Viteza cinetică chimică a reacțiilor chimice. Subiect

reacții ireversibile

1. Cum se va schimba viteza de reacție 2A + B ® A 2 B dacă concentrația substanței A crește de 2 ori, iar concentrația substanței B este redusă de 2 ori?

2. De câte ori trebuie crescută concentrația substanței B 2 în sistemul 2A 2 (g) + B 2 (g) ® 2A 2 B (g) astfel încât atunci când concentrația substanței A scade de 4 ori, viteza a reacției directe nu se schimbă?

3. În sistemul CO + C1 2 ® COS1 2, concentrația de CO a fost crescută de la 0,03 la 0,12 mol/l, iar concentrația de C1 2 - de la 0,02 la 0,06 mol/l. Cu cât a crescut rata reacției directe?

4. Cum se va schimba viteza reacţiei directe N 2 (g) + 3H (g) ® 2 NH 3 dacă a) presiunea din sistem este crescută de 3 ori; b) reduceți volumul de 2 ori; c) crește concentrația de N 2 de 4 ori?

5. De câte ori trebuie crescută presiunea astfel încât viteza de formare a NO 2 prin reacția 2NO + O 2 ® 2 NO 2 să crească de 1000 de ori?

6. Reacția dintre monoxidul de carbon (II) și clor se desfășoară conform ecuației CO + C1 2 ® COC1 2. Cum se va schimba viteza de reacție cu o creștere a a) concentrației de CO de 2 ori; b) concentraţia de C1 2 în 2 ori; c) concentrația ambelor substanțe este de 2 ori?

7. Reacția are loc în fază gazoasă. În reacție sunt implicate două substanțe A și B. Se știe că, odată cu creșterea concentrației componentei A de 2 ori, viteza a crescut de 2 ori, iar odată cu creșterea concentrației componentei B de 2 ori, rata a crescut de 4 ori. Scrieți o ecuație pentru reacția în curs. Cum se va schimba viteza de reacție atunci când presiunea totală crește de 3 ori?

8. Se studiază viteza de reacție a interacțiunii substanțelor A, B și D. La concentrații constante B și D, o creștere a concentrației substanței A de 4 ori duce la o creștere a vitezei de 16 ori. Dacă concentrația substanței B crește de 2 ori la concentrații constante ale substanțelor A și D, atunci viteza crește doar de 2 ori. La concentrații constante de A și B, dublarea concentrației de substanță D duce la o creștere de 4 ori a vitezei. Scrieți o ecuație pentru reacție.

9. Determinați viteza reacției chimice A(g) + B(g) ® AB(g), dacă constanta vitezei de reacție este 2 × 10 -1 l × mol -1 × s, iar concentrațiile substanțelor A și B sunt 0,025 și respectiv 0,01 mol/l. Calculați viteza de reacție când presiunea crește de 3 ori.

10. Aflați valoarea constantei de viteză a reacției A + 2B ® AB 2, dacă la concentrații de substanțe A și B, respectiv, egale cu 0,1 și 0,05 mol/l, viteza de reacție este de 7 × 10 -5 mol/ (l × s).

11. Într-un vas cu volumul de 2 l, gazul A a fost amestecat cu o cantitate de substanță 4,5 mol și gazul B cu o cantitate de substanță 3 mol. Gazele reacţionează conform ecuaţiei A + B = C. După 20 de secunde, în sistem sa format gaz C cu o substanţă de 2 mol. Determinați viteza medie a reacției. Ce cantități de substanțe A și B nu au reacționat?

12. Reacția dintre substanțele A și B se exprimă prin ecuația A + B ® C. Concentrațiile inițiale sunt [A] O = 0,03 mol/l, [B] O = 0,05 mol/l. Constanta vitezei de reacție este 0,4. Aflați viteza de reacție inițială și viteza de reacție după un timp, când concentrația substanței formate C devine egală cu 0,01 mol/l.

13. Reacția dintre substanțele gazoase A și B se exprimă prin ecuația A + B ® C. Concentrațiile inițiale ale substanțelor sunt [A] 0 = 0,03 mol/l, [B] 0 = 0,03 mol/l. Constanta vitezei de reacție este 0,1. După ceva timp, concentrația substanței A a scăzut cu 0,015 mol/l. De câte ori trebuie crescută presiunea totală pentru ca viteza unei reacții chimice să devină egală cu viteza inițială?

14. Cu câte grade trebuie crescută temperatura pentru ca viteza de reacție să crească de 27 de ori? Coeficientul de temperatură al vitezei de reacție este 3.

15. La 20°C, reacţia are loc în 2 minute. Cât timp va dura această reacție a) la 50 o C, b) la 0 o C? Coeficientul de temperatură al vitezei de reacție este 2.

16. La o temperatură de 30 o C, reacția se desfășoară în 25 de minute, iar la 50 o C în 4 minute. Calculați coeficientul de temperatură al vitezei de reacție.

17. Viteza de reacție la 0 o C este de 1 mol / l × s. Calculați viteza acestei reacții la 30°C dacă coeficientul de temperatură al vitezei este 3.

18. Cu o creștere a temperaturii cu 50 ° C, viteza de reacție a crescut de 32 de ori. Calculați coeficientul de temperatură al vitezei unei reacții chimice.

19. Două reacții au loc la 25 o C cu aceeași viteză. Coeficientul de temperatură al vitezei primei reacții este 2,0, iar a doua - 2,5. Aflați raportul dintre vitezele acestor reacții la 95 o C.

20. Care este energia de activare a reacției dacă, pe măsură ce temperatura crește de la 290 la 300 K, viteza de reacție se dublează?

21. De câte ori va crește viteza unei reacții care are loc la 298 K dacă, în urma utilizării unui catalizator, a fost posibilă reducerea energiei de activare cu 4 kJ/mol?

22. Care este valoarea energiei de activare a reacției, a cărei viteză la 300 K este de 10 ori mai mare decât la 280 K.

23. Energia de activare a reacţiei O 3 (g) + NO (g) ® O 2 (g) + NO 2 (g) este de 40 kJ/mol. De câte ori se va schimba viteza de reacție cu o creștere a temperaturii de la 27 la 37 ° C?

