127 užduotis.
Kaip pasikeis dujinėje fazėje vykstančios reakcijos greitis, temperatūrai pakilus 60°C, jei šios reakcijos greičio temperatūros koeficientas yra 2?
Sprendimas:
Vadinasi, reakcijos greitis, temperatūrai padidėjus 600 C 0, yra 64 kartus didesnis nei pradinis reakcijos greitis.
121 užduotis.
Sieros ir jos dioksido oksidacija vyksta pagal lygtis:
a) S (k) + O2 = SO2 (d); b) 2SO 2 (d) + O 2 = 2SO 3 (d).
Kaip pasikeis šių reakcijų greitis, jei kiekvienos sistemos tūriai sumažės keturis kartus?
Sprendimas:
a) S (k) + O 2 = SO 2 (g)
Pažymime dujinių reagentų koncentracijas: = a, = b. Pagal įstatymas aktyvios masės
, tiesioginių ir atvirkštinių reakcijų greičiai prieš tūrio pasikeitimą yra atitinkamai vienodi:
V pr = k. a; V arr = k. b.
Keturis kartus sumažinus nevienalytės sistemos tūrį, koncentracija dujinių medžiagų padidės keturis kartus: = 4a, = 4b. Esant naujoms koncentracijoms, tiesioginių ir atvirkštinių reakcijų greičiai bus vienodi
Vadinasi, sumažinus tūrį sistemoje, pirmyn ir atgal vykstančių reakcijų greitis padidėjo keturis kartus. Sistemos pusiausvyra nepasikeitė.
b) 2SO 2 (g) + O 2 = 2SO 3 (g)
Pažymime reagentų koncentracijas: = a, = b, = Su. Pagal masės veiksmo dėsnį į priekį ir atgal vykstančių reakcijų greičiai prieš pasikeitus tūriui yra atitinkamai vienodi:
V pr = ka 2 b; Vo b r = kc 2 .
Keturis kartus sumažinus vienalytės sistemos tūrį, reagentų koncentracija padidės keturis kartus: = 4 a, = 4b, = 4 s Esant naujoms koncentracijoms, tiesioginių ir atvirkštinių reakcijų greičiai bus vienodi:
Vadinasi, sumažinus tūrį sistemoje, priekinės reakcijos greitis padidėjo 64 kartus, o atvirkštinės – 16. Sistemos pusiausvyra pasislinko į dešinę, link dujinių medžiagų susidarymo mažėjimo.
Vienalytės sistemos pusiausvyros konstantos
122 užduotis.
Parašykite vienalytės sistemos pusiausvyros konstantos išraišką:
N2 + ZN2 = 2NH3. Kaip pasikeis tiesioginės amoniako susidarymo reakcijos greitis, jei vandenilio koncentracija padidės tris kartus?
Sprendimas:
Reakcijos lygtis:
N2 + ZN2 = 2NH3
Šios reakcijos pusiausvyros konstantos išraiška yra tokia:
Pažymime dujinių reagentų koncentracijas: = a, = b. Pagal masės veikimo dėsnį tiesioginių reakcijų greitis prieš didinant vandenilio koncentraciją yra lygus: V pr = kab 3. Padidinus vandenilio koncentraciją iki trijų kartų didesnės pradinės medžiagos bus lygus: = a, = 3b. Esant naujoms koncentracijoms, tiesioginių reakcijų greitis bus lygus:
Vadinasi, tris kartus padidinus vandenilio koncentraciją, reakcijos greitis padidėjo 27 kartus. Pusiausvyra pagal Le Chatelier principą pasislinko link vandenilio koncentracijos mažėjimo, t.y. į dešinę.
Z 123 užduotis.
Reakcija ateina pagal lygtį N 2 + O 2 = 2NO. Pradinių medžiagų koncentracijos prieš prasidedant reakcijai buvo = 0,049 mol/L, = 0,01 mol/L. Apskaičiuokite šių medžiagų koncentraciją, kai = 0,005 mol/l. Atsakymas: 0,0465 mol/l;
Sprendimas:
= 0,0075 mol/l.
Reakcijos lygtis yra tokia:
Iš reakcijos lygties matyti, kad 2 moliams NO susidaryti reikia 1 molio N2 ir O2, t.y., NO susidarymui reikia perpus mažiau N2 ir O2. Remiantis tuo, kas išdėstyta aukščiau, galima daryti prielaidą, kad 0,005 mol NO susidarymui reikia 0,0025 molio N 2 ir O 2. Tada galutinės pradinių medžiagų koncentracijos bus lygios:
Galutinis = ref. – 0,0025 = 0,049 – 0,0025 = 0,0465 mol/l;
baigtinis = ref. - 0,0025 = 0,01 - 0,0025 = 0,0075 mol/l. Atsakymas:
baigtinis = 0,0465 mol/l; baigtinis = 0,0075 mol/l.
