Реакция разложения аммиака на горячей вольфрамовой проволоке протекает по уравнению

Видео:Диффузия аммиака.Скачать

Определить по этим данным порядок реакции и рассчитать константу скорости.

Решение

а) Проверим две версии: I. реакция имеет первый порядок и II. реакция имеет второй порядок. Линейные формы интегральных уравнений в этих случаях, соответственно, таковы (17.8 и 17.25):

I. ln c = ln c 0 – kt ; II. 1/c = 1/ c 0 + kt . (IV.23,a-б)

Таким образом, по мере увеличения t

— в реакциях первого порядка происходит линейное убывание ln c ,

— а в реакциях второго порядка – линейное возрастание 1/c .

б) Составляем по имеющимся данным таблицу:

в) Видно, что скорость изменения ln c₂ (третья строка таблицы) не остаётся постоянной: в конце периода наблюдения она вдвое меньше, чем вначале.

Скорость же изменения 1/c₂ (последняя строка) гораздо более постоянна. Значит, зависимость 1/c₂ от t – практически линейная. И, следовательно, порядок реакции – второй.

г) Для нахождения константы скорости возьмём первую и последнюю точки зависимости 1/c от t и будем исходить из формулы (17.25):

10. Дана реакция разложения аммиака:

Она проходит на горячей вольфрамовой проволоке при температуре Т = 1129 К. Объём и температура системы – постоянны. О скорости реакции судили по изменению общего давления в системе (ΔР):

Начальное давление в системе – P_o = 266,6 ∙10 2 Па. Именно от него отсчитаны все приведённые в таблице значения ΔР (т.е. ΔР _i = Р_i – P_o ).

Определить порядок реакции и константу скорости.

Решение

а) Из уравнения Клайперона-Менделеева следует, что давление газа прямо пропорционально его (газа) молярной концентрации (3.23):

В случае смеси газов это соотношение верно,

-во-первых, для общего давления и общей концентрации,

-а во-вторых, для парциального давления и парциальной концентрации каждого газа.

б) Из уравнения (IV.25) следует, что исчезновение двух молекул аммиака приводит к появлению четырёх молекул азота и водорода. Поэтому общее давление в системе возрастает.

в) Запишем баланс давления и выразим все его компоненты через изменение давления аммиака:

Таким образом, изменение давления NH₃ связано с изменением общего давления простым соотношением:

Это позволяет проследить, как падает в системе парциальное давление аммиака (на фоне общего роста давления):

г) Составим таблицу, включающую рассчитанные таким образом значения Р(NH₃), а также ln Р(NH₃) (проверка версии о первом порядке реакции) и 1/ Р(NH₃) (проверка версии о втором порядке).

— скорость изменения величины 1/ Р(NH₃) (самая нижняя строка) со временем значительно возрастает,

— скорость изменения величины ln Р(NH₃) (третья снизу строка) также обнаруживает явную тенденцию к увеличению (по модулю).

Значит, гипотезы о первом или втором порядке реакции не подтверждаются.

е) Зато достаточно стабильна скорость изменения Р(NH₃), т.е. давление (а значит, и концентрация) аммиака линейно зависит от времени. Это соответствует нулевому порядку реакции (рис. 17.1).

Данное обстоятельство вполне объяснимо: рассматриваемая реакция – каталитическая (катализатором служит вольфрамовая проволока), и, по-видимому, её скорость ограничивается в предложенных обстоятельствах исключительно количеством катализатора (доступностью проволоки для молекул аммиака).

ж) Для расчёта константы скорости используем начальную и, например, третью точку (400 с). Предварительно перейдём к молярным концентрациям аммиака:

Тогда, исходя из формулы (17.3), получаем:

k = (c 0 – c₃ )/ t₃ ≈ 1,6∙10 –6 M/c . (IV.30)

11. Дана реакция образования фосгена:

СО + Cl₂ →COCl₂ . (IV.31)

Она происходит при освещении исходной газовой смеси монохроматическим светом с длиной волны λ = 400 нм. В частности, при поглощении лучистой энергии Е_фот = 300 Дж образовалось m_прод = 0,1 кг фосгена.

