Температурен коефициент на скоростта на химическа реакция (правило на Вант Хоф). Химична кинетика

Скоростта на химичната реакция зависи от температурата и с повишаването на температурата скоростта на реакцията се увеличава. Холандският учен Вант Хоф показа, че когато температурата се повиши с 10 градуса, скоростта на повечето реакции се увеличава 2-4 пъти;

VT 2 = VT 1 *y (T2-T1)/10

Където VT 2 и VT 1 са скоростите на реакцията при температури T 2 и T 1; y е температурният коефициент на скоростта на реакцията, който показва колко пъти се увеличава скоростта на реакцията с повишаване на температурата с 10K.

При концентрация на реагента от 1 mol/l скоростта на реакцията е числено равна на константата на скоростта k. Тогава уравнението показва, че константата на скоростта зависи от температурата по същия начин като скоростта на процеса.

3. Напишете вариант на реакцията на елиминиране (елиминиране) с освобождаване на халогеноводород.

C 2 H 5 Cl \u003d C 2 H 4 + HCl

Билет номер 4

1. Какво е "атомна маса", "молекулна маса", "мол вещество" и какво се приема като единица за атомна маса (a.m.u.)?

АТОМНА МАСА - масата на атома в единици за атомна маса (a.m.u.). за единица a. т. е. се приема 1/12 от масата на изотопа въглерод-12.

a.u.m. \u003d 1/12 m 12 6 C \u003d 1,66 * 10 -24

МОЛЕКУЛНА ТЕГЛО - Моларната маса на съединение, отнасяща се до 1/12 от моларната маса на въглерод-12 атом.

MOL - количеството вещество, съдържащо същия брой частици или структурни единици (атоми, йони, молекули, радикали, електрони, еквиваленти и т.н.), както в 12 а. e.m. изотоп въглерод-12.

Формулата за увеличаване на скоростта на реакцията в присъствието на катализатор.

Можете да промените стойността на Ea (енергия на активиране) с помощта на катализатори. Веществата, които участват, но не се изразходват в реакционния процес, се наричат ​​катализатори. Самото това явление се нарича катализа. Увеличаването на скоростта на реакцията в присъствието на катализатор се определя от формулата

В зависимост от това дали катализаторът е в същата фаза като реагентите или образува независима фаза, се говори за хомогенна или хетерогенна катализа. Механизмът на каталитично действие за тях не е еднакъв, но и в двата случая реакцията се ускорява поради намаляване на Ea. Има редица специфични катализатори - инхибитори, които намаляват скоростта на реакцията.

където са параметрите на каталитичния процес, V, k, Ea- некаталитичен процес.

Напишете реакциите на изгаряне на въглеродсъдържащи неорганични вещества в кислород, като посочите окислителя и редуктора, както и степента на окисление на въглерода преди и след реакцията.

C - редуциращ агент, процес на окисление

O - окислител, редукционен процес

Билет номер 5

1. Какво е "електроотрицателност", "валентност", "степен на окисление" на елемента и какви са основните правила за определянето им?

СЪСТОЯНИЕ НА ОКИСЛЕНИЕ - условният заряд на атом на даден елемент, получен при предположението, че съединението се състои от йони. Може да бъде положителен, отрицателен, нулев, дробен и се обозначава с арабска цифра със знак „+“ или „-“ под формата на горния десен индекс на символа на елемента: C 1-, O 2-, H + , Mg 2+, N 3-, N 5+, Cr 6+ .

За да се определи степента на окисление (s. o.) на елемент в съединение (йон), се използват следните правила:

1 В прости вещества (H2, S8, P4) p. относно. е равно на нула.

2 Постоянна p. относно. имат алкални (E+) и алкалоземни (E2+) елементи, както и флуор P-.

3 Водородът в повечето съединения има s. относно. H + (H2O, CH4, HC1), в хидриди - H-(-NaH, CaH2); с. относно. кислородът, като правило, е равен на -2 (O2-), в пероксиди (-O-O-) - 1 (O-).

4 В бинарни съединения на неметали, отрицателни p. относно. присвоен на елемента вдясно).