24. Un catalizator reduce energia de activare la 300 K cu 20 kJ/mol, iar celălalt cu 40 kJ/mol. Care catalizator este mai eficient? Justificați-vă răspunsul calculând raportul vitezei de reacție atunci când utilizați unul sau altul catalizator.

25. La 150°C, o reacție este completă în 16 minute. Luând coeficientul de temperatură al vitezei de reacție egal cu 2,5, calculați cât timp se va termina această reacție dacă se efectuează a) la 200 o C, b) la 80 o C.

26. Când temperatura crește cu 10 ° C, viteza unei reacții chimice crește de 2 ori. La 20 aproximativ Cu este egal cu 0,04 mol/(l×s). Care va fi viteza acestei reacții la a) 40 o C, b) 0 o C?

27. La 20 ° C, viteza unei reacții chimice este de 0,04 mol / (l × s). Calculați viteza acestei reacții la 70°C dacă se știe că energia de activare este de 70 kJ/mol.

28. Calculați coeficientul de temperatură al reacției g, dacă constanta de viteză a acestei reacții la 120 ° C este 5,88 × 10 -4, iar la 170 ° C - 6,7 × 10 -2.

29. De câte ori se va schimba viteza unei reacții chimice odată cu creșterea temperaturii de la 300 K la 400 K dacă coeficientul de temperatură g = 2? Care este energia de activare pentru această reacție?

30. De câte ori va crește viteza reacției chimice A + 2B ® C cu o creștere a presiunii în sistem de 4 ori și o creștere simultană a temperaturii cu 40 ° C. Substanțele care reacţionează sunt gaze. Coeficientul de temperatură al reacției este 2.

31. De câte ori va scădea viteza reacției chimice 2A(g) + B(g) ® 2C(g) atunci când presiunea tuturor substanțelor din sistem este redusă de 3 ori și temperatura sistemului este coborâtă simultan cu 30 o C? Coeficientul de temperatură al vitezei de reacție g este 2.

32. Reacția dintre substanțele gazoase A și B se exprimă prin ecuația A + B ® C. Concentrațiile inițiale ale substanțelor sunt [A] 0 = 0,05 mol/l și [B] 0 = 0,05 mol/l. După ceva timp, concentrația de substanțe a scăzut la jumătate. Determinați cum este necesar să schimbați temperatura astfel încât viteza de reacție să devină egală cu viteza inițială, dacă a) coeficientul de temperatură al reacției este 2, b) energia de activare este de 70 kJ, temperatura de reacție este de 27 ° C?

33. Se știe că atunci când temperatura crește de la 290 la 300 K, viteza unei reacții chimice se dublează. Calculați energia de activare. Cum se va schimba viteza acestei reacții la 310 K dacă se introduce în sistem un catalizator care scade energia de activare a acestei reacții cu 10 kJ/mol?

Echilibru chimic

1. La o anumită temperatură s-a stabilit echilibrul în sistemul 2NO 2 «2NO+O 2 la concentraţii =0,4 mol/l, =0,2 mol/l, =0,1 mol/l. Aflați constanta de echilibru și concentrația inițială de NO 2 dacă concentrația inițială de oxigen este zero. Ce condiții vor favoriza deplasarea echilibrului spre formarea NO dacă reacția directă este endotermă?

2. Constanta de echilibru a sistemului A + B „C + D este egală cu unu. Ce procent din substanța A va suferi o transformare dacă se amestecă 3 moli de substanță A și 5 moli de substanță B? Ce condiții vor contribui la deplasarea echilibrului către formarea lui B, dacă reacția directă este exotermă?

3. Pentru sistem

CO (G) + H2O (G) "CO2 (G) + H2 (G)

0 = 0 =0,03 mol/l, 0 = 0 =0. Calculați constanta de echilibru dacă concentrația de echilibru a dioxidului de carbon este 0,01 mol/l. Ce condiții vor contribui la deplasarea echilibrului către formarea CO dacă reacția directă este endotermă?

4. Pentru sistem

2NO (G) + Cl 2 (G) "2NOCl (G)

0=0,5 mol/l, 0=0,2 mol/l, 0=0 mol/l. Găsiți constanta de echilibru dacă, în momentul în care apare, 20% din oxidul de azot a reacționat. Ce condiții vor favoriza deplasarea echilibrului spre formarea NOCl dacă reacția directă este exotermă?

H2 (G) + I2 (G) „2HI (G),

dacă 1 mol de iod și 2 moli de hidrogen sunt plasați într-un vas cu o capacitate de 10 litri (K C \u003d 50). Ce condiții vor contribui la deplasarea echilibrului către formarea iodului, dacă reacția directă este exotermă?

6. Pentru sistemul CO (G) + H 2 O (G) "CO 2 (G) + H 2 (G), 0 \u003d 0 \u003d 1 mol / l, 0 \u003d 0 \u003d 0. Calculați compoziția amestecului de echilibru (% vol.), dacă constanta de echilibru K C =1. Ce condiții vor favoriza deplasarea echilibrului spre formarea hidrogenului dacă reacția inversă este exotermă?

7. Într-un vas închis are loc reacția AB (D) „A (G) + B (G). Constanta de echilibru K C =0,04. Aflați concentrația inițială a AB dacă concentrația de echilibru a AB este 0,02 mol/l. Ce condiții vor contribui la deplasarea echilibrului spre formarea lui A, dacă reacția inversă este exotermă?

8. Într-un vas închis cu un volum de 10 l la o temperatură de 800˚С, sa stabilit un echilibru CaCO 3 (T) „CaO (T) + CO 2 (G). Constanta de echilibru K P =300 kPa. Ce masă de CaCO 3 s-a descompus? Ce condiții vor contribui la deplasarea echilibrului către formarea dioxidului de carbon dacă reacția directă este endotermă?

9. Într-un vas închis la o anumită temperatură s-a stabilit un echilibru Fe (T) + H 2 O (G) „FeO (T) + H 2 (G). Determinați proporția de apă reacționată dacă K P = 1, iar presiunea parțială inițială a hidrogenului este zero. Ce condiții vor favoriza deplasarea echilibrului spre formarea hidrogenului dacă reacția inversă este exotermă?