Дата добавления: 2016-03-20 ; просмотров: 5294 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Видео:Смещение равновесия в растворе аммиака при нагреванииСкачать

Физическая и коллоидная химия (стр. 21 )

Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21

Это-то и приводит к понижению сS(Ох) – приэлектродной концентрации вещества Ох. Одновременно здесь же возрастает концентрация восстановленной формы, сS(Rd). Заметим: отсюда следует, что пара Ox/Rd тоже вносит вклад в электродную поляризацию.

г) По мере увеличения потенциала рабочего электрода последний со всё большей лёгкостью отдаёт электроны на восстановление Ox в Rd. Поэтому концентрация сS(Ох) становится всё меньше, а диффузионный ток, согласно законам Фика, всё выше.

д) Но рост тока происходит не беспредельно, а до тех пор, пока сS(Ох) не снизится практически до нуля. Следовательно, максимальный диффузионный ток определяется величиной

где cср — средняя концентрация формы Ох в системе.

5. а) В итоге, график зависимости тока от потенциала рабочего электрода будет описываться S-образной кривой, начинающейся от I0 и стремящейся к Imax. Последнюю величину иногда называют диффузионным током, хотя, как мы видим, это не совсем точно: диффузионным ток является почти на всём протяжении графика (начиная с I0).

Получающаяся кривая (см. рис. 22.6) называется полярографической волной.

б) S-образность предполагает наличие точки перегиба. В данном случае такая точка соответствует

При этом концентрации форм Ox и Rd в приэлектродном пространстве одинаковы.

в) Следовательно, потенциал электрода в точке перегиба – это стандартный потенциал соответствующей редокс-пары:

В полярографии данное значение называют потенциалом полуволны.

22.8. Анализ полярографической кривой

1. Нетрудно установить аналитическую связь между потенциалом и током,
т. е. формулу, которая описывает полярографическую волну.

а) Так, при начальном токе в приэлектродном пространстве присутствует только вещество Ох (в той же концентрации, что и в других точках ячейки), а вещество Rd — отсутствует. Запишем это так:

б) Аналогично для точки перегиба и для максимального тока можно записать:

в) Отсюда заключаем: величина I – I0 пропорциональна концентрации вещества Rd, а величина Imax – I (см. рис. 22.7) — концентрации вещества Ох.

г) Следовательно, уравнение Нернста (14.22,б) приобретает вид:

Эта формула и описывает S-образную зависимость Ψ от I или, наоборот, зависимость I от Ψ.

2. а) На практике удобней линейная форма данного уравнения:

Использование этой формы уравнения показано на рис. 22.8.

б) А от чего зависит величина Imax?

I. Как следует из формулы

она пропорциональна средней концентрации в растворе исследуемого вещества.

II. Более точное выражение для Imax — уравнение Ильковича. Но и в нем зависимость Imax от концентрации линейна:

где KИ — константа Ильковича, имеющая достаточно сложную структуру.

3. а) Из сказанного вытекают, по крайней мере, две возможности, открывае-
мые полярографией:

— определение концентрации исследуемого вещества (по значению Imax, а точнее, по разности Imax – I0);

— и определение стандартного потенциала (Ψ0 = Ψ½) какой-либо окислительно-восстановительной пары (по значению I½).

б) Причем, если в растворе — смесь веществ, существенно отличающихся по значениям ψ0 соответствующих OB-пар, то на полярограмме получается целая
серия полярографических волн (рис. 22.9). По высоте каждой из них можно определить концентрацию соответствующих веществ, т. е. предварительного разделения веществ в этом случае не требуется.

Краткое содержание главы 22

В главе рассмотрена кинетика процессов, проходящих в гальванических элементах и при электролизе.

1. В этих процессах велика роль ДИФФУЗИИ: от коэффициента диффузии D зависят и коэффициент сопротивления среды, и электрическая подвижность частиц:

2. а) Поэтому при электролизе параметр D влияет на каждую из двух составляющих плотности тока – i = iэл + iдиф .

б) В целом же величина ионного тока определяется формулой:

в) А концентрация реагирующих ионов вычисляется по формуле:

В зависимости от соотношения параметров B’и k эта концентрация может быть больше или меньше, чем вдали от электрода.