5 Алгебрична сума стр. относно. молекулата е нула, йонът - нейният заряд.

Способността на един атом да свързва или замества определен брой други атоми се нарича ВАЛЕНТНОСТ. Мярката за валентност е броят на водородните или кислородните атоми, свързани с даден елемент, при условие че водородът е едно-, а кислородът е двувалентен.

Правилото на Вант Хоф:

когато температурата се повиши с 10 градуса, скоростта на хомогенна химична реакция се увеличава 2-4 пъти.

където V2 е скоростта на реакцията при температура T2, V1 е скоростта на реакцията при температура T1, е температурният коефициент на реакцията (ако е равен на 2, например, тогава скоростта на реакцията ще се увеличи 2 пъти, когато температурата се повиши с 10 градуса).

От уравнението на Ван'т Хоф температурен коефициентизчислено по формулата:

Теорията на активните сблъсъци обобщава закономерностите зависимостта на скоростта на хим.р-и от температурата:

1. Не всички молекули могат да реагират, а само тези в специално активно състояние

2. Активирането на молекула възниква в резултат на биомолекулен сблъсък.

3. При сблъсък на частици с приблизително еднакво количество енергия, тя се преразпределя, в резултат на което енергията на една от молекулите достига стойност, съответстваща на енергията на активиране.

4. Влияние на температурата върху скоростта на реакцията: изместване на равновесието между обикновените и активните молекули към увеличаване на концентрацията на първите.

Енергиен профил на реакцията (графика на потенциалната енергия спрямо координатата на реакцията)

Енергия на активиране Ea- минималната допълнителна енергия, която трябва да бъде предадена на молекулата над нейната средна стойност, за да се направи хим. взаимодействие.

Уравнение на Арениусустановява зависимостта на константата на скоростта на химична реакция k от температурата T.

Тук A характеризира честотата на сблъсъци на реагиращи молекули, R е универсалната газова константа.

7. Катализа. Хомогенна и хетерогенна катализа. Характеристики на каталитичната активност на ензимите. Катализа-промяна в скоростта на химичните реакции в присъствието на вещества, които след завършване на реакцията остават непроменени по форма и количество. Увеличаването на скоростта на реакцията се нарича положителна катализа, намаляване - отрицателна катализа (или инхибиране). Катализаториназовава вещества, които предизвикват положителна катализа; вещества, които забавят реакциите инхибитори. Разграничете хомогенна и хетерогенна катализа.Ускоряването на реакцията на диспропорциониране на водороден пероксид във воден разтвор в присъствието на дихроматни йони е пример за хомогенна катализа (катализаторът образува една фаза с реакционната смес), а в присъствието на манганов (IV) оксид той е пример за хетерогенна катализа (воден разтвор на водороден прекис-течна фаза, манганов оксид - твърдо вещество). Катализаторите на биохимичните реакции имат белтъчен характер и се наричат ензими. Ензимите се различават от конвенционалните катализатори по няколко начина: 1) имат много по-висока каталитична ефективност; 2) висока специфичност, т.е. селективност на действието; 3) много ензими проявяват каталитична активност по отношение само на един субстрат; 4) ензимите показват максимална ефективност само при меки условия, характеризиращи се с малък диапазон от температури и рН стойности Ензимна активност = скорост на реакция от нулев порядък. 8. Химически баланс. Обратими и необратими по посока на реакцията. Химично равновесие: динамично състояние, при което скоростите на правата и обратната реакция са равни. Константа на равновесие: при постоянни външни условия в равновесие съотношението на произведението на концентрациите на продукта към произведението на концентрациите на реагентите, като се вземе предвид стехиометрията, е постоянна стойност, независима от химичния състав на системата. K c е свързано със стандарта на Гибс E чрез: Принципът на Льо Шателие:въздействието на някакъв фактор (t, c, p) върху равновесната система стимулира изместването на равновесието в такава посока, което допринася за възстановяването на първоначалните характеристики на системата. Условия на термодинамично равновесие: G 2 -G 1 \u003d 0S 2 -S 1 \u003d 0 Обратимо р-ция:при тези условия тече спонтанно както в права, така и в обратна посока .Преминаване през условия: - Слабо разтворима утайка - газ - слабо дисоцииращо вещество (вода) - стабилно комплексно съединение Необратим район: при дадени условия тече в една посока. Положението на химичното равновесие зависи от следните параметри на реакцията: температура, налягане и концентрация. Влиянието, което тези фактори оказват върху химичната реакция, зависи от модели, което е изразено в общи линии през 1884 г. от френския учен Льо Шателие. Съвременната формулировка на принципа на Le Chatelier е следната:

9. Ролята на водата и разтворите в живота. Термодинамика на разтварянето.Решениее хомогенна система с променлив състав от две или повече вещества в състояние на равновесие. Класификация: 1) претеглям(грубодисперсна система): суспензии (твърди вещества в течност) и емулсии (течност в течност) 2) колоиди, золи(фино дисперсни системи). Стойността на решенията в живота: много химични процеси протичат само ако участващите в тях вещества са в разтворено състояние. Най-важните биологични течности (кръв, лимфа, урина, слюнка, пот) са разтвори на соли, протеини, въглехидрати, липиди във вода. Усвояването на храната е свързано с прехода на хранителните вещества в разтворено състояние. Биохимичните реакции в живите организми протичат в разтвори. Биофлуидите участват в транспорта на хранителни вещества (мазнини, аминокиселини, кислород), лекарства до органи и тъкани, както и в отделянето на метаболити от тялото. В течните среди на тялото се поддържа постоянството на киселинността, концентрацията на соли и органични вещества (концентрационна хомеостаза). Най-често срещаният разтворител на нашата планета е вода. Водни елементи: превъзхожда всички вещества по своя топлинен капацитет; аномално поведение при охлаждане - водата кондензира, започва да потъва, след това се издига (всички други вещества потъват, когато са уплътнени); може да сублимира (сублимация на вода) - сублимация (при определени условия ледът може да се превърне в пара, без първо да се превърне в течна вода, т.е. без да се топи); водата разтваря всички вещества (единственият въпрос е колко?); висока диелектрична константа на водата (стойност, показваща колко пъти силата на взаимодействие между два заряда в дадено вещество е по-малка от тази във вакуум); висока критична температура; водата е амфолит (не киселина, не основна); участва в създаването на полимерни структури на тялото (протеини, липиди ...); основа на мембранния транспорт. Термодинамика на разтваряне: според 2-ри закон на термодинамиката при p, T=constвеществата могат спонтанно да се разтворят във всеки разтворител, ако в резултат на този процес енергията на Гибс на системата намалее, т.е. . G=(H - T S)<0 . (з- коефициент на енталпия, T Sе ентропийният фактор на разтваряне). При разтваряне на течни и твърди вещества С>0. Разтваряне на газове в течност С<0. Промяната на енталпията е алгебричната сума на промяната на енталпията H крв резултат на разрушаването на кристалната решетка и изменението на енталпията H солпоради солватация от частици разтворител зсол = зкр + З Sol . При разтваряне на газове енталпията з cr = 0, защото няма нужда да изразходвате енергия за разрушаване на кристалната решетка. По време на разтварянето както ентропията, така и енталпията могат да се променят. 10 . Идеално решение- енталпията на смесване е 0 (хомогенни смеси от въглеводороди; хипотетично решение, където равенството на всички сили на междумолекулно взаимодействие.) Константа на разтворимост или PR- това е произведението на концентрациите на йони на слабо разтворим електролит в наситен разтвор при дадена температура - постоянна стойност BaCO 3 \u003d Ba + CO 3, Ks \u003dУсловия на разтваряне и утаяванеУтаяване и разтваряне - обменни реакции, протичащи в електролитен разтвор ---1) Електролитът ще се утаи, ако продуктът на концентрацията на неговите йони в разтвора е по-голям от константата на разтворимост c (Ba) * c (CO 3)> Kpr 2) Неговата утайка ще се разтвори, ако всичко е обратното 11. Колигативни свойства на разтворите. Колигативни свойства на разтворите- това са техните свойства, които при дадени условия се оказват еднакви и независими от химическата природа на разтвореното вещество; свойства на разтворите, които зависят само от броя на кинетичните единици и от тяхното топлинно движение. Законът на Раул и неговите последствияПара в равновесие с течност се нарича наситена. Налягането на такава пара върху чист разтворител (p0) се нарича налягане или налягане на наситена пара на чист разтворител. Налягането на парите на разтвор, съдържащ нелетливо разтворено вещество, е право пропорционално на молната част на разтворителя в този разтвор: p = p0 χr-l, където p е налягането на парите над разтвора, PA; p0 е налягането на парите над чистия разтворител; χp-l е моларната част на разтворителя. За електролитни разтвори се използва малко по-различна форма на уравнението, което позволява добавяне на изотоничен коефициент към него: Δp = i p0 χv -va, където Δp е действителната промяна в налягането в сравнение с чист разтворител; χv-va е молната част на веществото в разтвора. От закона на Раул има две последствия. Според един от тях точката на кипене на разтвора е по-висока от точката на кипене на разтворителя. Това се дължи на факта, че налягането на наситените пари на разтворителя над разтвора става равно на атмосферното налягане (състояние на кипене на течност) при по-висока температура, отколкото в случая на чист