b) -5,7 J/mol;
c) -44,8 kJ/mol;
d) 22,44 kJ/mol.
5. W jakim kierunku przesunie się równowaga wraz ze spadkiem temperatury w reakcji:
C 2 H 4 (g) + 3O 2 (g) \u003d 2CO 2 (g) + 2H 2 O (g) (∆H o \u003d -1323 kJ ) ?
a) przesuń się w prawo
b) przesunięcie w lewo;
c) saldo się nie zmieni.
nieodwracalne reakcje
1. Jak zmieni się szybkość reakcji 2A + B ® A 2 B, jeśli stężenie substancji A wzrośnie 2 razy, a stężenie substancji B zmniejszy się 2 razy?
2. Ile razy należy zwiększyć stężenie substancji B 2 w układzie 2A 2 (g) + B 2 (g) ® 2A 2 B (g), aby przy 4-krotnym spadku stężenia substancji A szybkość reakcji bezpośredniej się nie zmienia?
3. W układzie CO + C1 2 ® COS1 2 zwiększono stężenie CO z 0,03 do 0,12 mol/l, a stężenie C1 2 - z 0,02 do 0,06 mol/l. O ile wzrosło tempo reakcji do przodu?
4. Jak zmieni się szybkość reakcji bezpośredniej N 2 (g) + 3H (g) ® 2 NH 3, jeśli a) ciśnienie w układzie wzrośnie 3 razy; b) zmniejszyć głośność 2 razy; c) czterokrotnie zwiększyć stężenie N 2?
5. Ile razy należy zwiększyć ciśnienie, aby szybkość tworzenia NO 2 w wyniku reakcji 2NO + O 2 ® 2 NO 2 wzrosła 1000 razy?
6. Reakcja między tlenkiem węgla (II) a chlorem przebiega zgodnie z równaniem CO + C1 2 ® COC1 2. Jak zmieni się szybkość reakcji wraz ze wzrostem a) stężenia CO 2 razy; b) stężenie C1 2 w 2 razy; c) stężenie obu substancji jest 2 razy większe?
7. Reakcja zachodzi w fazie gazowej. W reakcji biorą udział dwie substancje A i B. Wiadomo, że przy 2-krotnym wzroście stężenia składnika A szybkość wzrosła 2-krotnie, a przy 2-krotnym wzroście stężenia składnika B szybkość zwiększona o 4 razy. Napisz równanie dla trwającej reakcji. Jak zmieni się szybkość reakcji, gdy całkowite ciśnienie wzrośnie 3 razy?
8. Badana jest szybkość reakcji interakcji substancji A, B i D. Przy stałych stężeniach B i D 4-krotny wzrost stężenia substancji A prowadzi do 16-krotnego wzrostu szybkości. Jeżeli stężenie substancji B wzrasta 2 razy przy stałych stężeniach substancji A i D, to prędkość wzrasta tylko 2 razy. Przy stałych stężeniach A i B podwojenie stężenia substancji D prowadzi do 4-krotnego wzrostu prędkości. Napisz równanie reakcji.
9. Określ szybkość reakcji chemicznej A(g) + B(g) ® AB(g), jeśli stała szybkości reakcji wynosi 2 × 10 -1 l × mol -1 × s, a stężenia substancji A i B wynoszą odpowiednio 0,025 i 0,01 mol/l. Oblicz szybkość reakcji przy trzykrotnym wzroście ciśnienia.
10. Znajdź wartość stałej szybkości reakcji A + 2B ® AB 2, jeśli przy stężeniach substancji A i B odpowiednio równych 0,1 i 0,05 mol / l, szybkość reakcji wynosi 7 × 10 -5 mol / (l × s) .
11. W naczyniu o objętości 2 l gaz A zmieszano z substancją w ilości 4,5 mola, a gaz B z substancją w ilości 3 mol. Gazy reagują zgodnie z równaniem A + B = C. Po 20 sekundach w układzie utworzył się gaz C o masie 2 mol. Określ średnią szybkość reakcji. Jakie ilości substancji A i B nie zareagowały?
12. Reakcja między substancjami A i B jest wyrażona równaniem A + B ® C. Początkowe stężenia wynoszą [A] O = 0,03 mol / l, [B] O = 0,05 mol / l. Stała szybkości reakcji wynosi 0,4. Znajdź początkową szybkość reakcji oraz szybkość reakcji po pewnym czasie, gdy stężenie powstałej substancji C stanie się równe 0,01 mol/l.