10. Determinați concentrația de echilibru a hidrogenului în sistemul 2HI (G) „H 2 (G) + I 2 (G) dacă concentrația inițială de HI a fost de 0,05 mol / l, iar constanta de echilibru K C \u003d 0,02. Ce condiții vor contribui la deplasarea echilibrului către formarea HI dacă reacția directă este endotermă?

1. Concepte și postulate de bază ale cineticii chimice

Cinetica chimică este o ramură a chimiei fizice care studiază vitezele reacțiilor chimice. Sarcinile principale ale cineticii chimice sunt: ​​1) calculul vitezei de reacție și determinarea curbelor cinetice, i.e. dependența de timp a concentrațiilor reactanților ( sarcină directă); 2) determinarea mecanismelor de reacție din curbele cinetice ( problema inversa).

Viteza unei reacții chimice descrie modificarea concentrațiilor reactanților pe unitatea de timp. Pentru reacție

A A+ b B+... d D+ e E+...

viteza de reacție este definită după cum urmează:

unde parantezele pătrate indică concentrația unei substanțe (măsurată de obicei în mol/l), t- timp; A, b, d, e- coeficienţii stoichiometrici în ecuaţia de reacţie.

Viteza de reacție depinde de natura reactanților, de concentrația lor, de temperatură și de prezența unui catalizator. Dependența vitezei de reacție de concentrație este descrisă de postulatul de bază al cineticii chimice - legea maselor care actioneaza:

Viteza unei reacții chimice în fiecare moment în timp este proporțională cu concentrațiile curente ale reactanților ridicate la unele puteri:

,

Unde k- constanta de viteza (independenta de concentratie); X, y- unele numere care sunt numite ordinea de reacție pe substanțe A și, respectiv, B. Aceste numere nu au, în general, nimic de-a face cu coeficienții AȘi bîn ecuația reacției. Suma exponenților X+ y numit ordinea generală de reacție. Ordinea reacției poate fi pozitivă sau negativă, întreagă sau fracțională.

Majoritatea reacțiilor chimice constau din mai multe etape, numite reacții elementare. O reacție elementară este de obicei înțeleasă ca un singur act de formare sau scindare a unei legături chimice, care are loc prin formarea unui complex de tranziție. Numărul de particule implicate într-o reacție elementară se numește molecularitate reactii. Există doar trei tipuri de reacții elementare: monomoleculare (A B + ...), bimoleculare (A + B D + ...) și trimoleculare (2A + B D + ...). Pentru reacțiile elementare, ordinea generală este egală cu molecularitatea, iar ordinele în termeni de substanțe sunt egale cu coeficienții din ecuația reacției.

EXEMPLE

Exemplul 1-1. Viteza de formare a NO în reacția 2NOBr (g) 2NO (g) + Br2(g) este 1,6. 10 -4 mol/(l.s). Care este viteza de reacție și rata de consum de NOBr?

Soluţie. Prin definiție, viteza unei reacții este:

Cârtiță / (l. s).

Din aceeași definiție rezultă că rata de consum de NOBr este egală cu rata de formare a NO cu semnul opus:

mol / (l. s).

Exemplul 1-2.În reacția de ordinul 2 A + B D, concentrațiile inițiale ale substanțelor A și B sunt de 2,0 mol/l, respectiv 3,0 mol/l. Viteza de reacție este de 1,2. 10-3 mol/(l.s) la [A] = 1,5 mol/l. Calculați constanta de viteză și viteza de reacție la [B] = 1,5 mol/L.

Soluţie. Conform legii acțiunii în masă, la un moment dat, viteza de reacție este:

.

În momentul în care [A] = 1,5 mol/l au reacţionat 0,5 mol/l de substanţe A şi B, deci [B] = 3 – 0,5 = 2,5 mol/l. Constanta vitezei este:

L/(mol. s).

În momentul în care [B] = 1,5 mol/l, 1,5 mol/l de substanțe A și B reacționaseră, deci [A] = 2 – 1,5 = 0,5 mol/l. Viteza de reacție este:

Cârtiță / (l. s).

SARCINI

1-1. Cum se exprimă viteza de reacție a sintezei amoniacului 1/2 N 2 + 3/2 H 2 \u003d NH 3 prin concentrațiile de azot și hidrogen? (Răspuns)

1-2. Cum se va schimba viteza reacției de sinteză a amoniacului 1/2 N 2 + 3/2 H 2 \u003d NH 3 dacă ecuația reacției este scrisă ca N 2 + 3H 2 \u003d 2NH 3? (Răspuns)

1-3. Care este ordinea reacțiilor elementare: a) Cl + H 2 = HCl + H; b) 2NO + Cl 2 = 2NOCl? (Răspuns)

1-4. Care dintre următoarele valori poate lua a) negativ; b) valori fracționate: viteza de reacție, ordinea reacției, molecularitatea reacției, constanta de viteză, coeficientul stoichiometric? (Răspuns)

1-5. Viteza unei reacții depinde de concentrația produșilor de reacție? (Răspuns)

1-6. De câte ori va crește viteza reacției elementare în fază gazoasă A = 2D cu o creștere de trei ori a presiunii? (Răspuns)

1-7. Determinați ordinea reacției dacă constanta de viteză are dimensiunea l 2 / (mol 2. s). (Răspuns)

1-8. Constanta de viteză a reacției gazoase de ordinul 2 la 25 ° C este de 10 3 l / (mol. s). Cu ce ​​este egală această constantă dacă ecuația cinetică este exprimată în termeni de presiune în atmosferă? (Răspuns)

1-9. Pentru reacția în fază gazoasă n-al-lea de ordin nA B exprimă viteza de formare a lui B în termeni de presiune totală. (Răspuns)

1-10. Constantele de viteză ale reacțiilor directe și inverse sunt 2,2 și 3,8 L/(mol s). Prin care dintre următoarele mecanisme pot decurge aceste reacții: a) A + B = D; b) A + B = 2D; c) A = B + D; d) 2A = B. (răspuns)

1-11. Reacția de descompunere 2HI H 2 + I 2 are ordinul 2 cu o constantă de viteză k= 5,95. 10 -6 l/(mol. s). Calculați viteza de reacție la o presiune de 1 atm și o temperatură de 600 K. (răspuns)