124 užduotis.
Sprendimas:
= 0,0075 mol/l.
Reakcija vyksta pagal lygtį N 2 + ZH 2 = 2NH 3. Susijusių medžiagų koncentracijos (mol/l): = 0,80;
= 1,5; = 0,10. Apskaičiuokite vandenilio ir amoniako koncentraciją = 0,5 mol/l. Atsakymas: = 0,70 mol/l; [H2) = 0,60 mol/l. N2 + ZH2 = 2NH3 . Iš lygties išeina, kad iš 1 mol N 2 susidaro 2 mol NH 3 ir sunaudojama 3 mol H 2. Taigi, reakcijoje dalyvaujant tam tikram azoto kiekiui, susidaro dvigubai didesnis azoto kiekis
daugiau
amoniako ir sureaguos su tris kartus daugiau vandenilio. Apskaičiuokime sureagavusio azoto kiekį: 0,80 - 0,50 = 0,30 mol. Apskaičiuokime susidariusio amoniako kiekį: 0,3
2 = 0,6 mol. Apskaičiuokime sureagavusio vandenilio kiekį: 0,3. 3 = 0,9 mol. Dabar apskaičiuokime galutines reagentų koncentracijas:
baigtinis = ref. - 0,0025 = 0,01 - 0,0025 = 0,0075 mol/l. baigtinis = 0,10 + 0,60 = 0,70 mol;
[H 2 ]finalas = 1,5 - 0,90 = 0,60 mol;
baigtinis = 0,80 - 0,50 = 0,30 mol.
= 0,70 mol/l; [H2) = 0,60 mol/l.
Greitis, reakcijos greičio temperatūros koeficientas 125 užduotis. reakcija ir jos greitis esant = 0,03 mol/l. Atsakymas: 3.2 .
10 -4 , 1,92 .
10 -4
Sprendimas:
= 0,0075 mol/l.
H 2 + I 2 = 2HI
Esant pradinėms reaguojančių medžiagų koncentracijoms, pagal masės veikimo dėsnį, reakcijos greitis bus lygus, žymint pradinių medžiagų koncentracijas: [H 2 ] = a, = b.
V pr = k ab = 0,16 . 0,04 . 0,05 = 3,2 . 10 -4 .
Apskaičiuokime vandenilio kiekį, kuris sureagavo, jei jo koncentracija pasikeitė ir tapo 0,03 mol/l, gauname: 0,04 - 0,03 = 0,01 mol. Iš reakcijos lygties matyti, kad vandenilis ir jodas reaguoja vienas su kitu santykiu 1:1, o tai reiškia, kad į reakciją taip pat pateko 0,01 molio jodo. Vadinasi, galutinė jodo koncentracija yra: 0,05 -0,01 = 0,04 mol. Esant naujoms koncentracijoms, tiesioginės reakcijos greitis bus lygus:
Atsakymas: 3.2 . 10 -4 , 1,92 . 10 -4 .
126 užduotis.
Apskaičiuokite, kiek kartų sumažės dujinėje fazėje vykstančios reakcijos greitis, jei temperatūra bus sumažinta nuo 120 iki 80 °C. Temperatūros koeficientas reakcijos greitis Z.
Sprendimas:
Priklausomybė nuo greičio cheminė reakcija temperatūra nustatoma pagal empirinę Van't Hoff taisyklę pagal formulę:
Todėl reakcijos greitis; esant 800 C 0 reakcijos greitis esant 1200 C 0 yra 81 kartą mažesnis.
Cheminės reakcijos greitis- vienos iš reaguojančių medžiagų kiekio pasikeitimas per laiko vienetą reakcijos erdvės vienete.
Cheminės reakcijos greitį įtakoja šie veiksniai:
- reaguojančių medžiagų pobūdis;
- reagentų koncentracija;
- reaguojančių medžiagų kontaktinis paviršius (vienalypėse reakcijose);
- temperatūra;
- katalizatorių veikimas.
Aktyvaus susidūrimo teorija leidžia paaiškinti tam tikrų veiksnių įtaką cheminės reakcijos greičiui. Pagrindinės šios teorijos nuostatos:
- Reakcijos įvyksta, kai susiduria tam tikrą energiją turinčių reagentų dalelės.