13. Reakcja między substancjami gazowymi A i B jest wyrażona równaniem A + B ® C. Początkowe stężenia substancji wynoszą [A] 0 = 0,03 mol/l, [B] 0 = 0,03 mol/l. Stała szybkości reakcji wynosi 0,1. Po pewnym czasie stężenie substancji A spadło o 0,015 mol/l. Ile razy należy zwiększyć całkowite ciśnienie, aby szybkość reakcji chemicznej zrównała się z szybkością początkową?
14. O ile stopni należy podnieść temperaturę, aby szybkość reakcji wzrosła 27-krotnie? Współczynnik temperaturowy szybkości reakcji wynosi 3.
15. W 20°C reakcja przebiega w ciągu 2 minut. Jak długo potrwa ta reakcja a) w 50 o C, b) w 0 o C? Współczynnik temperaturowy szybkości reakcji wynosi 2.
16. W temperaturze 30 o C reakcja przebiega w 25 minut, aw 50 o C w 4 minuty. Oblicz współczynnik temperaturowy szybkości reakcji.
17. Szybkość reakcji w 0 o C wynosi 1 mol / l × s. Oblicz szybkość tej reakcji w 30°C, jeśli współczynnik temperaturowy szybkości wynosi 3.
18. Wraz ze wzrostem temperatury o 50 ° C szybkość reakcji wzrosła 32-krotnie. Oblicz współczynnik temperaturowy szybkości reakcji chemicznej.
19. Dwie reakcje przebiegają w 25 o C w tym samym tempie. Współczynnik temperaturowy szybkości pierwszej reakcji wynosi 2,0, a drugi - 2,5. Znajdź stosunek szybkości tych reakcji w 95 o C.
20. Jaka jest energia aktywacji reakcji, jeśli przy wzroście temperatury z 290 do 300 K szybkość reakcji podwaja się?
21. Ile razy wzrośnie szybkość reakcji zachodzącej przy 298 K, jeśli w wyniku zastosowania katalizatora udało się zmniejszyć energię aktywacji o 4 kJ/mol?
22. Jaka jest wartość energii aktywacji reakcji, której szybkość w 300 K jest 10 razy większa niż w 280 K.
23. Energia aktywacji reakcji O 3 (g) + NO (g) ® O 2 (g) + NO 2 (g) wynosi 40 kJ / mol. Ile razy zmieni się szybkość reakcji wraz ze wzrostem temperatury z 27 do 37 ° C?
24. Jeden katalizator zmniejsza energię aktywacji w 300 K o 20 kJ/mol, a drugi o 40 kJ/mol. Który katalizator jest bardziej wydajny? Uzasadnij swoją odpowiedź, obliczając stosunek szybkości reakcji przy użyciu jednego lub drugiego katalizatora.
25. W 150°C pewna reakcja jest zakończona w ciągu 16 minut. Przyjmując współczynnik temperaturowy szybkości reakcji równy 2,5 oblicz, jak długo zakończy się ta reakcja, jeśli będzie prowadzona a) w 200 o C, b) w 80 o C.
26. Gdy temperatura wzrasta o 10 ° C, szybkość reakcji chemicznej wzrasta 2 razy. W temperaturze 20 około With wynosi 0,04 mol/(l×s). Jaka będzie szybkość tej reakcji w a) 40 o C, b) 0 o C?
27. W temperaturze 20 ° C szybkość reakcji chemicznej wynosi 0,04 mol / (l × s). Oblicz szybkość tej reakcji w 70°C, jeśli wiadomo, że energia aktywacji wynosi 70 kJ/mol.
28. Oblicz współczynnik temperaturowy reakcji g, jeśli stała szybkości tej reakcji w 120 ° C wynosi 5,88 × 10 -4, a w 170 ° C - 6,7 × 10 -2.
29. Ile razy zmieni się szybkość reakcji chemicznej wraz ze wzrostem temperatury od 300 K do 400 K, jeśli współczynnik temperaturowy g = 2? Jaka jest energia aktywacji dla tej reakcji?
30. Ile razy wzrośnie szybkość reakcji chemicznej A + 2B ® C przy 4-krotnym wzroście ciśnienia w układzie i jednoczesnym wzroście temperatury o 40 ° C. Substancjami reagującymi są gazy. Współczynnik temperaturowy reakcji wynosi 2.