1-12. Viteza reacției de ordinul 2 A + B D este 2,7 . 10 -7 mol/(l. s) la concentrații ale substanțelor A și respectiv B, 3,0. 10 -3 mol/l şi 2,0 mol/l. Calculați constanta vitezei (Răspuns)

1-13. În reacția de ordinul 2 A + B 2D, concentrațiile inițiale ale substanțelor A și B sunt de 1,5 mol/L fiecare. Viteza de reacție este de 2,0. 10-4 mol/(l.s) la [A] = 1,0 mol/l. Calculați constanta de viteză și viteza de reacție la [B] = 0,2 mol/L. (Răspuns)

1-14. În reacția de ordinul 2 A + B 2D, concentrațiile inițiale ale substanțelor A și B sunt de 0,5, respectiv 2,5 mol/L. De câte ori este viteza de reacție la [A] = 0,1 mol/l mai mică decât viteza inițială? (Răspuns)

1-15. Viteza reacției în fază gazoasă este descrisă de ecuație w = k. [A] 2 . [B]. La ce raport între concentrațiile A și B viteza de reacție inițială va fi maximă la o presiune totală fixă? (Răspuns)

2. Cinetica reacțiilor simple

În această secțiune, pe baza legii acțiunii masei, vom compune și rezolva ecuații cinetice pentru reacții ireversibile de ordin întreg.

Reacții de ordinul 0. Viteza acestor reacții nu depinde de concentrație:

,

unde [A] este concentrația substanței de pornire. Ordinea zero apare în reacțiile eterogene și fotochimice.

Reacții de ordinul I.În reacțiile de tip A B, viteza este direct proporțională cu concentrația:

.

La rezolvarea ecuațiilor cinetice se folosește adesea următoarea notație: concentrația inițială [A] 0 = A, concentrația curentului [A] = A - X(t), Unde X(t) este concentrația substanței reacționate A. În aceste notații, ecuația cinetică pentru reacția de ordinul I și soluția ei au forma:

Soluția ecuației cinetice este scrisă și într-o altă formă, convenabilă pentru analiza ordinii de reacție:

.

Timpul în care jumătate din substanța A se descompune se numește timp de înjumătățire t 1/2. Este definit de ecuație X(t 1/2) = A/2 și egal

Reacții de ordinul 2.În reacțiile de tip A + B D + ..., viteza este direct proporțională cu produsul concentrațiilor:

.

Concentrațiile inițiale ale substanțelor: [A] 0 = A, [B] 0 = b; concentrații curente: [A] = A- X(t), [B] = b - X(t).

La rezolvarea acestei ecuații se disting două cazuri.

1) aceleași concentrații inițiale ale substanțelor A și B: A = b. Ecuația cinetică are forma:

.

Soluția acestei ecuații este scrisă în diferite forme:

Timpul de înjumătățire al substanțelor A și B este același și egal cu:

2) Concentrațiile inițiale ale substanțelor A și B sunt diferite: A b. Ecuația cinetică are forma:
.

Rezolvarea acestei ecuații poate fi scrisă după cum urmează:

Timpurile de înjumătățire ale substanțelor A și B sunt diferite: .

reacții de ordinul al n-lea n A D + ... Ecuația cinetică are forma:

.

Rezolvarea ecuației cinetice:

. (2.1)

Timpul de înjumătățire al substanței A este invers proporțional cu ( n-1)-al-lea grad de concentrare inițială:

. (2.2)

Exemplul 2-1. Timpul de înjumătățire al izotopului radioactiv 14 C este de 5730 de ani. În timpul săpăturilor arheologice, a fost găsit un copac, conținutul de 14 C în care este de 72% din normal. Care este vârsta copacului?
Soluţie. Dezintegrarea radioactivă este o reacție de ordinul I. Constanta vitezei este:

Durata de viață a unui arbore poate fi găsită din soluția ecuației cinetice, ținând cont de faptul că [A] = 0,72 . [A]0:

Exemplul 2-2. S-a stabilit că reacția de ordinul 2 (un reactiv) este 75% completă în 92 min la o concentrație inițială de reactiv de 0,24 M. Cât timp va dura pentru ca concentrația de reactiv să atingă 0,16 M în aceleași condiții?
Soluţie. Scriem de două ori soluția ecuației cinetice pentru o reacție de ordinul 2 cu un reactiv:

,

unde, prin convenție, A= 0,24 M, t 1 = 92 min, X 1 = 0,75. 0,24=0,18M, X 2 = 0,24 - 0,16 = 0,08 M. Să împărțim o ecuație la alta:

Exemplul 2-3. Pentru o reacție elementară n A B indică timpul de înjumătățire al lui A prin t 1/2 și timpul de dezintegrare a lui A cu 75% - prin t 3/4 . Demonstrați că raportul t 3/4 / t 1/2 nu depinde de concentrația inițială, ci este determinat doar de ordinea reacției n.Soluţie. Scriem de două ori soluția ecuației cinetice pentru reacție n-a comanda cu un reactiv:

și împărțiți o expresie la alta. constante kȘi A din ambele expresii se va anula și obținem:

.

Acest rezultat poate fi generalizat prin demonstrarea că raportul timpilor pentru care gradul de conversie este a și b depinde doar de ordinea reacției:

.

SARCINI

2-2. Reacția de ordinul întâi are loc cu 30% în 7 minute. Cât timp va dura până când reacția va fi completă în proporție de 99%? (Răspuns)

2-3. Timpul de înjumătățire al izotopului radioactiv 137 Cs, care a intrat în atmosferă ca urmare a accidentului de la Cernobîl, este de 29,7 ani. După ce timp cantitatea acestui izotop va fi mai mică de 1% din cea originală? (Răspuns)

2-4. Timpul de înjumătățire al izotopului radioactiv 90 Sr, care intră în atmosferă în timpul testelor nucleare, este de 28,1 ani. Să presupunem că corpul unui nou-născut a absorbit 1,00 mg din acest izotop. Cât de mult stronțiu va rămâne în organism după a) 18 ani, b) 70 de ani, dacă presupunem că nu este excretat din organism? (Răspuns)

2-5. Constanta de viteză pentru reacția de ordinul întâi SO 2 Cl 2 = SO 2 + Cl 2 este 2,2. 10 -5 s -1 la 320 o C. Ce procent de SO 2 Cl 2 se va descompune atunci când este ținut timp de 2 ore la această temperatură? (Răspuns)