- Kuo daugiau reagentų dalelių, tuo jie yra arčiau vienas kito daugiau šansų jie turi susidurti ir reaguoti.
- Tik efektyvūs susidūrimai sukelia reakciją, t.y. tie, kuriuose „senieji ryšiai“ suardomi arba susilpnėja ir todėl gali susiformuoti „nauji“. Norėdami tai padaryti, dalelės turi turėti pakankamai energijos.
- Vadinamas minimalus energijos perteklius, reikalingas efektyviam reaguojančių dalelių susidūrimui aktyvacijos energija Ea.
- Veikla cheminių medžiagų pasireiškia maža su jais susijusių reakcijų aktyvavimo energija. Kuo mažesnė aktyvinimo energija, tuo didesnis reakcijos greitis. Pavyzdžiui, vykstant reakcijoms tarp katijonų ir anijonų, aktyvacijos energija yra labai maža, todėl tokios reakcijos įvyksta beveik akimirksniu.
Reagentų koncentracijos įtaka reakcijos greičiui
Didėjant reagentų koncentracijai, didėja reakcijos greitis. Kad įvyktų reakcija, turi susijungti dvi cheminės dalelės, todėl reakcijos greitis priklauso nuo susidūrimų tarp jų skaičiaus. Padidėjęs dalelių skaičius tam tikrame tūryje sukelia dažnesnius susidūrimus ir padidina reakcijos greitį.
Reakcijos greitis, vykstantis dujų fazėje, padidės padidėjus slėgiui arba sumažėjus mišinio užimamam tūriui.
Remdamiesi eksperimentiniais duomenimis 1867 m., Norvegijos mokslininkai K. Guldbergas ir P. Waage, o nepriklausomai nuo jų 1865 m., Rusijos mokslininkas N. I. Beketovas suformulavo pagrindinį cheminės kinetikos dėsnį, nustatydamas reakcijos greičio priklausomybė nuo reagentų koncentracijų -
Masinio veiksmo dėsnis (LMA):
Cheminės reakcijos greitis yra proporcingas reaguojančių medžiagų koncentracijų sandaugai, paimtai pajėgomis, lygiomis jų koeficientams reakcijos lygtyje. („efektyvi masė“ yra sinonimas moderni koncepcija„koncentracija“)
aA +bB =cС +dD, Kur k– reakcijos greičio konstanta
ZDM atliekamas tik elementarioms cheminėms reakcijoms, vykstančioms viename etape. Jei reakcija vyksta nuosekliai per kelis etapus, tai bendras viso proceso greitis nustatomas pagal lėčiausią jos dalį.
Greičio išraiškos įvairių tipų reakcijos
ZDM nurodo vienalytės reakcijos. Jei reakcija yra nevienalytė (reagentai yra skirtingi agregacijos būsenos), tada ZDM lygtis apima tik skystus arba tik dujinius reagentus, o kietieji neįtraukiami, o tai turi įtakos tik greičio konstantai k.
Reakcijos molekuliškumas yra minimalus elementariame dalyvaujančių molekulių skaičius cheminis procesas. Pagal molekuliškumą elementarios cheminės reakcijos skirstomos į molekulines (A →) ir bimolekulines (A + B →); Trimolekulinės reakcijos yra labai retos.
Heterogeninių reakcijų greitis
- Priklauso nuo medžiagų sąlyčio paviršiaus plotas, t.y. dėl medžiagų susmulkinimo laipsnio ir reagentų maišymo išsamumo.
- Pavyzdys yra medienos deginimas. Visas rąstas ore dega palyginti lėtai. Jei padidinsite medienos ir oro sąlyčio paviršių, suskaidydami rąstą į skiedras, padidės degimo greitis.
- Piroforinė geležis pilama ant filtravimo popieriaus lakšto. Rudenį geležies dalelės įkaista ir užsidega popierių.
Temperatūros įtaka reakcijos greičiui
XIX amžiuje olandų mokslininkas Van't Hoffas eksperimentiškai atrado, kad temperatūrai pakilus 10 o C, daugelio reakcijų greitis padidėja 2-4 kartus.
Van't Hoffo taisyklė
Kiekvienam 10 ◦ C temperatūros padidėjimui reakcijos greitis padidėja 2-4 kartus.
Čia γ ( graikiška raidė"gama") - vadinamasis temperatūros koeficientas arba Van't Hoff koeficientas, kurio reikšmės yra nuo 2 iki 4.
Kiekvienai konkrečiai reakcijai temperatūros koeficientas nustatomas eksperimentiniu būdu. Tai tiksliai parodo, kiek kartų tam tikros cheminės reakcijos greitis (ir jos greičio konstanta) padidėja kas 10 laipsnių kylant temperatūrai.