31. Ile razy zmniejszy się szybkość reakcji chemicznej 2A(g) + B(g) ® 2C(g), gdy ciśnienie wszystkich substancji w układzie zmniejszy się 3 razy, a temperatura układu obniży się jednocześnie o 30 o C? Współczynnik temperaturowy szybkości reakcji g wynosi 2.
32. Reakcja między substancjami gazowymi A i B jest wyrażona równaniem A + B ® C. Początkowe stężenia substancji wynoszą [A] 0 = 0,05 mol/l i [B] 0 = 0,05 mol/l. Po pewnym czasie stężenie substancji zmniejszyło się o połowę. Określ, jak konieczna jest zmiana temperatury, aby szybkość reakcji stała się równa szybkości początkowej, jeśli a) współczynnik temperaturowy reakcji wynosi 2, b) energia aktywacji wynosi 70 kJ, temperatura reakcji wynosi 27 ° C?
33. Wiadomo, że gdy temperatura wzrasta z 290 do 300 K, szybkość reakcji chemicznej podwaja się. Oblicz energię aktywacji. Jak zmieni się szybkość tej reakcji przy 310 K, jeśli do układu zostanie wprowadzony katalizator, który obniży energię aktywacji tej reakcji o 10 kJ/mol?
Równowaga chemiczna
1. W określonej temperaturze równowaga w układzie 2NO 2 «2NO+O 2 została ustalona przy stężeniach =0,4 mol/l, =0,2 mol/l, =0,1 mol/l. Znajdź stałą równowagi i początkowe stężenie NO 2, jeśli początkowe stężenie tlenu wynosi zero. Jakie warunki będą sprzyjać przesunięciu równowagi w kierunku tworzenia NO, jeśli bezpośrednia reakcja jest endotermiczna?
2. Stała równowagi układu A + B "C + D jest równa jeden. Jaki procent substancji A ulegnie przekształceniu, jeśli 3 mole substancji A i 5 moli substancji B zostaną zmieszane? Jakie warunki przyczynią się do przesunięcia równowagi w kierunku tworzenia B, jeśli bezpośrednia reakcja jest egzotermiczna?
3. Dla systemu
CO (G) + H 2 O (G) "CO 2 (G) + H 2 (G)
0 = 0 = 0,03 mol/l, 0 = 0 = 0. Oblicz stałą równowagi, jeśli równowagowe stężenie dwutlenku węgla wynosi 0,01 mol/l. Jakie warunki przyczynią się do przesunięcia równowagi w kierunku tworzenia CO, jeśli bezpośrednia reakcja jest endotermiczna?
4. Dla systemu
2NO (G) + Cl 2 (G) "2NOCl (G)
0=0,5 mol/l, 0=0,2 mol/l, 0=0 mol/l. Znajdź stałą równowagi, jeśli do czasu jej wystąpienia przereagowało 20% tlenku azotu. Jakie warunki będą sprzyjać przesunięciu równowagi w kierunku tworzenia NOCl, jeśli bezpośrednia reakcja jest egzotermiczna?
H 2 (G) + I 2 (G) "2HI (G) ,
jeśli 1 mol jodu i 2 mole wodoru zostaną umieszczone w naczyniu o pojemności 10 litrów (K C \u003d 50). Jakie warunki przyczynią się do przesunięcia równowagi w kierunku tworzenia jodu, jeśli bezpośrednia reakcja jest egzotermiczna?
6. Dla układu CO (G) + H 2 O (G) „CO 2 (G) + H 2 (G), 0 \u003d 0 \u003d 1 mol / l, 0 \u003d 0 \u003d 0. Oblicz skład mieszaniny równowagowej (% obj.), jeśli stała równowagi K C =1. Jakie warunki będą sprzyjać przesunięciu równowagi w kierunku tworzenia wodoru, jeśli reakcja odwrotna jest egzotermiczna?
7. W zamkniętym naczyniu zachodzi reakcja AB (D) „A (G) + B (G). Stała równowagi K C = 0,04. Znajdź początkowe stężenie AB, jeśli równowagowe stężenie AB wynosi 0,02 mol/l. Jakie warunki przyczynią się do przesunięcia równowagi w kierunku powstania A, jeśli reakcja odwrotna jest egzotermiczna?
