1. Что называется скоростью химической реакции? От каких факторов она зависит? (Решение → 36594)

Заказ №38767

1. Что называется скоростью химической реакции? От каких факторов она зависит? Как связана скорость реакции (табл. 5), определённая по веществу, стоящему первым слева от знака равенства в уравнении реакции, со скоростями, выраженными по другим реагентам? 2. Запишите основной постулат химической кинетики (закон действующих масс) для реакции        A B E A B D E D . Как зависит скорость реакции от концентрации реагирующих веществ? 3. Дайте определение константы скорости химической реакции. Как константа скорости зависит от концентрации и температуры? Какова размерность константы скорости реакций 1-го, 2-го и нулевого порядков? 4. Что называют частным и общим порядком химической реакции? Какие значения может иметь порядок реакции? 5. Молекулярность реакции. Какие значения может принимать эта величина? 6. Приведите кинетические уравнения реакций 1-го, 2-го и нулевого порядков в дифференциальной и интегральной формах (для реакции 2-го порядка начальные концентрации исходных реагентов равны). 7. Запишите уравнения для расчёта времени полупревращения для реакций 1-го, 2-го и нулевого порядков. Для реакции какого порядка снижение концентрации исходного вещества до величины, вдвое меньшей первоначальной, произойдёт быстрее (за меньший промежуток времени), если константы скоростей и начальные концентрации реагентов для реакций всех порядков одинаковы ( 3 o c  1 моль / дм )? 8. На основании зависимости общего давления реакционной смеси от времени протекания реакции при постоянном объёме V  1 м3 и температуре T1 (табл. 5) найдите парциальные давления исходного вещества ( pi ) в Па в моменты времени t,c . 9. Используя уравнение Менделеева–Клапейрона рассчитайте концен-трацию исходного вещества (с, моль/м3) в моменты времени t,c проте-кания реакции (табл. 5). 10. Постройте график зависимости концентрации исходного вещества от продолжительности реакции c= f t( ) . 11. По тангенсу угла наклона касательной к кривой c= f t( ) опреде-лите скорость реакции в момент времени 1 t . 12. Рассчитайте значения lgc и 1/ c для исходного вещества в раз-личные моменты времени t протекания реакции. 13. Постройте графики зависимостей lg ( ) c= f t и 1/ ( ) c= f t . 14. На основании анализа характера полученных зависимостей (п. 10 и п. 13) сделайте вывод о порядке реакции. 15. Определите графически константу скорости изучаемой реакции k при температуре T1. 16. Определите количество молей исходного вещества, которое про-реагирует к моменту времени 1 t в объёме 3 1м . 17. Определите время полупревращения 1/2 t исходного вещества при температуре T1. 18. Зависимость скорости химической реакции от температуры. Приближенное правило ВантГоффа. Температурный коэффициент константы скорости реакции. 19. Используя величину температурного коэффициента константы скорости реакции  (табл. 5) определите, во сколько раз увеличится скорость изучаемой реакции при повышении температуры на o 30 C. 20. Приведите уравнение Аррениуса в дифференциальной и интегральной формах. Графическая интерпретация уравнения Аррениуса в координатах lg (1/ ) k f T  . Как по этой зависимости определить энергию активации реакции EA ? 21. Экспоненциальная форма уравнения Аррениуса. Предэкспоненциальный множитель А уравнения Аррениуса. 22. На базе значения температурного коэффициента Вант-Гоффа  (температурный интервал от T1 до 2 1 T T 10 ) рассчитайте величину энергии активации реакции EA в кДж/моль. 23. Вычислите величину предэкспоненциального множителя А уравнения Аррениуса. 24. Определите время полупревращения 1/2 t исходного вещества при температуре 2 1 T T  30 K . Зависит ли 1/2 t от температуры? 25. Запишите уравнение Аррениуса, описывающее скорость изучаемой реакции в экспоненциальной форме, подставив в него полученные выше значения энергии активации EA (п. 22) и предэкспоненциального множителя А (п. 23). Если Вы затрудняетесь выполнить это задание, то обратитесь к лите-ратуре [2], с. 346 – 368 примеры 3, 4, (задачи с решениями), с. 388 – 395 примеры 1, 2 (задачи с решениями) Таблица 5 Вариант № 7 2 2 2 2 N O 2 N O   1 1 T t   938 K, 100 c  1,3 t,c 3 10 Па  p 0 30 60 120 240 300 7,78 7,98 8,16 8,52 9,04 9,23