3. а) Масса вещества, реагирующего при электролизе, равна

б) Здесь различают ПЕРВЫЙ И ВТОРОЙ ЗАКОНЫ ЭЛЕКТРОЛИЗА:

4. Рассмотрено также явление ЭЛЕКТРОДНОЙ ПОЛЯРИЗАЦИИ. При прохождении тока через раствор электролита разность потенциалов отклоняется от равновесного значения. Это сопровождается изменением концентраций реагентов и продуктов в приэлектродном пространстве.

5. Наконец, мы познакомились с ПОЛЯРОГРАФИЕЙ.

а) В данном методе исследования раствор подвергают электролизу в таких условиях, при которых остаётся только одна составляющая тока – диффузионная:

б) При повышении потенциала рабочего электрода концентрация ионов возле него снижается; поэтому градиент концентрации, а с ним и диффузионный ток, возрастают.

в) Рост тока идет до предельного уровня Imax, который зависит от общей концентрации реагирующего иона:

г) Перегиб же кривой зависимости I от потенциала соответствует стандартному значению потенциала.

д) Путем полярографии можно определить концентрацию вещества (по Imax) и стандартный потенциал пары (по I½).

ЗАДАЧИ К РАЗДЕЛУ 4

1. В водном растворе происходит разложение пероксида водорода:

Процесс идёт как реакция первого порядка (это оговаривается специально, поскольку возможно и ферментативное разложение Н2О2 каталазой в режиме насыщения, чему соответствует нулевой порядок реакции; п. 20.6).

Константа скорости – k = 0,05081 1/мин. Определить период полупревращения (Т½) и время, за которое распадётся 99,9% Н2О2 ( t 99,9%).

Видео:Определение порядка реакции методом подбора кинетического уравненияСкачать

Решение

а) Используем формулы для необратимых реакций первого порядка (п. 17.1). Так, согласно (17.10,б),

б) А уравнение (17.9,а) для искомого времени t 99,9% приобретает вид:

Заметим: время распада 99,9% пероксида водорода в 10 раз больше периода полупревращения.

2. Пусть в растворе проходит реакция (IV.1). Количество оставшегося пероксида водорода определяют путём титрования проб раствором KMn04. На титрование начальной пробы ушло V0 = 22,8 мл р-ра KMn04 .

Какой объём титранта (Vx) потребуется для титрования пробы (равной по объёму с начальной) через tx = 20 мин после начала реакции?

Считать, что константа скорости реакции (k) при выбранной температуре проведения эксперимента неизвестна, а период полупревращения Н2О2 – Т½ = 14 мин.

Видео:Механизм реакции РАДИКАЛЬНОГО ЗАМЕЩЕНИЯ у АЛКАНОВСкачать

Решение

а) Из интегрального уравнения реакций первого порядка (17.9,б) найдём отношение концентраций Н2О2 – на момент tx и начальной:

б) Очевидно, таково же отношение и объёмов KMn04, требующихся для полного оттитровывания Н2О2 :

3. Проводится реакция между пероксидом водорода и формальдегидом:

Н2О2 + Н2С=О → НСООН + Н2О (IV.6)

Видео:Вычисление константы скорости реакции | Задачник по химии ГлинкаСкачать

Для этого смешали равные объёмы 1 М растворов указанных реагентов. Через tх = 2ч анализ показал, что в реакционной среде присутствует муравьиная кислота в концентрации схпр = 0,214 М.

Найти константу скорости реакции (k) и время, за которое прореагирует 90% исходных веществ (t 90%).

Видео:07 Кинетика 5 эксп опред параметров реакцииСкачать

Решение

а) Заметим, что после смешивания растворов реагентов концентрация каждого из них стала равной с0А = с0В ≡ с0 = 0,5 М.

Муравьиная кислота – один из продуктов реакции. Поэтому на момент tх концентрация каждого реагента снижается до уровня

б) Теперь используем формулы для необратимых реакций второго порядка (п. 17.3). Согласно (17.25),

в) А чтобы найти t90% , из последнего соотношения выразим время и подставим сх = 0,1с0:

4. Пусть проходит некая реакция второго порядка:

Её энергия активации – Еак = 23,1 кДж/моль. При температуре Т1 = 300 К за t1 = 1ч успевает прореагировать ζ1 = 95 % реагентов.

Найти температуру Т2 , при которой за t2 = 1 мин прореагирует ζ2 = 77,5 % тех же веществ, взятых в тех же начальных концентрациях.