8. W zamkniętym naczyniu o objętości 10 l w temperaturze 800˚С ustalono równowagę CaCO 3 (T) „CaO (T) + CO 2 (G). Stała równowagi K P =300 kPa. Jaka masa CaCO 3 uległa rozkładowi? Jakie warunki przyczynią się do przesunięcia równowagi w kierunku tworzenia dwutlenku węgla, jeśli bezpośrednia reakcja jest endotermiczna?
9. W zamkniętym naczyniu w określonej temperaturze ustalono równowagę Fe (T) + H 2 O (G) „FeO (T) + H 2 (G). Określ proporcję przereagowanej wody, jeśli K P = 1, a początkowe ciśnienie cząstkowe wodoru wynosi zero. Jakie warunki będą sprzyjać przesunięciu równowagi w kierunku tworzenia wodoru, jeśli reakcja odwrotna jest egzotermiczna?
10. Określ stężenie równowagowe wodoru w układzie 2HI (G) „H 2 (G) + I 2 (G), jeśli początkowe stężenie HI wynosiło 0,05 mol / l, a stała równowagi K C \u003d 0,02. Jakie warunki przyczynią się do przesunięcia równowagi w kierunku tworzenia HI, jeśli bezpośrednia reakcja jest endotermiczna?
Szybkość reakcji chemicznych Dział chemii, który bada szybkość i mechanizm reakcji chemicznych, nazywa się kinetykami chemicznymi. Szybkość reakcji chemicznej to liczba elementarnych aktów interakcji na jednostkę czasu w jednostce przestrzeni reakcyjnej. Definicja ta obowiązuje zarówno w przypadku procesów jednorodnych, jak i niejednorodnych. W pierwszym przypadku przestrzenią reakcyjną jest objętość naczynia reakcyjnego, a w drugim przypadku powierzchnia, na której zachodzi reakcja. Ponieważ podczas interakcji stężenia reagentów lub produktów reakcji zmieniają się w jednostce czasu. W tym przypadku nie ma potrzeby monitorowania zmiany stężenia wszystkich substancji biorących udział w reakcji, ponieważ jego równanie stechiometryczne określa stosunek stężeń odczynników. Stężenie reagentów jest najczęściej wyrażane jako liczba moli w 1 litrze (mol/l). Szybkość reakcji chemicznej zależy od rodzaju reagentów, stężenia, temperatury, wielkości powierzchni kontaktu substancji, obecności katalizatorów i innych. i mówić o reakcji jednocząsteczkowej; gdy dwie różne cząsteczki zderzają się w akcie elementarnym, zależność ma postać: u - k[A][B], a jedna mówi o reakcji dwucząsteczkowej; gdy trzy cząsteczki zderzają się w akcie elementarnym, to zależność prędkości od stężenia jest prawdziwa: v - k[A] [B] [C], a mówi się o reakcji trójcząsteczkowej. We wszystkich analizowanych zależnościach: v to szybkość reakcji; [A], [B], [C] - stężenia reagentów; k - współczynnik proporcjonalności; nazwany stałą szybkości reakcji. v = k gdy stężenia reagentów lub ich produktów są równe jeden. Stała szybkości zależy od rodzaju reagentów i temperatury. Zależność szybkości reakcji prostych (tj. reakcji zachodzących w jednym akcie elementarnym) od stężenia opisuje prawo działania masy ustanowione przez K. Guldberga i P. Waage w 1867 r.: szybkość reakcji chemicznej jest wprost proporcjonalna do iloczyn stężenia reagujących substancji podniósł do potęgi ich współczynniki stechiometryczne. Na przykład dla reakcji 2NO + 02 = 2N02; v - k2 i wzrośnie trzykrotnie Znajdź: Rozwiązanie: 1) Napisz równanie reakcji: 2CO + 02 = 2CO2. Zgodnie z prawem działania mas, v - k[C0]2. 