решение (1). 1. Кипение воды протекает без изменения химического состава веществ это фазовый переход воды из жидкого состояния в газообразное, т е.
 Скачать 1.96 Mb.
|
2.3. Химическая кинетика.301. Скорость химической реакции по некоторому компоненту называется изменение количества этого компонента в единицу времени в единице реакционного пространства. На практике скорость реакции может определяться по различным параметрам: по изменению концентрации одного из веществ, по изменению цветности, рН, электропроводности и др. Скорость реакции - это кинетическая характеристика, а энергия Гиббса - термодинамическая характеристика, эти параметры между собой не связаны. Т.к. скорость реакции определяется концентрациями реагирующих веществ, которые постоянно изменяются, то ее определяют на данный момент времени. 302. Основным понятием химической кинетики является понятие о скорости химической реакции. Математическое выражение скорости реакции зависит от типа реакции: гетерогенная или гомогенная. Поэтому в кинетике проводится такое разделение реакций. гомогенные: N2(г)+O2(г) = 2NO2(г), N2O4 (г) = 2 NO2 (г); гетерогенные: Ca(тв) + 2H2O(ж) = Ca(OH)2(ж) + H2(г), CuO(тв) = Cu(тв) + 1/2O2(г). 303. Одной из основных задач химической кинетики является нахождение зависимости скорости реакции от концентраций реагирующих веществ (кинетическое уравнение). Для простой реакции кинетическое уравнение находится легко, в то время как для сложной реакции нахождение кинетического уравнения представляет собой очень сложную задачу. Поэтому принято разделение реакций на простые и сложные. Простые реакции. Моно: Cl2 = 2Cl, Би: Н+ + Сl- = HCl, Три: 3O2 = 2O3. Сложные реакции: Последовательные: 2Ca + O2 = 2CaO => CaO + H2O = Ca(OH)2, Параллельные: Ca + Cl2 = CaCl2 и Ca + F2 = CaF2, Цепные: Сl2 = 2Cl*, Cl* + CH4 = CH3* + HCl, CH3* + Cl2 = CH3Cl + Cl* и т.д. По стехиометрическому уравнению нельзя однозначно определить - сложная это реакция или простая, но если в реакцию вступают более трех частиц, то эта реакция сложная. 304. На скорость реакции влияют: природа взаимодействующих частиц, температура, давление, катализатор и др. 305. Кинетическое уравнение для простой и сложной реакции записывается как зависимость скорости реакции от концентрации взаимодействующих веществ. Однако, если для простой реакции кинетическое уравнение имеет относительно простой вид, то для сложных реакций кинетическое уравнение может записываться в виде системы уравнений. Константа скорости реакции - это скорость реакции при концентрации веществ равных единице. На константу скорости влияет температура, давление, природа веществ и не влияет концентрация веществ и объем системы. 306. а) 2HI = H2 + I2 , V = К*Р2(HI) , после увеличения давления в 2 раза V/ = К*(2Р(HI))2 , в результате скорость возрастет в V/ / V = 4 раза. Б) N2O4 = 2NO2, V = К*Р (N2O4), после увеличения давления в 2 раза V/ = К*(2Р(N2O4)), в результате скорость возрастет в V/ / V = 2 раза. В) 2NO +H2 = N2O + H2O , V = К*Р2(N2O) *P(H2), после увеличения давления в 2 раза V/ = К*(2Р(N2O)) 2 *2P(H2), в результате скорость возрастет в V/ / V = 8 раз. 307. a) 2NO +Cl2 = 2NOCl, V = К*Р2(NO)*P(Cl2), после увеличения давления в 3 раза V/ = К*(3Р(NO))2 * 3P(Cl2), в результате скорость возрастет в V/ / V = 27 раз. Б) H2 + OH= H2O + H, V = К*Р(OH)*P(H2), после увеличения давления в 3 раза V/ = К*3Р(OH)*3P(H2), в результате скорость возрастет в V/ / V = 9 раз. В) Cl2 = 2Cl , V = К*P(Cl2), после увеличения давления в 3 раза V/ = К*3P(Cl2), в результате скорость возрастет в V/ / V = 3 раза. 308. а) O2+H = OH + O, V = К*Р(H) *P(O2), после увеличения давления в 4 раза V/ = К*4Р(H) *4P(O2), в результате скорость возрастет в V/ / V = 16 раз. Б) H2+Y2 = 2HY, V = К*Р(H2)*P(Y2), после увеличения давления в 4 раза V/ = К*4Р(H2)*4P(Y2), в результате скорость возрастет в V/ / V = 16 раз. В) 2NO+O2 = 2NO2, V = К*Р2(NO2)*P(O2), после увеличения давления в 4 раза V/ = К*(4Р(NO2) )2 *4P(O2), в результате скорость возрастет в V/ / V = 64 раза. 309. H2+Br2 = 2HBr, V = K*[H2]*[Br2]1/2 .Молекулярность реакции равна1+1 =2, а порядок реакции 1+1/2=1,5. Поскольку молекулярность и порядок не совпадают, то данная реакция - сложная. А) V/=K*4[H2]*[Br2]1/2 , скорость реакции возрастает в V/ / V= 4 раза. Б) V//=K*[H2]*(4[Br2])1/2 , скорость реакции возрастает в V// / V= 2 раза. В) V///=K*4[H2]*(4[Br2])1/2 , скорость реакции возрастает в V// / V= 8 раз. 310. F2+ 2ClO2=2ClO2F, V=K*[F2]*[ClO2], Данная реакция является сложной, т.к. ее порядок (2) и молекулярность (3) не совпадают. При увеличении давления в 3 раза: V/ = K*3[F2]*3[ClO2], скорость реакции возрастает в V/ / V = 9 раз. 311. 2NO +2H2 = N2 + 2H2O, а) фиксируем концентрацию [H2] = 0,12 моль/л. При увеличении [NO] в 2 раза, скорость реакции возрастает в 4 раза, т.е. порядок по[NO] равен 2. б) фиксируем [NO] = 1,12 моль/л. При увеличении [H2] в 2 раза, скорость возрастает в 2 раза - порядок по [H2] = 1. Т.о. кинетическое уравнение имеет вид: V = K*[H2]1 *[NO]2. 312. SO2+2H2=S+2H2O, а) фиксируем концентрацию [SO2]=200. При увеличении [H2] в 2 раза, скорость реакции возрастает в 2 раза, т.е. порядок по[H2] равен 1. б) фиксируем [H2]=200. При увеличении [SO2] в 2 раза, скорость возрастает в 2 раза - порядок по [SO2]=1. Т.о. кинетическое уравнение имеет вид: V=K*[H2]1 *[SO2]1. 313. 2Co+3 + Tl+ = 2Co+2 + Tl+3, а) фиксируем концентрацию [Co+3] = 0,3моль/л. При увеличении [Tl+] в 2 раза, скорость реакции возрастает в 2 раза, т.е. порядок по [Tl+] равен 1. б) фиксируем [Tl+] = 0,1 моль/л. При увеличении [Co+3] в 3 раза, скорость возрастает в 3 раза - порядок по [Co+3] = 1. Т.о. кинетическое уравнение имеет вид: V = K*[ Co+3]1 *[Tl+]1. 314. CH3CHO = CH4+CO. При увеличении [CH3CHO] в 2 раза, скорость возрастает в 4 раза, т.е. порядок равен 2. V=K* [CH3CHO]2. 315. 2A+3B=A2B3. а) фиксируем концентрацию [A] = 0,20 моль/л. При увеличении [В] в 4 раза, скорость реакции возрастает в 4 раза, т.е. порядок по [В] равен 1. б) фиксируем [В] = 0,80 моль/л. Изменение [A] не приводит к изменению скорости. Т.о. кинетическое уравнение имеет вид: V = K*[В]1 . После увеличения давления в 2 раза V/ = K*2[В], скорость реакции возрастает в 2 раза: V/ / V = 2 раза. 316. 2NO+O2 = 2NO2, Кинетическое уравнение: V = K*[NO]2*[O2]1. 1.2*10-3 = К*0.32 *0.15, следовательно, К = 0,089 л2/моль2с. 317. H2+Y2 = 2HY, К = 0,16, [H2] = 0,04, [I2] = 0,05 моль/л. Vисх. = K*[H2]*[I2] = 0,16*0,04*0,05 = 3,2*10-4. Когда израсходовалась половина количества водорода, т.