Видео:Балка. Реакции в заделке. Реакции опор. Сопромат.Скачать

Решение

а) Выразим концентрации реагента А (или В – это неважно), достигаемые к указанному моменту времени, через долю уже прореагировавшего вещества:

б) Запишем формулу вида (IV.8,б) для константы скорости при температуре Т1, затем – при искомой температуре Т2 , и поделим второе выражение на первое:

в) И, наконец, используем один из вариантов уравнения Аррениуса, связывающий две температуры и соответствующие им значения константы скорости. Из формулы (18.27) имеем:

Видео:ЛЕКЦИЯ №2 || Химическая кинетика || Скорость реакции, Закон действия масс, Порядок реакцииСкачать

При температуре Т1 = 273 К константа скорости равна k1 = 1,17 1/(M ∙ мин) , а при температуре Т2 = 298 К k2 = 6,56 1/(M ∙ мин) . Найти энергию активации, Еак.

Видео:Кинетика || Лекция 4 || Реакции второго порядка, общий интеграл кинетического уравненияСкачать

Решение

Опять обращаемся к формуле (18.27). Из неё можно сразу выразить Еак :

6. Пусть происходит термическое разложение этана (как реакция первого порядка). При температуре Т1 = 823 К константа скорости равна k1 = 2,5∙105 1/с , а при температуре Т2 = 903 К k2 = 141,5∙105 1/с .

Найти период полупревращения (Т½) при температуре Т3 = 873 К.

Видео:Лекция 6. Скорость химической реакцииСкачать

Решение

а) Логарифмические формы уравнений Аррениуса (18.24), Клаузиуса-Клайперона (7.22,б) и изобары химической реакции Вант-Гоффа (5.16) в математическом отношении совершенно одинаковы: они дают зависимость от температуры, соответственно, константы скорости реакции (ki), давления насыщенного пара (Pнас) и константы равновесия реакции (Кр) в одном и том же виде:

Поэтому подходы к решению задач из разных разделов физической химии могут быть тоже одинаковыми.

б) В данном случае можно воспользоваться тем же методом, что и в задаче 2 к разделу 2. Тогда мы придём к выражениям вида (II.6,а-б), где давления Р заменены на константы k:

Подстановка даёт: при температуре Т3 константа скорости k3 ≈ 34∙105 1/с .

в) Теперь по ф-ле (17.10,б) нетрудно найти период полупревращения при данной температуре:

Как видно, термическое разложение этана происходит крайне быстро – по существу, в виде взрыва.

7. Пусть в реакции при температуре Т1 = 293 К 99%-ное разложение вещества А наступает через t99–1 = 2 часа. При какой температуре Т2 такая же степень разложения вещества А достигается уже за t99–2 = 15 мин.?

Видео:Механизмы реакций элиминирования (отщепление)Скачать

Вычисления производить с помощью правила Вант-Гоффа. Температурный коэффициент реакции – γ = 3.

Видео:Лекция 5 || 2021 || Методы определения порядка реакции, сложные реакции (начало)Скачать

Решение

а) Период полупревращения (Т½) любого реагента обратно пропорционален константе скорости: это верно для реакций всех порядков – нулевого (17.4,б), первого (17.10,б), второго (17.27; 17.38) и третьего (17.44).

То же самое, очевидно, справедливо и для других времён – в частности, для t99 . Поэтому по отношению одноимённых времён при указанных температурах можно найти отношение констант скоростей:

б) Температурный коэффициент показывает, во сколько раз возрастает константа скорости реакции при повышении температуры на 10 градусов (18.27). В данном случае

в) Значит, если температура повысилась бы на 20 градусов, константа увеличилась бы в γ2 = 9 раз. У нас же рост константы составил 8 раз (IV.17). Следовательно, искомое повышение температуры – меньше 20 градусов.

г) Его находим из простейших соотношений:

8. Дана некая мономолекулярная реакция при температуре Т = 473 К. Её константа скорости при этой температуре – k = 62,8 1/c, а предэкспоненциальный множитель в уравнении Аррениуса – А = 2,5∙1013 1/c.

Найти теплоту активации (т. е. ΔН0ак) данной реакции при указанных условиях.