2-6. Constanta vitezei de reacție de ordinul I

2N 2 O 5 (g) 4NO 2 (g) + O 2 (g)

la 25 ° C este 3,38. 10-5 s-1. Care este timpul de înjumătățire al N2O5? Care va fi presiunea în sistem după a) 10 s, b) 10 min, dacă presiunea inițială a fost de 500 mm Hg. Artă. (Răspuns)

2-7. Reacția de ordinul întâi este efectuată cu cantități diferite de materie primă. Se vor intersecta tangentele la părțile inițiale ale curbelor cinetice într-un punct de pe axa x? Explicați răspunsul (Răspuns)

2-8. Reacția de ordinul întâi A 2B are loc în faza gazoasă. Presiunea inițială este p 0 (lipsește B). Aflați dependența presiunii totale de timp. Dupa ce timp va creste presiunea de 1,5 ori fata de cea initiala? Care este amploarea reacției până în acest moment? (Răspuns)

2-9. Reacția de ordinul doi 2A B are loc în fază gazoasă. Presiunea inițială este p 0 (lipsește B). Aflați dependența presiunii totale de timp. Dupa ce timp va scadea presiunea de 1,5 ori fata de cea initiala? Care este amploarea reacției până în acest moment? (Răspuns)

2-10. Substanța A a fost amestecată cu substanțele B și C în concentrații egale de 1 mol/l. După 1000 s, rămâne 50% din substanța A. Câtă substanță A va rămâne după 2000 s dacă reacția are: a) zero, b) prima, c) a doua, c) a treia ordine generală? (răspuns)

2-11. Care dintre reacții - de ordinul întâi, al doilea sau al treilea - se va termina mai repede dacă concentrațiile inițiale ale substanțelor sunt de 1 mol/l și toate constantele de viteză exprimate în mol/l și s sunt egale cu 1? (Răspuns)

2-12. Reacţie

CH 3 CH 2 NO 2 + OH - H 2 O + CH 3 CHNO 2 -

are constantă de ordinul doi și viteză k= 39,1 l/(mol. min) la 0 aproximativ C. S-a preparat o soluţie conţinând 0,004 M nitroetan şi 0,005 M NaOH. Cât timp durează până când nitroetanul 90% reacţionează?

2-13. Constanta de viteză pentru recombinarea ionilor H+ și FG - (fenilglioxinat) într-o moleculă de UFH la 298 K este k= 10 11,59 l/(mol. s). Calculați timpul în care a trecut reacția cu 99,999% dacă concentrațiile inițiale ale ambilor ioni sunt egale cu 0,001 mol/l. (Răspuns)

2-14. Viteza de oxidare a butanol-1 cu acid hipocloros nu depinde de concentrația de alcool și este proporțională cu 2 . Cât timp va dura ca reacția de oxidare la 298 K să atingă 90% dacă soluția inițială conține 0,1 mol/l HClO și 1 mol/l alcool? Constanta vitezei de reacție este k= 24 l/(mol. min). (Răspuns)

2-15. La o anumită temperatură, o soluție 0,01 M de acetat de etil este saponificată cu o soluție de NaOH 0,002 M cu 10% în 23 min. După câte minute va fi saponificat în același grad cu soluție de KOH 0,005 M? Luați în considerare că această reacție este de ordinul doi, iar alcaliile sunt complet disociate. (Răspuns)

2-16. Reacția de ordinul doi A + B P se efectuează într-o soluție cu concentrații inițiale [A] 0 = 0,050 mol/l și [B] 0 = 0,080 mol/l. După 1 oră, concentrația substanței A a scăzut la 0,020 mol/L. Calculați constanta de viteză și timpii de înjumătățire ale ambelor substanțe.

SESIUNEA 10 Clasa a X-a(primul an de studiu)

Fundamentele cineticii chimice. Starea de echilibru chimic Plan

1. Cinetica chimică și domeniul de studiu al acesteia.

2. Viteza reacțiilor omogene și eterogene.

3. Dependența vitezei de reacție de diverși factori: natura reactanților, concentrația reactanților (legea acțiunii masei), temperatura (regula van't Hoff), catalizatorul.

4. Reacții chimice reversibile și ireversibile.

5. Echilibrul chimic și condițiile de deplasare a acestuia. Principiul lui Le Chatelier.

Ramura chimiei care studiază vitezele și mecanismele reacțiilor chimice se numește cinetică chimică. Unul dintre conceptele principale din această secțiune este conceptul de viteză a unei reacții chimice. Unele reacții chimice au loc aproape instantaneu (de exemplu, o reacție de neutralizare într-o soluție), altele au loc de-a lungul mileniilor (de exemplu, transformarea grafitului în argilă în timpul intemperiilor rocilor).

Viteza unei reacții omogene este cantitatea de substanță care intră într-o reacție sau care se formează ca urmare a unei reacții pe unitatea de timp pe unitatea de volum a sistemului:

Cu alte cuvinte, viteza unei reacții omogene este egală cu modificarea concentrației molare a oricăruia dintre reactanți pe unitatea de timp. Viteza de reacție este o valoare pozitivă, prin urmare, dacă este exprimată printr-o modificare a concentrației produsului de reacție, se pune semnul „+”, iar când se modifică concentrația reactivului, semnul este „–”.

Viteza unei reacții eterogene este cantitatea de substanță care intră într-o reacție sau care se formează ca rezultat al unei reacții pe unitatea de timp pe unitatea de suprafață a fazei:

Cei mai importanți factori care afectează viteza unei reacții chimice sunt natura și concentrația reactanților, temperatura și prezența unui catalizator.