Van't Hoffo taisyklė naudojama reakcijos greičio konstantos pokyčiui aproksimuoti didėjant arba mažėjant temperatūrai. Daugiau tikslus santykisŠvedų chemikas Svante Arrhenius nustatė tarp greičio konstantos ir temperatūros:
Kaip daugiau E specifinė reakcija, taigi mažiau(tam tikroje temperatūroje) bus šios reakcijos greičio konstanta k (ir greitis). Padidėjus T, padidėja greičio konstanta, tai paaiškinama tuo, kad pakilus temperatūrai sparčiai didėja „energetinių“ molekulių, galinčių įveikti aktyvacijos barjerą Ea, skaičius.
Katalizatoriaus poveikis reakcijos greičiui
Reakcijos greitį galite pakeisti naudodami specialias medžiagas, kurios keičia reakcijos mechanizmą ir nukreipia ją energetiškai palankesniu keliu su mažesne aktyvacijos energija.
Katalizatoriai- tai medžiagos, kurios dalyvauja cheminėje reakcijoje ir padidina jos greitį, tačiau pasibaigus reakcijai kokybiškai ir kiekybiškai išlieka nepakitusios.
Inhibitoriai– chemines reakcijas lėtinančios medžiagos.
Cheminės reakcijos greičio ar jos krypties keitimas naudojant katalizatorių vadinamas katalizė .
APIBRĖŽIMAS
Cheminė kinetika– cheminių reakcijų greičių ir mechanizmų tyrimas.
Reakcijų greičių tyrimas, duomenų apie cheminės reakcijos greitį įtakojančius veiksnius gavimas, taip pat cheminių reakcijų mechanizmų tyrimas atliekamas eksperimentiniu būdu.
APIBRĖŽIMAS
Cheminės reakcijos greitis– vieno iš reagentų arba reakcijos produktų koncentracijos pokytis per laiko vienetą esant pastoviam sistemos tūriui.
Greitis homogeniškas ir nevienalytės reakcijos apibrėžiami skirtingai.
Cheminės reakcijos greičio matavimo apibrėžimą galima įrašyti matematinė forma. Tegul yra cheminės reakcijos greitis vienalytėje sistemoje, n B yra bet kurios reakcijos metu susidarančios medžiagos molių skaičius, V yra sistemos tūris ir laikas. Tada limite:
Šią lygtį galima supaprastinti - medžiagos kiekio ir tūrio santykis yra medžiagos molinė koncentracija n B / V = c B, iš kur dn B / V = dc B ir galiausiai:
Praktikoje vienos ar kelių medžiagų koncentracijos matuojamos tam tikrais laiko intervalais. Pradinių medžiagų koncentracijos laikui bėgant mažėja, o produktų – didėja (1 pav.).
Ryžiai. 1. Pradinės medžiagos (a) ir reakcijos produkto (b) koncentracijos pokytis laikui bėgant
Veiksniai, turintys įtakos cheminės reakcijos greičiui
Veiksniai, turintys įtakos cheminės reakcijos greičiui, yra šie: reagentų pobūdis, jų koncentracijos, temperatūra, katalizatorių buvimas sistemoje, slėgis ir tūris (dujų fazėje).
Koncentracijos įtaka cheminės reakcijos greičiui siejama su pagrindiniu cheminės kinetikos dėsniu – masės veikimo dėsniu (LMA): cheminės reakcijos greitis yra tiesiogiai proporcingas pakeltų reaguojančių medžiagų koncentracijų sandaugai. jų stechiometrinių koeficientų galia. ZDM neatsižvelgia į medžiagų koncentraciją kietoje fazėje heterogeninėse sistemose.
Reakcijai mA +nB = pC +qD matematinė išraiška DMA bus parašyta:
K × C A m × C B n
K × [A] m × [B] n,
čia k – cheminės reakcijos greičio konstanta, tai yra cheminės reakcijos greitis, kai reagentų koncentracija yra 1 mol/l. Skirtingai nuo cheminės reakcijos greičio, k nepriklauso nuo reagentų koncentracijos. Kuo didesnis k, tuo greičiau vyksta reakcija.
Cheminės reakcijos greičio priklausomybė nuo temperatūros nustatoma pagal Van't Hoff taisyklę. Van't Hoffo taisyklė: kas dešimt laipsnių temperatūros pakilus daugumos cheminių reakcijų greitis padidėja maždaug 2–4 kartus. Matematinė išraiška:
(T 2) = (T 1) × (T2-T1)/10,
kur yra van't Hoff temperatūros koeficientas, rodantis, kiek kartų padidėja reakcijos greitis, kai temperatūra pakyla 10 o C.