Видео:Механизмы реакций замещения. Радикальное/электрофильное/нуклеофильное замещение.Скачать

Решение

а) Из уравнения Аррениуса (18,22,а) выражаем энергию активации:

б) Теплоту же (энтальпию) активации находим из формулы (18.49):

Как видим, энергия активации по Аррениусу лишь немного отличается от энтальпии активации.

Начальные концентрации реагентов в растворе – с01 = с02 = 0.01 М, а затем концентрация щёлочи менялась следующим образом:

Видео:влияние концентрации реагирующих веществ на скорость химической реакцииСкачать

Необходимые исходные сведения и основные уравнения

Химическая кинетика – раздел физической химии изучающий закономерности протекания химической реакции во времени. В задачу этого раздела входит определение скорости и константы скорости химической реакции, а также изучение закономерностей их изменения в зависимости от различных факторов (температуры, давления, концентрации реагирующих веществ и др.).

Под скоростью химической реакции понимают изменение концентрации веществ в единицу времени. Для реакций, описываемых стехиометрическим уравнением

n А₁ + n А₂+n _А3А₃ +…. ® n В₁+n В₂+n В₃+…,

истинная скорость выражается

v = -dc / dt = +dc / dt,(3.1)

где — изменение концентрации одного из реагирующих веществ, моль/л; — изменение концентрации одного из продуктов реакции, моль/л.; dt — промежуток времени, в течение которого произошло это изменение, с. Знак «+» относится к продуктам реакции (прибывают во времени), знак «-» относится к исходным веществам (убывают во времени). Средняя скорость химической реакции в конечном промежутке времени выражается формулой

где Dс _i – изменение концентрации любого участника химичес-кой реакции за промежуток времени Dt. Зависимость скорости химической реакции от концентрации исходных веществ выражается законом действия масс (основной постулат химической кинетики):

(3.3)

где k – константа скорости химической реакции. Физический смысл константы скорости химической реакции заключается в том, что она численно равна скорости химической реакции в случае равенства единице (в молях на литр) концентрации всех реагирующих веществ. В химической кинетике различают также понятия «молекулярность» и «порядок реакции».

Молекулярность – это количество частиц, участвующих в элементарном акте химической реакции. Она может принимать любое целое положительное число. Однако вследствие малой вероятности одновременного столкновения большого количества частиц реакции с молекулярностью, превышающей четыре, практически не встречаются.

Порядок реакции – это сумма стехиометрических коэффициентов, стоящих перед символами химических веществ, участвующих в реакции, или сумма показателей степеней, с которыми концентрации веществ входят в основной постулат химической кинетики:

где n – порядок реакции.

Вследствие того, что запись химического уравнения не от-ражает механизма протекания реакции, в большинстве случаев порядок реакции не совпадает с суммой стехиометрических коэффициентов. Порядок реакции может принимать любое положительное значение, включая ноль и дробные числа. Порядок реакции необходим для правильного выбора кинети-ческого уравнения, позволяющего рассчитать скорость и константу скорости химической реакции.

Реакции нулевого порядка. В этих реакциях Sn_i = 0, следо-вательно, после объединения уравнений (3.1), (3.2) и (3.3) получаем

,(3.6)

где c₀, – начальная концентрация реагирующего вещества, моль/л, х – число молей исходного вещества А, прореагировавшего к моменту времени t, с, в единице объема, моль.

Реакции первого порядка. В этих реакциях Sn = 1, и кинетическое уравнение имеет вид

Реакции второго порядка. В этих реакциях Sn = 2. Следует различать два случая: n = 2 и n = 1, n = 1. В первом случае начальные концентрации реагирующих веществ одинаковы, поэтому− dc/dt = k . с 2 , (3.9)

Во втором случае начальные концентрации реагирующих веществ не одинаковы

k=2,3 . t -1 (c₀, -1 — c₀, -1 ) . lg[(c . c₀, )/(c . c₀, )]. (3.11)

Реакции n -го порядка. В этих реакциях Sn = n . Поэтому общее кинетическое уравнение имеет вид

Под периодом полупревращения вещества t_1/2 понимают промежуток времени, с, в течение которого прореагировала ровно половина первоначально взятого вещества. Период полураспада для разных реакций может принимать очень широкое значение: от долей секунды (радиоактивный распад большинства трансурановых элементов, взрывные реакции и др.) до миллионов лет (радиоактивный распад урана, окисление горных пород и др.). С учетом приведенного определения (c = 1/2 c_0, ), для реакций нулевого порядка

t_1/2 = , (3..13)

для реакций первого порядка

для реакций второго порядка

t_1/2 = . (3.15)

Определение порядка реакции методом Оствальда-Нойеса (интегральный метод):

где t’_1/2 – период полураспада, соответствующий начальной концентрации реагирующего вещества c_0,1; t»_1/2 – период полураспада этого же вещества при другой начальной концентрации c_0,2.