2) Oznacz [CO] = a; = b, to: v = k a2 b. 3) Wraz ze wzrostem stężenia substancji wyjściowych o współczynnik 3 otrzymujemy: [CO] = 3a, a = 3b. 4) Oblicz szybkość reakcji u1: - k9a23b - k27a% a jeśli k27 D2b 27 v k a2b Odpowiedź: 27 razy. Przykład 3 Ile razy wzrośnie szybkość reakcji chemicznej wraz ze wzrostem temperatury o 40 ° C, jeśli współczynnik temperaturowy szybkości reakcji wynosi 3? Biorąc pod uwagę: Przy \u003d 40 ° С Y - 3 Znajdź: 2 Rozwiązanie: 1) Zgodnie z regułą van't Hoffa: h-U vt2 \u003d vh y 10, 40 i - vt\u003e 3 10 - vt -81. 2 1 1 Odpowiedź: 81 razy. a Przykład 4 Reakcja między substancjami A i B przebiega według schematu 2A + B *» C. Stężenie substancji A wynosi 10 mol/l, a substancji B - b mol/l. Stała szybkości reakcji wynosi 0,8 l2 4 mol „2 s”1. Oblicz szybkość reakcji chemicznej w momencie początkowym, a także w momencie, gdy w mieszaninie reakcyjnej pozostaje 60% substancji B. Dane: k - 0,8 l2 mol "2 sek" 1 [A] = 10 mol/l [B] = 6 mol / l Znajdź: „początek! ^ Rozwiązanie: 1) Znajdź szybkość reakcji w początkowym momencie: v - k [A] 2 [B], r> \u003d 0,8 102 b - 480 mol - l sek "1. początek 2) Po pewnym czasie w mieszaninie reakcyjnej pozostanie 60% substancji B. Następnie: Zatem [B] zmniejszyło się o: 6 - 3,6 = 2,4 mol/l. 3) Z równania reakcji wynika, że substancje A i B oddziałują ze sobą w stosunku 2: 1, dlatego [A] zmniejszyło się o 4,8 mol / l i stało się równe: [A] \u003d 10 - 4,8 \u003d 5,2 mol/l. 4) Obliczamy, czy: d) \u003d 0,8 * 5,22 3,6 \u003d 77,9 mol l „1 * s” 1. Odpowiedź: r>początek ~ 480 mol l s „1, r / \u003d 77,9 mol l-1 s” 1. Przykład 5 Reakcja w temperaturze 30°C przebiega w ciągu 2 minut. Ile czasu zajmie zakończenie tej reakcji w temperaturze 60 °C, jeśli w danym zakresie temperatur współczynnik temperaturowy szybkości reakcji wynosi 2? Biorąc pod uwagę: t1 \u003d 30 ° С t2 \u003d 60 ° С 7 \u003d 2 t \u003d 2 min \u003d 120 s Znajdź: h Rozwiązanie: 1) Zgodnie z regułą Van't Hoffa: vt - \u003d yu 1 vt - \u003d 23 \u003d 8. Vt 2) Szybkość reakcji jest odwrotnie proporcjonalna do czasu reakcji, dlatego: Odpowiedź: t=15sek. Pytania i zadania do samodzielnego rozwiązania 1. Określ szybkość reakcji. Podaj przykłady reakcji przebiegających w różnym tempie. 2. Wyrażenie na rzeczywistą szybkość reakcji chemicznej zachodzącej przy stałej objętości układu jest zapisane w następujący sposób: dC v = ±--. d t Wskaż, w jakich przypadkach znaki pozytywne i negatywne są potrzebne po prawej stronie wyrażenia. 3. Jakie czynniki determinują szybkość reakcji chemicznej? 4. Jak nazywa się energia aktywacji? Jaki czynnik wpływa na szybkość reakcji chemicznej? 5. Co tłumaczy silny wzrost szybkości reakcji wraz ze wzrostem temperatury? 6. Zdefiniować podstawowe prawo kinetyki chemicznej - prawo działania masy. Przez kogo i kiedy został sformułowany? 7. Jak nazywa się stała szybkości reakcji chemicznej i od jakich czynników to zależy? 8. Co to jest katalizator i jak wpływa na szybkość reakcji chemicznej? 9. Podaj przykłady procesów wykorzystujących inhibitory. 10. Czym są promotory i gdzie są wykorzystywane? 11. Jakie substancje nazywamy „katalitycznymi truciznami”? Podaj przykłady takich substancji. 12. Co to jest kataliza homogeniczna i heterogeniczna? Podaj przykłady procesów wykorzystujących ich procesy katalityczne. 13. Jak zmieni się szybkość reakcji 2CO + 02 = 2CO2, jeśli objętość mieszanki gazowej zmniejszy się 2 razy? 14. Ile razy wzrośnie szybkość reakcji chemicznej wraz ze wzrostem temperatury od 10 °C do 40 °C, jeśli wiadomo, że wraz ze wzrostem temperatury o 10 °C szybkość reakcji wzrośnie 2 razy ? 