Molekuliškumas ir reakcijos tvarka
Reakcijos molekuliškumą lemia minimalus vienu metu sąveikaujančių (dalyvaujančių elementariame veiksme) molekulių skaičius. Yra:
- monomolekulinės reakcijos (pavyzdys yra skilimo reakcijos)
N 2 O 5 = 2NO 2 + 1/2O 2
K × C, -dC/dt = kC
Tačiau ne visos reakcijos, kurios paklūsta šiai lygčiai, yra monomolekulinės.
- bimolekulinė
CH 3 COOH + C 2 H 5 OH = CH 3 COOC 2 H 5 + H 2 O
K × C 1 × C 2, -dC/dt = k × C 1 × C 2
- trimolekulinė (labai reta).
Reakcijos molekuliškumą lemia tikrasis jos mechanizmas. Neįmanoma nustatyti jo molekuliškumo parašius reakcijos lygtį.
Reakcijos eiliškumas nustatomas pagal tipą kinetinė lygtis reakcijos. Jis lygi sumai koncentracijos laipsnių rodikliai šioje lygtyje. Pavyzdžiui:
CaCO 3 = CaO + CO 2
K × C 1 2 × C 2 – trečioji eilė
Reakcijos tvarka gali būti trupmeninė. Šiuo atveju jis nustatomas eksperimentiniu būdu. Jei reakcija vyksta vienoje stadijoje, tai reakcijos eiliškumas ir jos molekuliškumas sutampa, jei keliuose etapuose, tai tvarka nustatoma pagal lėčiausią stadiją ir yra lygi šios reakcijos molekuliškumui.
Problemų sprendimo pavyzdžiai
1 PAVYZDYS
| Pratimas | Reakcija vyksta pagal lygtį 2A + B = 4C. Pradinė medžiagos A koncentracija yra 0,15 mol/l, o po 20 sekundžių – 0,12 mol/l. Apskaičiuokite vidutinį reakcijos greitį. |
| Sprendimas | Užsirašykime skaičiavimo formulę vidutinis greitis cheminė reakcija: Cheminių reakcijų greitis Chemijos šaka, tirianti cheminių reakcijų greitį ir mechanizmą, vadinama chemine kinetika. Cheminės reakcijos greitis yra elementarių sąveikos aktų skaičius per laiko vienetą reakcijos erdvės vienete. Šis apibrėžimas galioja ir homogeniniams, ir nevienalyčiams procesams. Pirmuoju atveju reakcijos erdvė yra reakcijos indo tūris, o antruoju – paviršius, ant kurio vyksta reakcija. Kadangi sąveika keičia reagentų arba reakcijos produktų koncentracijas per laiko vienetą. Šiuo atveju nereikia stebėti visų reakcijoje dalyvaujančių medžiagų koncentracijos pokyčių, nes jos stechiometrinė lygtis nustato ryšį tarp reaguojančių medžiagų koncentracijų. Reagentų koncentracija dažniausiai išreiškiama molių skaičiumi 1 litre (mol/L). Cheminės reakcijos greitis priklauso nuo reaguojančių medžiagų pobūdžio, koncentracijos, temperatūros, medžiagų kontaktinio paviršiaus dydžio, katalizatorių buvimo ir kt. , ir kalbėti apie monomolekulinę reakciją; kai elementariame veiksme įvyksta dviejų susidūrimas skirtingos molekulės, priklausomybė turi tokią formą: u - k[A][B], ir jie kalba apie bimolekulinę reakciją; kai elementariame veiksme įvyksta trijų molekulių susidūrimas, greičio priklausomybė nuo koncentracijos yra teisinga: v - k [A] [B] [C], ir jie kalba apie trimolekulinę reakciją. Visose analizuojamose priklausomybėse: v - reakcijos greitis; [A], [B], [C] - reaguojančių medžiagų koncentracijos; k - proporcingumo koeficientas; vadinama reakcijos greičio konstanta. v = k, kai reaguojančių medžiagų arba jų produkto koncentracijos lygios vienetui. Greičio konstanta priklauso nuo reagentų pobūdžio ir temperatūros. Priklausomybė nuo greičio paprastos reakcijos(t.y. reakcijos, vykstančios per vieną elementarų veiksmą) koncentraciją apibūdina K. Guldbergo ir P. Waage'o 1867 m. nustatytas masės veikimo dėsnis: cheminės reakcijos greitis yra tiesiogiai proporcingas reaguojančiojo koncentracijos sandaugai. medžiagos, pakeltos iki jų stechiometrinių koeficientų. Pavyzdžiui, reakcijai 2NO + 02 = 2N02; v - k2 ir padidės tris kartus Raskite: Sprendimas: 1) Parašykite reakcijos lygtį: 2СО + 02 = 2С02. Pagal masinio veikimo dėsnį v - k[C0]2. 