Определение порядка реакции методом Вант-Гоффа (дифференциальный метод):

где w₁, w₂ – средние скорости реакции, соответствующие начальным концентрациям с_0,1 и с_0,2.

Задачи с решениями

1. Вычислите константу скорости бимолекулярной реакции образования фосгена СО + С1₂ = СОС1₂, если при 27 о С количество реагирующих веществ изменяется следующим образом:

Определите концентрацию исходных веществ через три часа после начала реакции.

Решение. Используем уравнение для расчета констант скоростей второго порядка, когда с₁ = с₂: k = t -1. ( c_0,A -1 — . c₀ -1 ). После подстановки в эту формулу данных из приведенной таблицы (любые три пары) получим: k_ср = 0,186 мин -1 . Рассчитаем концентрацию исходных веществ через три часа после начала реакции: 1,627 . х = 0,01174; х = 0,0072; а – х = 0,01873 — 0,00720 = = 0,0115.

Ответ: k_ср = 0,186 мин -1 ; [С1₂] = 0,0072 моль/л; [СО] = = 0,0015 моль/л.

2. Превращение пероксида бензоила в диэтиловый эфир (реакция 1-го порядка) прошло за 10 минут на 75,2%. Вычислите константу скорости реакции.

Решение Напишем уравнение для расчета константы скорости реакции первого порядка и подставим в него соответствующие значения: k = (2,303/t) . lg[a/(a —x)] = (2,303/10) х х lg(100/24,8) = 0,2303/0,606 = 0,140.

Ответ: k = 0,140 мин -1 .

3. Для химической реакции А ® В константа скорости k = = 0,5, исходная концентрация c_0,А=1 моль/л. На основании этих данных определите степень превращения вещества А за время t = 1 ч, если реакция идет: а) по нулевому; б) первому; в) второму порядку. Как зависит степень превращения от порядка реакции?

Решение. Для реакции, протекающей по нулевому порядку, согласно уравнению (3.6): 0,5 = х/t; т. е. х = 0,5. Для реакции, протекающей по первому порядку, согласно уравнению (3.9): 0,5 = 2,3/1 . lg[1/(1-х)]; 0,5/2,3 = −lg(1-а); а = 0,39. Для реакции, протекающей по второму порядку, согласно уравнению (3.11): 0,5 = 1/1 . [1/(с_0.(1-х)] – 1/с₀); 0,5 = 1/(1-а); а = 0,33.

Ответ: Чем выше порядок, тем меньше степень превращения, тем медленнее идет реакция.

4. Период полураспада радиоактивного изотопа 14 С составляет 5730 лет. При археологических раскопках были найдены остатки дерева, содержание изотопа 14 С в котором составляло 72% от нормального. Определите возраст дерева.

Решение. Радиоактивный распад – реакция первого порядка. Константа скорости: k = 0,693/t_1/2. Возраст дерева можно найти из решения кинетического уравнения с учетом того, что c_А=0,72 . c_0,А.Тогда: t =1/k . ln[A]₀/[A] = (t_1/2/ln2); ln([A]₀/[A])= = (5730/ln(1/0,72))/ln2 = 2720.

Ответ: t = 2720 лет.

5. В некоторой реакции целого порядка nА ® В концентрация исходного вещества, равная 0,5 моль/л, была достигнута за 4 мин при начальной концентрации этого вещества 1 моль/л и за 5 мин при начальной концентрации 2 моль/л. Установите порядок реакции.