Influență natura reactivilor Se manifestă prin faptul că, în aceleași condiții, diferite substanțe interacționează între ele în rate diferite, de exemplu:

Cu o creștere concentrațiile de reactiv numărul de ciocniri între particule crește, ceea ce duce la o creștere a vitezei de reacție. Cantitativ, dependența vitezei de reacție de concentrația reactivilor este exprimată prin legea de acțiune în u u u s u s u s și s (K.M. Guldberg și P. Waage, 1867; N.I. Beketov, 1865). Viteza unei reacții chimice omogene la o temperatură constantă este direct proporțională cu produsul concentrațiilor reactanților în puteri egale cu coeficienții lor stoichiometrici (nu se iau în considerare concentrațiile de solide), de exemplu:

unde A și B sunt gaze sau lichide, k- constantă a vitezei de reacție, egală cu viteza de reacție la o concentrație de reactant de 1 mol/L. Constant k depinde de proprietățile reactanților și de temperatură, dar nu depinde de concentrația substanțelor.

Dependenţa vitezei de reacţie de temperatura este descrisă de regula experimentală a lui Van t-Goff (1884). Cu o creștere a temperaturii cu 10 °, viteza majorității reacțiilor chimice crește de 2-4 ori:

unde este coeficientul de temperatură.

Catalizator O substanță se numește substanță care modifică viteza unei reacții chimice, dar nu este consumată ca urmare a acestei reacții. Există catalizatori pozitivi (specifici și universali), negativi (inhibitori) și biologici (enzime sau enzime). Modificarea vitezei de reacție în prezența catalizatorilor se numește cataliză. Distingeți între cataliza omogenă și eterogenă. Dacă reactanții și catalizatorul sunt în aceeași stare de agregare, cataliza este omogenă; în diferite – eterogene.

Cataliza omogena:

cataliză eterogenă:

Mecanismul de acțiune al catalizatorilor este foarte complex și nu este pe deplin înțeles. Există o ipoteză despre formarea de compuși intermediari între reactant și catalizator:

A + pisica. ,

În AB + Cat.

Pentru a spori acțiunea catalizatorilor, se folosesc promotori; există și otrăvuri catalitice care slăbesc acțiunea catalizatorilor.

Viteza unei reacții eterogene este afectată de dimensiunea interfeței(gradul de finețe al substanței) și viteza de aprovizionare cu reactivi și îndepărtarea produselor de reacție de la interfață.

Toate reacțiile chimice sunt împărțite în două tipuri: reversibile și ireversibile.

Ireversibile sunt reacțiile chimice care au loc într-o singură direcție., adică produsele acestor reacții nu interacționează între ele pentru a forma materiile prime. Condițiile pentru ireversibilitatea reacției sunt formarea unui precipitat, a unui gaz sau a unui electrolit slab. De exemplu:

BaCl 2 + H 2 SO 4 \u003d BaSO 4 + 2HCl,

K 2 S + 2HCl \u003d 2KCl + H 2 S,

HCl + NaOH \u003d NaCl + H2O.

Reversibile sunt reacții care apar simultan în direcția înainte și în sens invers., De exemplu:

Când are loc o reacție chimică reversibilă, viteza reacției directe are inițial o valoare maximă, iar apoi scade din cauza scăderii concentrației substanțelor inițiale. Reacția inversă, dimpotrivă, în momentul inițial de timp are o viteză minimă, care crește treptat. Astfel, la un moment dat, starea de echilibru chimic la care viteza reacției directe este egală cu viteza reacției inverse. Starea de echilibru chimic este dinamică - atât reacțiile directe, cât și cele inverse continuă să aibă loc, dar deoarece ratele lor sunt egale, concentrațiile tuturor substanțelor din sistemul de reacție nu se modifică. Aceste concentrații se numesc echilibru.

Raportul constantelor de viteză ale reacțiilor directe și inverse este o constantă și se numește constantă de echilibru ( LA R ) . Concentrațiile solidelor nu sunt incluse în expresia constantei de echilibru. Constanta de echilibru a reacției depinde de temperatură și presiune, dar nu depinde de concentrația reactanților și de prezența unui catalizator, care accelerează atât reacțiile directe, cât și cele inverse. Cu atât mai mult LA p, cu atât randamentul practic al produșilor de reacție este mai mare. Dacă LA p > 1, atunci predomină produșii de reacție în sistem; Dacă LA R< 1, в системе преобладают реагенты.

Echilibrul chimic este mobil, adică. atunci când condițiile externe se schimbă, viteza reacției înainte sau inversă poate crește. Direcția deplasării echilibrului este determinată de principiul formulat de omul de știință francez Le Chatelier în 1884. Dacă asupra unui sistem de echilibru se exercită o influență externă, atunci echilibrul este deplasat către reacția care contracarează această influență. Schimbarea echilibrului este afectată de modificările concentrației de reactivi, temperatură și presiune.

O creștere a concentrației de reactanți și retragerea produselor conduc la o schimbare a echilibrului către o reacție directă.

Când sistemul este încălzit, echilibrul se deplasează spre reacția endotermă, iar când este răcit, se deplasează către cea exotermă.

Pentru reacțiile care implică substanțe gazoase, o creștere a presiunii deplasează echilibrul în direcția unei reacții care decurge cu o scădere a numărului de molecule de gaz. Dacă reacția decurge fără modificarea numărului de molecule de substanțe gazoase, atunci o modificare a presiunii nu afectează în niciun fel schimbarea echilibrului.

Problema 325.
Aflați valoarea constantei vitezei de reacție A + B ⇒ AB, dacă la concentrații de substanțe A și B egale cu 0,05 și respectiv 0,01 mol / l, viteza de reacție este 5 . 10-5 mol/(L min).
Soluţie:
Viteză o reacție chimică este exprimată prin ecuația:

v- , k - constanta vitezei de reacție

Răspuns: 0,1/mol. min.

Problema 326.
De câte ori se va schimba viteza reacției 2A + B ⇒ A 2 B dacă se dublează concentrația substanței A și se reduce concentrația substanței B de 2 ori?
Soluţie:

v- , k - constanta vitezei de reacție, [A] și [B] sunt concentrațiile substanțelor inițiale.

Datorită creșterii concentrației substanței A de 2 ori și scăderii de 2 ori a concentrației substanței B, viteza de reacție va fi exprimată prin ecuația:

Comparând expresiile pentru v și v" , aflăm că viteza de reacție a crescut de 2 ori.

Răspuns: crescut de 2 ori.