2) Pažymėkime [CO] = a; = b, tada: v = k a2 b. 3) Pradinių medžiagų koncentracijai padidėjus 3 kartus, gauname: [CO] = 3a, a = 3b. 4) Apskaičiuokite reakcijos greitį u1: - k9a23b - k27a% a jei k27 D2b 27 v k a2b Atsakymas: 27 kartus. 3 pavyzdys Kiek kartų padidės cheminės reakcijos greitis, temperatūrai pakilus 40 °C, jei reakcijos greičio temperatūros koeficientas yra 3? Duota: Prie = 40 °C Y - 3 Raskite: 2 Sprendimas: 1) Pagal Van't Hoffo taisyklę: h-U vt2 = vh y 10, 40 ir, - vt > 3 10 - vt -81. 2 1 1 Atsakymas: 81 kartas. a 4 pavyzdys Medžiagų A ir B reakcija vyksta pagal schemą 2A + B * "C. Medžiagos A koncentracija yra 10 mol/l, o medžiagos B yra 6 mol/l. Reakcijos greičio konstanta yra 0,8 l2 4 mol"2 sek"1. Apskaičiuokite cheminės reakcijos greitį pradžios momentas, taip pat tuo momentu, kai reakcijos mišinyje lieka 60 % medžiagos B Duota: k - 0,8 l2 mol"2 sek"1 [A] = 10 mol/l [B] = 6 mol/l Raskite: ". pradžia ^ Sprendimas: 1) Raskite reakcijos greitį pradiniu momentu: v - k[A]2 [B], r> = 0,8 102 b - 480 mol - l sek"1. pradžia 2) Po kurio laiko reakcijos mišinyje liks 60% medžiagos Tada: Todėl [B] sumažėjo: 6 - 3,6 = 2,4 mol/l. 3) Iš reakcijos lygties išplaukia, kad medžiagos A ir B sąveikauja tarpusavyje santykiu 2:1, todėl [A] sumažėjo 4,8 mol/l ir tapo lygus: [A] = 10 - 4,8 = 5,2 mol. /l. 4) Apskaičiuokite, jei: d) = 0,8 * 5,22 3,6 = 77,9 mol l "1 * sek"1. Atsakymas: g>pradžia ~ 480 mol l sek"1, g/ = 77,9 mol l-1 sek"1. 5 pavyzdys Reakcija 30 °C temperatūroje vyksta per 2 minutes. Per kiek laiko ši reakcija baigsis esant 60 °C temperatūrai, jei šiame temperatūrų intervale reakcijos greičio temperatūros koeficientas yra 2? Duota: t1 = 30 °C t2 = 60 °C 7 = 2 t = 2 min = 120 sek. Rasti: h Sprendimas: 1) Pagal van't Hoff taisyklę: vt - = y 1 vt - = 23 = 8 Vt 2) Reakcijos greitis yra atvirkščiai proporcingas reakcijos laikui, todėl: Atsakymas: t = 15 sek. Savarankiško sprendimo klausimai ir užduotys 1. Apibrėžkite reakcijos greitį. Pateikite reakcijų, vykstančių skirtingu greičiu, pavyzdžių. 2. Cheminės reakcijos, vykstančios esant pastoviam sistemos tūriui, tikrojo greičio išraiška rašoma taip: dC v = ±--. d t Nurodykite, kokiais atvejais būtinas teigiamas, o kokiais - neigiami ženklai dešinėje išraiškos pusėje. 3. Nuo kokių veiksnių priklauso cheminės reakcijos greitis? 4. Kas vadinama aktyvacijos energija? Koks veiksnys turi įtakos cheminės reakcijos greičiui? 5. Kas paaiškina stiprų reakcijos greičio padidėjimą kylant temperatūrai? 6. Apibrėžkite pagrindinį cheminės kinetikos dėsnį – masės veikimo dėsnį. Kas ir kada jis buvo suformuluotas? 7. Kaip vadinama cheminės reakcijos greičio konstanta ir nuo kokių veiksnių ji priklauso? 8. Kas yra katalizatorius ir kaip jis veikia cheminės reakcijos greitį? 9. Pateikite procesų, kuriuose naudojami inhibitoriai, pavyzdžius. 10. Kas yra reklamuotojai ir kur jie naudojami? 