е. 0,02 моль/л, то израсходовалось столько же иода. Осталось 0,02 моль/л водорода и 0,03 моль/л иода. V/ = 0,16*0,02*0,03 = 9,6*10-5. 318. 2NO+Cl2 = 2NOCl, [NOисх.] = 0,4 моль/л, [Cl2 исх.] = 0,3 моль/л. V = K*[NO]2 * [Cl2] = К*0,42 *0,3 = 0,048К. Прореагировало 0,2 моль/л NO, следовательно, прореагировало 0,1 моль/л Cl2. Осталось 0,2 моль/л NO и 0,2 моль/л Cl2. V = K * 0,22 * 0,2 = 0,008 К. Скорость уменьшилась в 0,048/0,008 = 6 раз. 319. Согласно правилу Вант-Гоффа, при повышении температуры на 100 скорость реакции увеличивается в 2-4 раза. γ = 3, Т1 = 800С, Т2 = 1300С. V2/V1 = γТ2 -Т1 / 10 = 3130-80 /10 = 243. 320. Температурный коэффициент показывает, во сколько раз увеличивается скорость химической реакции при увеличении температуры на 10 градусов. γ = 3, ∆Т = 40, V2/V1 = γТ2 -Т1 / 10 = 340 /10 = 81. 321. Согласно правилу Вант-Гоффа, при повышении температуры на 100 скорость реакции увеличивается в 2-4 раза. γ = 1.8, V2/V1 = 50. ∆Т -? V2/V1 = γ ∆Т/10, 50 = 1.8 ∆Т/10, ln50 = ∆Т/10 *ln1.8, ∆Т = 66.50C. 322. Правило Вант-Гоффа выведено не из фундаментальных законов, а опытным путем, поэтому оно называется эмпирическим. Оно справедливо для всех реакций, кроме ферментативных и реакций третьего порядка. Т1 = 1000, Т2 = 1500, К1 = 6*10-4, К2 = 7.2*10-2. К2 / К1 = γ ∆Т / 10 , 7.2*10-2 / 6*10-4 = γ (150-100)/10 , γ = 2.6. 323. Т1=1200, Т2=1700, К1=5,9*10-4, К2=6,7*10-2. К2 / К1 = γ ∆Т / 10 , 6,7*10-2 / 5,9*10-4 = γ 170-120/10 , γ = 2,6. 324. γ1 = 3, γ2 = 4, при температуре Т1 : К1/ = К2/. При температуре Т2: К2// / К1// = 5. ∆Т -? К2 / К1 = γ ∆Т / 10 . К1// / К1/ = γ1 ∆Т / 10 (1) . К2// / К2/ = γ2 ∆Т / 10 (2). Разделим выражение (1) на выражение (2), получим: К1// / К2// = (γ1 ∆Т / 10) / (γ2 ∆Т / 10). 1/5 = (3 ∆Т / 10 ) / (4 ∆Т / 10 ). ln5 + (∆Т / 10) *ln3 = (∆Т / 10) * ln4, ∆Т = 560. 325. Уравнение Аррениуса определяет зависимость константы скорости химической реакции от температуры.  , К = К0 * е -Е а / RT . Т1 = 288К, К1 = 3,1*10-4. Т2 = 313 К, К2 = 8,2*10-3. ln(K2/K1) = Ea/R * (1/T1 - 1/T2). ln(8,2*10-3 / 3,1*10-4) = Еа / 8,31 * (1/288 - 1/313), следовательно, Еа = 98,14 кДж/моль. 326. Дополнительная энергия, необходимая для протекания между частицами химической реакции, называется энергией активации. Т1 = 673К, К1 = 2,2*10-4. Т2 = 973 К, К2 = 8,33. ln(K2/K1) = Ea/R * (1/T1 - 1/T2). ln(8,33 / 2,2*10-4) = Еа / 8,31 * (1/673 - 1/973), Еа = 191,4 кДж/моль. 327. Еа = 100 кДж/моль Т1 = 273К, К1 = 2,0*10-2. Т2 = 373 К, К2 = ?. ln(K2/K1) = Ea/R * (1/T1 - 1/T2). ln(К2 / 2,0*10-2) = 100000 / 8,31 * (1/273 - 1/373), К2 = 2712. 328. а) 2NO = N2 + O2, Еа = 290 кДж/моль Т1=300К, Т2=310 К, К2 / К1 = ?. ln(K2/K1) = Ea/R * (1/T1 - 1/T2). ln(К2 / К1) = 290000 / 8,31 * (1/300 - 1/310), К2 /К1 = 43. Б) 2NO + O2 = 2NО2, Еа = 10 кДж/моль Т1=300К, Т2=310 К, К2 / К1 = ?. ln(K2/K1) = Ea/R * (1/T1 - 1/T2). ln(К2 / К1) = 10000 / 8,31 * (1/300 - 1/310), К2 /К1 = 1,14. Изменение скоростей данных реакций не согласуется с правилом Вант-Гоффа. 329. ЕА1 = 184 кДж/моль, ЕА2 = 107 кДж/моль, пусть Т=400 К. К1 = К0 * е -Е А1 / RT , К2 = К0 * е -Е А2 / RT ,   , К2 / К1 =1,15*1010 раз.330.
|