Problema 327.
De câte ori trebuie crescută concentrația substanței B 2 din sistem
2A 2 (g) + B 2 (g) \u003d 2A 2 B, astfel încât atunci când concentrația substanței A scade de 4 ori, viteza reacției directe nu se modifică?
Soluţie:
Concentrația substanței A a fost redusă de 4 ori. Modificarea concentrației substanței B va fi notată prin X. Apoi, înainte de a modifica concentrația substanței A, viteza de reacție poate fi exprimată prin ecuația:

v- , k - constanta vitezei de reacție, [A] și [B] sunt concentrațiile substanțelor inițiale.
După modificarea concentrației substanței A 2, viteza de reacție va fi exprimată prin ecuația:

După condiția problemei, v = v" sau

Astfel, concentrația de substanță B 2 în sistemul 2A 2 (g) + B 2 (g) \u003d 2A 2 B ar trebui să crească de 16 ori, astfel încât, atunci când concentrația de substanță A 2 scade de 4 ori, rata reacția directă nu se modifică.

Răspuns: de 16 ori.

Problema 328.
Se introduc două vase de aceeași capacitate: în primul - 1 mol de gaz A și 2 moli de gaz B, în al doilea 2 moli de gaz A și 1 mol de gaz B. Temperatura în ambele vase este aceeași. Va diferi viteza de reacție între gazele A și B din aceste vase dacă viteza de reacție este exprimată prin: a) ecuația b) ecuația
Soluţie:
a) Dacă viteza de reacție este exprimată prin ecuație, atunci, ținând cont de concentrațiile substanțelor A și B din vase, scriem expresiile pentru vitezele de reacție pentru vase:

Prin urmare,

b) Dacă viteza de reacție este exprimată prin ecuație, atunci, ținând cont de concentrațiile substanțelor A și B din vase, scriem expresiile pentru vitezele de reacție pentru vase:

Prin urmare,

Răspuns: a) nu, b) da.

Problema 329.
La ceva timp după începerea reacției 3A + B ⇒ Concentrațiile 2C+D ale substanțelor au fost: [A] = 0,03 mol/l; [B] = 0,01 mol/l; [C] = 0,008 mol/l. Care sunt concentrațiile inițiale ale substanțelor A și B?

Soluţie:
Pentru a afla concentrațiile substanțelor A și B, ținem cont că, conform ecuației reacției, 1 mol de substanță C se formează din 3 moli de substanță A și 1 mol de substanță B. Întrucât, conform stării problema, s-au format 0,008 moli de substanță C în fiecare litru de sistem, apoi 0,012 moli de substanță A (3/2 . 0,008 = 0,012) și 0,004 mol de substanță B (1/2 . 0,008 = 0,004). Astfel, concentrațiile inițiale ale substanțelor A și B vor fi egale:

[A] 0 = 0,03 + 0,012 = 0,042 mol/l;
[B] 0 = 0,01 + 0,004 = 0,014 mol/L.

Răspuns:[A]0 = 0,042 mol/l; [B]0 = 0,014 mol/L.

Problema 330.
În sistemul CO + C1 2 = COC1 2, concentrația a fost crescută de la 0,03 la 0,12 mol/l, iar concentrația de clor a fost crescută de la 0,02 la 0,06 mol/l. Cu cât a crescut rata reacției directe?
Soluţie:
Înainte de a modifica concentrația, viteza de reacție poate fi exprimată prin ecuația:

v este viteza de reacție, k este constanta vitezei de reacție, [CO] și sunt concentrațiile substanțelor inițiale.

După creșterea concentrației reactanților, viteza de reacție este:

Calculați de câte ori a crescut viteza de reacție:

Răspuns: de 12 ori.