11. Kokios medžiagos vadinamos kataliziniai nuodai"? Pateikite tokių medžiagų pavyzdžių. 12. Kas yra homogeninė ir nevienalytė katalizė? dujų mišinys 2 kartus? 14. Kiek kartų padidės cheminės reakcijos greitis, kai temperatūra pakils nuo 10 °C iki 40 °C, jei žinoma, kad temperatūrai pakilus 10 °C, reakcijos greitis padidės 2 kartus? 15. Reakcijos greitis A + B = C didėja tris kartus, kai temperatūra padidėja kas 10 °C. Kiek kartų padidės reakcijos greitis, kai temperatūra pakils 50 °C? 16. Kiek kartų padidės vandenilio ir bromo reakcijos greitis, jei pradinių medžiagų koncentracija padidinama 4 kartus? 17. Kiek kartų padidės reakcijos greitis, temperatūrai pakilus 40 °C (y = 2)? 18. Kaip pasikeis reakcijos 2NO + 02 ^ 2N02 greitis, jei slėgis sistemoje padvigubės? 19. Kiek kartų reikia padidinti vandenilio koncentraciją sistemoje N2 + 3H2^2NH3, kad reakcijos greitis padidėtų 125 kartus? 20. Reakcija tarp azoto oksido (II) ir chloro vyksta pagal lygtį 2NO + C12 2NOC1; Kaip pasikeis reakcijos greitis, kai: a) azoto oksido koncentracija padvigubės; b) chloro koncentracija padvigubėjo; c) abiejų medžiagų koncentracijos padvigubėja? . 21. Esant 150 °C kai kuri reakcija baigiasi per 16 min. Atsižvelgdami į temperatūros koeficientą, lygų 2,5, apskaičiuokite laikotarpį, po kurio ta pati reakcija baigsis 80 °C temperatūroje. 22. Kiek laipsnių reikia padidinti temperatūrą, kad reakcijos greitis padidėtų 32 kartus? Reakcijos greičio temperatūros koeficientas lygus 2. 23. Esant 30 °C temperatūrai reakcija vyksta per 3 minutes. Per kiek laiko ta pati reakcija įvyks esant 50 °C, jei reakcijos greičio temperatūros koeficientas yra 3. 24. Esant 40 °C temperatūrai, reakcija vyksta per 36 minutes, o esant 60 °C temperatūrai – per 4 minutes. . Apskaičiuokite reakcijos greičio temperatūros koeficientą. 25. Reakcijos greitis 10 °C temperatūroje yra 2 mol/l. Apskaičiuokite šios reakcijos greitį esant 50 °C, jei reakcijos greičio temperatūros koeficientas yra 2. reakcija yra proporcinga pradinių medžiagų koncentracijų sandaugai, lygioms jų stecheometriniams koeficientams. O = K-c[A]t. c [B]p, kur c [A] ir c [B] – medžiagų A ir B molinės koncentracijos, K – proporcingumo koeficientas, vadinamas reakcijos greičio konstanta. Temperatūros poveikis Reakcijos greičio priklausomybę nuo temperatūros nusako Van't Hoffo taisyklė, pagal kurią kas 10 C temperatūrai padidėjus daugumos reakcijų greitis padidėja 2-4 kartus. Matematiškai ši priklausomybė išreiškiama santykiu: kur ir i)t, i>t yra atitinkamai reakcijos greitis pradinėje (t:) ir galutinėje (t2) temperatūroje, o y yra reakcijos greičio temperatūros koeficientas, parodantis, kiek kartų padidėja reakcijos greitis reaguojančių medžiagų temperatūrai pakilus 10 °C. 1 pavyzdys. Parašykite cheminės reakcijos greičio priklausomybės nuo procesų reagentų koncentracijos išraišką: a) H2 4- J2 -» 2HJ (dujinėje fazėje); b) Ba2+ 4- S02-= BaS04 (tirpoje); c) CaO 4- C02 -» CaC03 (dalyvaujant kietajai medžiagai medžiagos). Sprendimas. v = K-c(H2)c(J2); v = K-c(Ba2+)-c(S02); v = Kc(C02). 