разтворител. Увеличаването на точката на кипене Tboil е пропорционално на молалността на разтвора:. Tkip = Ke cmкъдето Ke е ебулиоскопската константа на разтворителя, cm е молалната концентрация второ разследванеот закона на Раулт температурата на замръзване (кристализация) на разтвор е по-ниска от температурата на замръзване (кристализация) на чист разтворител. Това се дължи на по-ниското налягане на парите на разтворителя над разтвора, отколкото над разтворителя. Намаляването на точката на замръзване (кристализация) Тzam е пропорционално на молалността на разтвора : Tzam = Kk cmкъдето Kk е криоскопичната константа на разтвора Понижаване на температурата на кристализация на разтворите Състояниекристализацията е равенството на налягането на наситените пари на разтворителя върху разтвора на налягането на парите върху твърдия разтворител. Тъй като налягането на парите на разтворител над разтвор винаги е по-ниско, отколкото над чист разтворител, това равенство винаги ще бъде постигнато при температура, по-ниска от точката на замръзване на разтворителя. И така, океанската вода започва да замръзва при температура около минус 2 ° C. Разликата между температурата на кристализация на разтворителя и температурата на началото на кристализацията на разтвора е намаляване на температурата на кристализация. Повишаване на точката на кипене на разтворите Течносткипи при температура, при която общото налягане на наситените пари става равно на външното налягане. налягането на наситените пари над разтвор при всяка температура ще бъде по-малко, отколкото над чист разтворител и равенство с неговото външно налягане ще бъде постигнато при по-висока температура. По този начин точката на кипене на разтвор на нелетливо вещество Т винаги е по-висока от точката на кипене на чист разтворител при същото налягане Т °.Повишаването на точката на кипене на безкрайно разредени разтвори на нелетливи вещества не зависи от природата на разтвореното вещество и е право пропорционална на моларната концентрация на разтвора. Спонтанното преминаване на разтворител през полупропусклива мембрана, разделяща разтвор и разтворител или два разтвора с различни концентрации на разтворено вещество, се нарича осмоза.Осмозата се дължи на дифузията на молекулите на разтворителя през полупропусклива бариера, която позволява преминаването само на молекули на разтворителя. Молекулите на разтворителя дифундират от разтворител в разтвор или от по-малко концентриран разтвор към по-концентриран. Осмозата се характеризира количествено осмотичното налягане, равна на силата на единица повърхностна площ и принуждаваща молекулите на разтворителя да проникнат през полупропусклива преграда. То е равно на налягането на колоната на разтвора в осмометъра с височина h. При равновесие външното налягане балансира осмотичното налягане. В този случай скоростите на директен и обратен преход на молекулите през полупропусклива преграда стават еднакви. Осмотичното налягане нараства с увеличаване на концентрацията и температурата на разтвореното вещество. Вант Хофпредполага, че за осмотичното налягане може да се приложи уравнението на състоянието на идеален газ: pV = nRT или p = (n/V) RT, откъдето p = с RT, където p е осмотичното налягане (kPa), c е моларната концентрация на разтвора. Осмотичното налягане е право пропорционално на моларната концентрация на разтвореното вещество и температурата. Осмозата играе много важна роля в биологичните процеси, осигурявайки притока на вода в клетки и други структури. Наричат ​​се разтвори с еднакво осмотично налягане изотоничен. Ако осмотичното налягане е по-високо от вътреклетъчното, то се нарича хипертонично, ако е по-ниско от вътреклетъчното се нарича хипотонично. Изотоничният коефициент (също коефициентът на van't Hoff; означен с i) е безразмерен параметър, който характеризира поведението на дадено вещество в разтвор. Числено е равно на съотношението на стойността на някакво колигативно свойство на разтвор на дадено вещество и стойността на същото колигативно свойство на неелектролит със същата концентрация, при непроменени други параметри на системата. Изоосмия- относително постоянство на осмотичното налягане в течните среди и тъканите на тялото, поради поддържането на концентрациите на съдържащите се в тях вещества на това ниво: електролити, протеини.Това е една от най-важните физиологични константи на тялото, при условие чрез механизмите на саморегулация (Хомеостаза). ХЕМОЛИЗА- разрушаване на червените кръвни клетки, придружено от освобождаване на хемоглобин от тях. Физическите причини включват действието на високи и ниски температури, ултразвук, химически - хемолитични отрови, някои лекарства и др. Хемолиза може да възникне при преливане на несъвместима кръв, въвеждане на хипотонични разтвори. Плазмолиза- когато клетките се поставят в хипертоничен разтвор, водата от клетките преминава в по-концентриран разтвор и се наблюдава набръчкване на клетките.