Решение. Из первого опыта следует, что период полураспада вещества при начальной концентрации 1 моль/л равен 4 мин. Во втором опыте при начальной концентрации 2 моль/л период полураспада равен 1 мин (переход от 2 до 0,5 моль/л прошел за 5 мин, из них от 1 до 0,5 моль/л – 4 мин, следовательно, переход от 2 до 1 моль/л потребовал 1 мин). Таким образом, при увеличении начальной концентрации в два раза период полураспада уменьшился в 4 = 2 n -1 раза, следовательно, порядок реакции n=3.

Ответ: Реакция 3-го порядка.

6. Для изучения разложения щавелевой кислоты в концентрированной серной кислоте приготовили 1/40 М раствор щавелевой кислоты в 99,5%-й серной кислоте. Через определенные промежутки времени из смеси отбирали пробы и определяли объем раствора перманганата калия, необходимый для титрования 10 мл раствора. Результаты эксперимента приведены ниже.

Определите порядок реакции и ее константу скорости.

Решение. Данную задачу удобнее решить методом перебора кинетических уравнений для реакций различных порядков.

Предположим, что реакция имеет первый порядок. Кинетическим уравнением в этом случае является уравнение (3.8). После подстановки в это уравнение экспериментальных данных получим ряд констант скоростей: k = 0,00144; 0,00144; 0,00145; 0,00150; 0,00140.

Совпадение этих данных свидетельствует о правильном нашем предположении. В результате получаем вывод: эта реакция имеет первый порядок, а среднее значение ее константы скорости k = 0,00145 мин -1 .

Любое иное наше предположение о возможном другом порядке реакции после подстановки экспериментальных данных в соответствующие кинетические уравнения (3.6), (3.10), (3.12), (3.15) не приводит к удовлетворительному совпадению констант скоростей, рассчитанных с использованием полученных экспериментальных данных.

Ответ: Реакция первого порядка, k = 0,00145 мин -1 .

7. При взаимодействии брома с этиловым спиртом были получены следующие результаты:

Определите порядок реакции по этим данным.

Решение. Определяем порядок реакции по методу Вант-Гоффа (3.17). Бесконечно малые приращения времени dt и убыли концентраций dс при определении скорости реакции заменяем на конечные приращения этих функций. В этом случае возможно применение уравнения (3.17) в виде n = [lg(Dс₁/Dt) — — lg(Dс₂/t)]/(lgс₁ – lgс₂).

Подставляем необходимые данные. Так как Dс/Dt = w, а скорость реакции средняя, то и концентрации с₁и с₂ также необходимо взять средние:

n = lg(0,00814-0,00610)/4 – lg(0,00424-0,00314)/4:

(lg0,00712 − 1g0,00369) = 0,91 » 1.

Следовательно, данная реакция является реакцией первого порядка.

Ответ: Реакция первого порядка.

3.3 Задачи для самостоятельного решения

1. В некоторый момент времени скорость сгорания циклогексана в избытке кислорода равна 0,350 моль/(л . с). Чему равны скорость образования СО₂ и скорость расходования кислорода в этот момент?

2. В реакции второго порядка А + В ® 2D начальные концентрации веществ А и В равны друг другу (по 1,5 моль/л). Скорость реакции равна 2,0 . 0 -4 моль/(л . с) при [А]=1,0 моль/л. Рассчитайте константу скорости и скорость реакции при [В] = = 0,2 моль/л.

3. Разложение Н₂О₂ в спиртовом растворе – реакция первого порядка. Начальная скорость реакции при температуре 40 о С и концентрации Н₂О₂ 0,156 М равна 1,14 . 10 -5 моль/(л . с). Рассчитайте константу скорости.

4. Реакция первого порядка протекает на 30% за 7 мин. Через какое время реакция завершится на 99%?

5. Период полураспада радиоактивного изотопа 137 Cs, который попал в атмосферу в результате Чернобыльской аварии, — 29,7 года. Через какое время количество этого изотопа составит менее 1% исходного?

6. Изотоп иод-131, который применяют для лечения некоторых опухолей, имеет период полураспада 8,1 суток. Какое время должно пройти, чтобы количество радиоактивного йода в организме больного уменьшилось в 100 раз?

7. Период полураспада радиоактивного изотоп 90 Sr, который попадает в атмосферу при ядерных испытаниях, − 28,1 года. Предположим, что организм новорожденного ребенка поглотил 1,00 мг этого изотопа. Сколько стронция останется в организме через: а) 18 лет, б) 70 лет, если считать, что он не выводится из организма?