Решение:

1. Скорость химической реакции — изменение количества одного из реагирующих веществ за единицу времени в единице реакционного пространства. Скорость химической реакции зависит от природы реагирующих веществ и условий протекания реакции: концентрации с, температуры t , присутствия катализаторов, а также от некоторых других факторов (например, от давления — для газовых реакций, от измельчения — для твердых веществ, от радиоактивного облучения). Как связана скорость реакции (табл. 5), определённая по веществу, стоящему первым слева от знака равенства в уравнении реакции, со скоростями, выраженными по другим реагентам? Скорость реакции по реагенту: v(прямой реакции) = k*[N2O]2 Скорость обратной реакции: v(обратной реакции) = k*[N2] 2*[O2] Константа равновесия равна: Кр = [N2] 2*[O2]/ [N2O]2 Таким образом, чем выше скорость прямой реакции, тем ниже скорость обратной реакции. 2.Запишем основной постулат химической кинетики (закон действующих масс) для реакции        A B E A B D E D : v = k*САva * СBvв согласно данному выражению, чем выше концентрация реагентов, тем выше скорость реакции. 3.Константа скорости химической реакции - коэффициент пропорциональности в кинетическом уравнении. Физический смысл константы скорости реакции k следует из уравнения закона действующих масс: k численно равна скорости реакции при концентрации каждого из реагирующих веществ равной 1 моль/л. Константа скорости реакции k зависит от природы реагирующих веществ, температуры и катализатора, но не зависит от значения концентраций реагентов: повышение температуры, как правило, увеличивает константу скорости. Первая попытка учесть влияние температуры была сделана Я. Г. Вант-Гоффом, который сформулировал следующее эмпирическое правило: При повышении температуры на каждые 10 градусов константа скорости элементарной химической реакции увеличивается в 2 – 4 раза. Если концентрация реагирующих веществ измерена в моль/л (M): Для реакции нулевого порядка k имеет размерность моль/(л*с); Для реакции первого порядка k имеет размерность 1/с; Для реакции второго порядка k имеет размерность л/(моль·с) или 1/(M·с); Показатель степени при концентрации каждого из реагирующих веществ в кинетическом уравнении химической реакции есть частный порядок реакции по данному компоненту. Сумма показателей степени в кинетическом уравнении химической реакции представляет собой общий порядок реакции. Порядок реакции бывает нулевой, первый, второй, реже – третий. Молекулярность реакции – это минимальное число молекул, участвующих в элементарном химическом процессе. По молекулярности элементарные химические реакции делятся на молекулярные (А →) и бимолекулярные (А + В →); тримолекулярные реакции встречаются чрезвычайно редко. Приведем кинетические уравнения реакций 1-го, 2-го и нулевого порядков в дифференциальной и интегральной формах (для реакции 2-го порядка начальные концентрации исходных реагентов равны). Для реакций нулевого порядка кинетическое уравнение имеет следующий вид: Рассмотрим зависимость от времени концентрации исходного вещества А для случая реакции первого порядка А ––> В. После интегрирования выражения получаем: Константу интегрирования g определим из начальных условий: в момент времени t = 0 концентрация С равна начальной концентрации Со. Отсюда следует, что g = ln Со. Получаем: Для реакций второго порядка кинетическое уравнение имеет следующий вид: либо Рассмотрим простейший случай: После разделения переменных и интегрирования получаем: Постоянную интегрирования g, как и в предыдущем случае, определим из начальных условий. Получим: Период полупревращения для реакции первого порядка: (1/с) Как видно из полученного выражения, период полупревращения реакции первого порядка не зависит от начальной концентрации исходного вещества. Период полупревращения для реакции второго порядка: [л·моль–1·с–1] Для реакции первого порядка снижение концентрации исходного вещества до величины, вдвое меньшей первоначальной, произойдёт быстрее (за меньший промежуток времени), если константы скоростей и начальные концентрации реагентов для реакций всех порядков одинаковы ( 3 o c  1 моль / дм ). 8. На основании зависимости общего давления реакционной смеси от времени протекания реакции при постоянном объёме V  1 м3 и температуре T1 (табл. 5) найдем парциальные давления исходного вещества ( pi ) в Па в моменты времени t,c . Для начала построим график зависимости р = f(t):