Viteza reacțiilor chimice Ramura chimiei care studiază viteza și mecanismul reacțiilor chimice se numește cinetică chimică. Viteza unei reacții chimice este numărul de acte elementare de interacțiune pe unitatea de timp într-o unitate de spațiu de reacție. Această definiție este valabilă atât pentru procesele omogene, cât și pentru cele eterogene. În primul caz, spațiul de reacție este volumul vasului de reacție, iar în al doilea caz, suprafața pe care are loc reacția. Deoarece în timpul interacțiunii concentrațiile reactanților sau produșilor de reacție se modifică pe unitatea de timp. În acest caz, nu este necesar să se monitorizeze modificarea concentrației tuturor substanțelor care participă la reacție, deoarece ecuația sa stoichiometrică stabilește raportul dintre concentrațiile reactivilor. Concentrația reactanților este cel mai adesea exprimată ca număr de moli în 1 litru (mol/l). Viteza unei reacții chimice depinde de natura substanțelor care reacţionează, concentrație, temperatură, dimensiunea suprafeței de contact a substanțelor, prezența catalizatorilor și altele. , și vorbesc despre o reacție monomoleculară; când două molecule diferite se ciocnesc într-un act elementar, dependența are următoarea formă: u - k[A][B], și se vorbește de o reacție bimoleculară; când trei molecule se ciocnesc într-un act elementar, dependența vitezei de concentrație este adevărată: v - k[A] [B] [C] și se vorbește de o reacție trimoleculară. În toate dependențele analizate: v este viteza de reacție; [A], [B], [C] - concentrații de reactanți; k - coeficientul de proporționalitate; numită constanta de viteză a reacției. v = k când concentrațiile reactanților sau ale produsului lor sunt egale cu unu. Constanta de viteză depinde de natura reactanților și de temperatură. Dependența vitezei reacțiilor simple (adică a reacțiilor care au loc printr-un act elementar) de concentrare este descrisă de legea acțiunii în masă stabilită de K. Guldberg și P. Waage în 1867: viteza unei reacții chimice este direct proporțională cu produsul concentraţiei substanţelor care reacţionează ridicat la puterea coeficienţilor lor stoichiometrici. De exemplu, pentru reacția 2NO + 02 = 2N02; v - k2 și va crește de trei ori Aflați: Rezolvare: 1) Scrieți ecuația reacției: 2CO + 02 = 2CO2. Conform legii acțiunii în masă, v - k[C0]2. 2) Se notează [CO] = a; = b, atunci: v = k a2 b. 3) Cu o creștere a concentrației substanțelor inițiale cu un factor de 3, obținem: [CO] = 3a, a = 3b. 4) Calculați viteza de reacție u1: - k9a23b - k27a% a dacă k27 D2b 27 v k a2b Răspuns: de 27 de ori. Exemplul 3 De câte ori va crește viteza unei reacții chimice cu o creștere a temperaturii cu 40 ° C, dacă coeficientul de temperatură al vitezei de reacție este 3? Dat: La \u003d 40 ° С Y - 3 Găsiți: 2 Soluție: 1) Conform regulii van't Hoff: h-U vt2 \u003d vh y 10, 40 și, - vt\u003e 3 10 - vt -81. 2 1 1 Răspuns: de 81 de ori. a Exemplul 4 Reacția dintre substanțele A și B se desfășoară conform schemei 2A + B *» C. Concentrația substanței A este de 10 mol/l, iar substanța B - b mol/l. Constanta vitezei de reacție este 0,8 l2 4 mol "2 sec"1. Calculați viteza unei reacții chimice în momentul inițial, precum și în momentul în care în amestecul de reacție rămâne 60% din substanța B. Dat fiind: k - 0,8 l2 mol "2 sec" 1 [A] = 10 mol / l [B] = 6 mol / l Aflați: „început! ^ Soluție: 1) Aflați viteza de reacție la momentul inițial: v - k [A] 2 [B], r> \u003d 0,8 102 b - 480 mol - l sec "1. începe 2) După un timp, în amestecul de reacție va rămâne 60% din substanța B. Apoi: Prin urmare, [B] a scăzut cu: 6 - 3,6 = 2,4 mol / l. 3) Din ecuația reacției rezultă că substanțele A și B interacționează între ele într-un raport de 2: 1, prin urmare [A] a scăzut cu 4,8 mol / l și a devenit egal cu: [A] \u003d 10 - 4,8 \u003d 5,2 mol/l. 4) Calculăm dacă: d) \u003d 0,8 * 5,22 3,6 \u003d 77,9 mol l "1 * sec" 1. Răspuns: r>începând ~ 480 mol l sec "1, r / \u003d 77,9 mol l-1 sec" 1. Exemplul 5 Reacţia la o temperatură de 30°C are loc în 2 minute. Cât timp va dura până când această reacție se va termina la o temperatură de 60 ° C, dacă într-un anumit interval de temperatură coeficientul de temperatură al vitezei de reacție este 2? Dat: t1 \u003d 30 ° С t2 \u003d 60 ° С 7 \u003d 2 t \u003d 2 min \u003d 120 sec Găsiți: h Soluție: 1) În conformitate cu regula Van't Hoff: vt - \u003d y u 1 vt - \u003d 23 \u003d 8. Vt 2) Viteza de reacție este invers proporțională cu timpul de reacție, prin urmare: Răspuns: t=15sec. Întrebări și sarcini pentru soluție independentă 1. Definiți viteza de reacție. Dați exemple de reacții care au ritmuri diferite. 2. Expresia pentru viteza reală a unei reacții chimice care are loc la un volum constant al sistemului se scrie astfel: dC v = ±--. d t Indicați în ce cazuri pozitive și în care semne negative sunt necesare în partea dreaptă a expresiei. 3. Ce factori determină viteza unei reacții chimice? 4. Ce se numește energia de activare? Ce factor influențează viteza unei reacții chimice? 5. Ce explică creșterea puternică a vitezei de reacție cu creșterea temperaturii? 6. Definiți legea de bază a cineticii chimice - legea acțiunii masei. De către cine și când a fost formulat? 7. Ce se numește constanta de viteză a unei reacții chimice și de ce factori depinde aceasta? 8. Ce este un catalizator și cum afectează acesta viteza unei reacții chimice? 9. Dați exemple de procese care folosesc inhibitori. 10. Ce sunt promotorii și unde se folosesc? 11. Ce substanțe se numesc „otrăvuri catalitice”? Dați exemple de astfel de substanțe. 12. Ce este cataliza omogenă și eterogenă? Dați exemple de procese care utilizează procesele lor catalitice. 13. Cum se va schimba viteza de reacție 2CO + 02 = 2CO2 dacă volumul amestecului de gaze este redus de 2 ori? 14. De câte ori va crește viteza unei reacții chimice odată cu creșterea temperaturii de la 10 ° C la 40 ° C, dacă se știe că, cu o creștere a temperaturii cu 10 ° C, viteza de reacție va crește de 2 ori ? 15. Viteza reacției A + B \u003d C cu o creștere a temperaturii pentru fiecare 10 ° C crește de trei ori. De câte ori va crește viteza de reacție când temperatura crește cu 50 °C? 16. De câte ori va crește viteza de reacție a interacțiunii hidrogenului și bromului dacă concentrațiile substanțelor inițiale cresc de 4 ori? 17. De câte ori va crește viteza de reacție cu o creștere a temperaturii cu 40 ° C (y \u003d 2)? 18. Cum se va schimba viteza de reacție 2NO + 02 ^ 2N02 dacă presiunea din sistem se dublează? 19. De câte ori trebuie crescută concentrația de hidrogen în sistemul N2 + 3H2^ 2NH3 pentru ca viteza de reacție să crească de 125 de ori? 20. Reacția dintre oxidul de azot (II) și clor se desfășoară conform ecuației 2NO + C12 2NOC1; cum se va modifica viteza de reacție cu creșterea: a) concentrației de oxid nitric de două ori; b) concentrația de clor dublată; c) concentrația ambelor substanțe s-a dublat? . 21. La 150°C o reacție este completă în 16 minute. Presupunând un coeficient de temperatură de 2,5, calculați cât timp va dura pentru ca aceeași reacție să se termine la 80°C. 22. Cu câte grade trebuie crescută temperatura astfel încât viteza de reacție să crească de 32 de ori. Coeficientul de temperatură al vitezei de reacție este 2. 23. La 30 ° C, reacția are loc în 3 minute. Cât timp va dura aceeași reacție la 50 °C dacă coeficientul de temperatură al vitezei de reacție este 3. 24. La o temperatură de 40 °C, reacția se desfășoară în 36 de minute, iar la 60 °C - în 4 minute. Calculați coeficientul de temperatură al vitezei de reacție. 25. Viteza de reacție la 10 °C este de 2 mol/l. Calculați viteza acestei reacții la 50°C dacă coeficientul de temperatură al vitezei de reacție este 2.