8. Разложение иодоводорода HI_(г) = ½ Н_2(г) + ½ I_2(г) на поверхности золота – реакция нулевого порядка. За 100 с концентрация йодоводорода уменьшилась с 0,335 М до 0,285 М. Рассчитайте константу скорости и период полураспада при начальной молярной концентрации йодоводорода 0,400 М.

9. Реакция второго порядка А + В ® Р проводится в растворе с начальными концентрациями [А]₀ = 0,050 моль/л и [В]₀ = = 0,080 моль/л. Через 1 ч концентрация вещества А уменьшилась до 0,020 моль/л. Рассчитайте константу скорости и периоды полураспада обоих веществ.

10. В некоторой реакции целого порядка nА ® В молярная концентрация исходного вещества 1,5 моль/л была достигнута за 5,0 мин при начальной концентрации 3,0 моль/л и за 6,25 мин при начальной концентрации 6,0 моль/л. Установите порядок реакции.

11. Было найдено, что при изменении начальной молярной концентрации с 0,502 до 1,007 моль/л период полураспада в некоторой реакции уменьшился с 51 до 26 с. Каков порядок этой реакции и чему равна константа скорости?

12. В течение часа подвергается распаду 1/16 часть неко-торого радиоактивного элемента. Определите период полу-распада этого элемента.

13. Концентрация атомов трития в воздухе приблизительно 5 . 10 -15 моль/л. Период полураспада трития около 12 лет. Через сколько лет распадается 90% трития, содержащегося в воздухе? Пополнение содержания трития в воздухе за счет реакций синтеза не учитывать.

14. Пероксид водорода в водном растворе разлагается по уравнению 2 Н₂О₂ ® 2 Н₂О + О₂. Кинетику этой реакции исследовали титрованием проб одинакового объема (2 мл) 0,015 М раствором перманганата калия. Определите порядок реакции всеми возможными способами и вычислите среднее значение константы скорости этой реакции, пользуясь приведенными данными:

15. При нагревании раствор дибромянтарной кислоты распадается на бромалеиновую кислоту и НВr по уравнению

СООН-СНBr-CHBr-COOH ® CHCOOH-CBrCOOH + HBr

При титровании раствора стандартным раствором щелочи через t , мин, титр ее в объеме раствора изменялся следующим образом:

Вычислите константу скорости реакции. Через сколько времени разложится 1/3 дибромянтарной кислоты?

16. Бимолекулярная реакция, для которой с_А=с_В, протекает за 10 мин на 25%. Сколько потребуется времени, чтобы реакция прошла на 50% при той же температуре?

17. При определенной температуре раствор уксусноэтилового эфира концентрации 0,01 моль/л омыляется раствором NaOH концентрации 0,002 моль/л на 10% за 23 мин. Через сколько минут он будет омылен до такой же степени раствором NaOH концентрации 0,005 моль/л если реакция омыления эфира – реакция второго порядка, а щелочь диссоциирована полностью?

18. Фенилдиазохлорид разлагается по уравнению C₆H₅N₂CI= =C₆H₅CI + N₂. При 323 К и начальной концентрации 10 г/л были получены следующие результаты:

Определите порядок и константу скорости реакции.

19. Реакция разложения аммиака на горячей вольфрамовой проволоке протекает по стехиометрическому уравнению 2 NH₃ = N₂ + 3 H₂. Во время реакции в различные моменты времени давление повышалось следующим образом:

Определите порядок реакции.

20.Окисление FeCl₂ с помощью КС1О₃ в присутствии НС1 – реакция третьего порядка. Если время выражать в минутах, а концентрации – в молях на литр, то константа скорости этой реакции равна приблизительно единице. Вычислите концентрацию FeCl₂ через 1,5 ч после начала реакции, если начальные концентрации всех реагирующих веществ равны 0,2 моль/л.

💡 Видео

3 1 Константа химической реакцииСкачать

РАМА. Реакции в заделке. Сопромат.Скачать

Определение реакций опор простой рамыСкачать

Определение реакций опор в раме (жесткая заделка)Скачать

Определение реакций опор в балке. Сопромат.Скачать

Определение опорных реакций балки. Сопромат для чайников ;)Скачать