15. Szybkość reakcji A + B \u003d C ze wzrostem temperatury na każde 10 ° C wzrasta trzykrotnie. Ile razy zwiększy się szybkość reakcji, gdy temperatura wzrośnie o 50 °C? 16. Ile razy zwiększy się szybkość reakcji interakcji wodoru i bromu, jeśli stężenia substancji wyjściowych wzrosną czterokrotnie? 17. Ile razy szybkość reakcji wzrośnie wraz ze wzrostem temperatury o 40 ° C (y \u003d 2)? 18. Jak zmieni się szybkość reakcji 2NO + 02 ^ 2N02 w przypadku podwojenia ciśnienia w układzie? 19. Ile razy należy zwiększyć stężenie wodoru w układzie N2 + 3H2^ 2NH3, aby szybkość reakcji wzrosła 125 razy? 20. Reakcja między tlenkiem azotu (II) a chlorem przebiega zgodnie z równaniem 2NO + C12 2NOC1; jak zmieni się szybkość reakcji wraz ze wzrostem: a) dwukrotnego stężenia tlenku azotu; b) podwojone stężenie chloru; c) stężenie obu substancji podwoiło się? . 21. W 150°C pewna reakcja jest zakończona w ciągu 16 minut. Zakładając, że współczynnik temperaturowy wynosi 2,5, oblicz, ile czasu zajmie zakończenie tej samej reakcji w temperaturze 80°C. 22. O ile stopni należy zwiększyć temperaturę, aby szybkość reakcji wzrosła 32-krotnie. Współczynnik temperaturowy szybkości reakcji wynosi 2,23. W temperaturze 30 ° C reakcja przebiega w ciągu 3 minut. Jak długo potrwa ta sama reakcja w 50 °C, jeśli współczynnik temperaturowy szybkości reakcji wynosi 3. 24. W temperaturze 40 °C reakcja trwa 36 minut, aw 60 °C - 4 minuty. Oblicz współczynnik temperaturowy szybkości reakcji. 25. Szybkość reakcji w 10°C wynosi 2 mol/l. Oblicz szybkość tej reakcji w 50°C, jeśli współczynnik temperaturowy szybkości reakcji wynosi 2.
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),
czy ciśnienie w każdym systemie 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 (w tej reakcji CaO) nie zmienia się podczas reakcji, dlatego nie jest uwzględnione w równaniu działania mas.
3-krotny wzrost ciśnienia w każdym z układów doprowadzi do 3-krotnego zmniejszenia objętości układu i 3-krotnego wzrostu 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 dla szybkości v i v”, stwierdzamy, że szybkość reakcji (1) wzrasta 27-krotnie, a reakcja (2) 3-krotnie.
Przykład 4.2. Reakcja między substancjami A i B jest wyrażona równaniem 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 momencie początkowym oraz w momencie, gdy 60% substancji A pozostaje w mieszaninie reakcyjnej.
Rozwiązanie. Zgodnie z prawem działania mas v = . W momencie początkowym prędkość v 1 \u003d 0,4 × 5 2 × 3,5 \u003d 35. Po pewnym czasie 60% substancji A pozostanie w mieszaninie reakcyjnej, tj. stężenie substancji A wyniesie 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 spadło 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 określa się na podstawie równania reakcji, zgodnie z którym 2 mole NO zużywa się na tworzenie 2 mole 2NO 2. W zależności od stanu problemu powstało 0,216 mola NO 2 , na co zużyto 0,216 mola NO . Stąd początkowe stężenie NO jest równe:
0,06 + 0,216 = 0,276 mol/l.
Zgodnie z równaniem reakcji na utworzenie 2 moli NO2, potrzebny jest 1 mol O2, a do uzyskania 0,216 mola NO2, 0,216/2 = 0,108 mol/O2. Początkowe stężenie O2 wynosi: \u003d 0,12 + 0,108 \u003d 0,228 mol / l.
Zatem początkowe stężenia były następujące:
0,276 mola/l; = 0,228 mol/l.