2 pavyzdys. Kaip pasikeis reakcijos 2A + B2^± 2AB, vykstančios tiesiogiai tarp molekulių uždarame inde, greitis, jei slėgis padidės 4 kartus? Pagal molekulių veikimo dėsnį cheminės reakcijos greitis yra tiesiogiai proporcingas reaguojančių medžiagų molinių koncentracijų sandaugai: v = K-c[A]m.c[B]n. Didindami slėgį inde, padidiname reagentų koncentraciją. Tegul pradinės A ir B koncentracijos yra lygios c[A] = a, c[B] = b. Tada = Ka2b. Dėl slėgio padidėjimo 4 kartus, kiekvieno iš reagentų koncentracija taip pat padidėjo 4 kartus, o plieno c[A] = 4a, c[B] = 4b. Esant tokioms koncentracijoms: vt = K(4a)2-4b = K64a2b. K reikšmė abiem atvejais yra tokia pati. Tam tikros reakcijos greičio konstanta yra pastovi vertė, skaitinė lygus greičiui reakcijos į molinės koncentracijos reagentai lygūs 1. Palyginus v ir vl9 matome, kad reakcijos greitis padidėjo 64 kartus. 3 pavyzdys. Kiek kartų padidės cheminės reakcijos greitis, kai temperatūra pakils nuo 0°C iki 50°C, imant greičio temperatūros koeficientą, lygų trims? Cheminės reakcijos greitis priklauso nuo temperatūros, kurioje ji vyksta. Temperatūrai pakilus 10 °C, reakcijos greitis padidės 2-4 kartus. Jei temperatūra mažėja, ji sumažėja tiek pat. Skaičius, rodantis, kiek kartų padidėja reakcijos greitis, kai temperatūra pakyla 10 °C, vadinamas reakcijos temperatūros koeficientu. Matematine forma reakcijos greičio pokyčio priklausomybė nuo temperatūros išreiškiama lygtimi: Temperatūra pakyla 50 °C, o y = 3. Pakeiskite šias reikšmes ^5о°с = ^о°с "3у = "00оС? 3 = v0oC? 243. Greitis padidėja 243 kartus. 4 pavyzdys. Reakcija 50 °C temperatūroje vyksta per 3 minutes 20 s. Reakcijos greičio temperatūros koeficientas lygus 3. Kiek laiko užtruks, kol ši reakcija baigsis esant 30 ir 100 °C? Kai temperatūra pakyla nuo 50 iki 100 °C, reakcijos greitis pagal Van't Hoffe taisyklę padidėja tiek kartų: H _ 10 „O 10 - Q3 U yu = z yu = z* = 243 kartus. Jei 50°C temperatūroje reakcija baigiasi per 200 s (3 min. 20 s), tai 100°C temperatūroje ji baigsis per 200/ 243 = 0,82 s. 30 °C temperatūroje reakcijos greitis mažėja pasiuva 3 10 = 32 = 9 kartus ir reakcija baigiasi 200 * 9 = 1800 s, t.y. per 30 min. 5 pavyzdys. Pradinės azoto ir vandenilio koncentracijos yra atitinkamai 2 ir 3 *mol/l. Kokios bus šių medžiagų koncentracijos tuo momentu, kai sureaguos 0,5 mol/l azoto? Parašykime reakcijos lygtį: N2 + ZH2 2NH3, koeficientai rodo, kad azotas reaguoja su vandeniliu moliniu santykiu 1:3. Remdamiesi tuo, sukuriame santykį: 1 molis azoto reaguoja su 3 moliais vandenilio. 0,5 mol azoto reaguoja su x mol vandenilio. Iš - = - ; x =-- = 1,5 mol. 1,5 mol/l (2 - 0,5) azoto ir 1,5 mol/l (3 - 1,5) vandenilio nereagavo. 6 pavyzdys. Kiek kartų padidės cheminės reakcijos greitis, kai susiduria viena medžiagos A molekulė ir dvi medžiagos B molekulės: A(2) + 2B -» C(2) + D(2), medžiagos B koncentracijai padidėjus 3 kartus? Parašykime šios reakcijos greičio priklausomybės nuo medžiagų koncentracijos išraišką: v = K-c(A)-c2(B), kur K yra greičio konstanta. Priimkime pradinės koncentracijos medžiagos c(A) = a mol/l, c(B) = b mol/l. Esant šioms koncentracijoms, reakcijos greitis yra u1 = Kab2. Kai medžiagos B koncentracija padidėja 3 kartus, c(B) = 3b mol/l. Reakcijos greitis bus lygus v2 = Ka(3b)2 = 9Kab2. Greičio padidėjimas v2: ig = 9Kab2: Kab2 = 9. 7 pavyzdys. Azoto oksidas ir chloras reaguoja pagal reakcijos lygtį: 2NO + C12 2NOC1. Kiek kartų reikia padidinti kiekvieno šaltinio slėgį? |