Przykład 4.4. W 323 K pewna reakcja jest zakończona w 30 sekund. Określ, jak zmieni się szybkość i czas reakcji przy 283 K, jeśli współczynnik temperaturowy szybkości reakcji wynosi 2.
Rozwiązanie. Zgodnie z zasadą van't Hoffa dowiadujemy się, ile razy zmieni się szybkość reakcji:
2 –4 = .
Szybkość reakcji zmniejsza się 16 razy. Szybkość reakcji i jej czas są odwrotnie proporcjonalne. W konsekwencji 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 . Stężenie początkowe
0,32 mola/l. Określ szybkość reakcji w momencie początkowym oraz w momencie, w którym rozkłada się 50% N 2 O. ( Odpowiedź: 5,12 . 10 -5 ; 1,28 . 10 -5).
№ 4.3 . Reakcja między substancjami A i B jest wyrażona równaniem
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 zmieniła się szybkość reakcji po pewnym czasie, gdy stężenie substancji A zmniejszyło się o 0,1 mola.
(Odpowiedź: 3,84 . 10 -2; zmniejszone o 6 razy).
№ 4.4 .Jaki jest współczynnik temperaturowy szybkości reakcji, jeśli 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 h. Współczynnik temperaturowy szybkości reakcji wynosi 3 ( Odpowiedź: 32,6 około C).
№ 4.6. Jak zmieni się szybkość reakcji CO + Cl 2 = COCl 2, jeśli ciśnienie wzrośnie 3 razy, a temperatura zostanie jednocześnie zwiększona o 30 ° C (γ = 2)?
(Odpowiedź: wzrośnie o 72 razy).
№ 4.7 . Reakcje przebiegają zgodnie z równaniami
C (c) + O 2 (g) \u003d CO 2 (g) (1); 2CO (g) + O2 (g) \u003d 2CO2 (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) trzykrotnie).
№ 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 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); 2SO2 (g) + O2 (g) \u003d 2SO3 (g) (2)
Jak zmieni się szybkość reakcji (1) i (2), jeśli w każdym układzie: a) ciśnienie wzrośnie 4-krotnie; b) 4-krotnie zmniejszyć objętość naczynia; c) czterokrotnie zwiększyć stężenie tlenu? ( 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) czterokrotnie).
№ 4.10 . Stała szybkości reakcji 2A + B = D wynosi 0,8. Stężenia początkowe: C A = 2,5 mol/l i C B = 1,5 mol/l. W wyniku reakcji stężenie substancji CB wyniosło 0,6 mol/l. Oblicz, co stało się równe C A i szybkość reakcji. ( Odpowiedź: 0,7 mola/l; 0,235).
№ 4.11. Reakcja przebiega zgodnie z równaniem 4HCl + O 2 = 2H 2 O + 2Cl 2
Jakiś czas po rozpoczęciu reakcji stężenia zaangażowanych w nią substancji stały się (mol / l): \u003d 0,85; = 0,44; = 0,30. Oblicz początkowe stężenia HCl i O 2 . ( Odpowiedź:= 1,45; = 0,59 mol/l).
№ 4.12 . Stężenia początkowe 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 mol/l).
№ 4.13 . Jak zmieni się szybkość reakcji 2CO + O2 \u003d CO2, jeśli:
a) zwiększyć objętość naczynia reakcyjnego 3 razy; b) 3-krotnie zwiększyć stężenie CO; c) podwyższyć temperaturę o 40 o C (γ = 2)? ( Odpowiedź: a) zmniejszy się 27 razy; b) wzrośnie 9 razy; c) wzrośnie 16-krotnie).
№ 4.14 . W temperaturze 10°C reakcja jest zakończona w ciągu 20 minut. Jak długo potrwa 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, aby szybkość reakcji wzrosła 100 razy?
c) ciśnienie w układzie 2NO + O 2 = 2NO 2, aby tempo powstawania NO 2 wzrosło 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. Określ stałą szybkości i szybkość reakcji, gdy stężenie B osiągnie 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 zostanie zwiększone 3 razy, stężenie substancji B zmniejszy się 2 razy, a temperatura wzrośnie o 40 ° C (γ \u003d 2 )? ( Odpowiedź: wzrośnie o 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 zaangażowanych w nią substancji stały się (mol / l): \u003d 0,009; = 0,02; = 0,003. Oblicz: = 0,7 mol/l).
Ładowanie...