Елементи от теорията на електролитните разтвори. Силни и слаби електролити. Константа на йонизация на слаб електролит. Законът за размножаване на Оствалд. Йонна сила на разтвора. Активност и коефициент на активност на йони. Електролити в тялото, слюнка като електролит.

електролити- Това са вещества с йонни или силно полярни ковалентни връзки във водни разтвори, които претърпяват електролитна дисоциация, в резултат на което се образуват катиони и аниони.

Силни електролити- вещества, способни да се дисоциират напълно. Те включват повечето соли, както и някои вещества с молекулярна структура (HCl).

Слаби електролитидисоциират в незначителна степен, като преобладаващата им форма е молекулярна (H2S, органични киселини).

Количествено способността на молекулния електролит да се дисоциира се определя от степен на йонизация (зависи от концентрацията на електролита ):

където Ntot е общият брой молекули в разтвора; N йонизация е броят на молекулите, разложени на йони.

Константа на йонизация:

Където [A], [B] са разпаднали йони

- вещество, което не се е разпаднало на йони.

Закон за разреждане на Оствалд:

K= α 2 c/1- α,

Където α е степента на йонизация

C - моларна концентрация

Йонна сила на разтвора:

I=0.5∑s i z i 2,

Където c i е моларната концентрация на йона в разтвора, mol/l

z i е зарядът на йона.

Йонна активносте неговата ефективна концентрация.

Активността е свързана с моларната концентрация, както следва:

където f е фактор активност

електролити в тялото: Na и Clучастват в поддържането на киселинно-алкалния баланс, осмотичното равновесие в организма. Saиграе важна роля в изграждането на костната тъкан и зъбите, в регулирането на киселинността на кръвта и нейното съсирване, в възбудимостта на мускулната и нервната тъкан. Да сеНамира се главно в телесните течности и меките тъкани, където е необходим елемент за поддържане на осмотичното налягане и регулиране на pH на кръвта. мге кофактор в много ензимни реакции, необходим е на всички етапи на протеиновия синтез. в живите организми Feе важен микроелемент, който катализира процесите на обмен на кислород. Coе част от витамин B 12, участва в хемопоезата, функциите на нервната система и черния дроб, ензимните реакции. Znот съществено значение за метаболизма на витамин Е, участва в синтеза на различни анаболни хормони в тялото, включително инсулин, тестостерон и растежен хормон. Мнзасяга растежа, кръвообразуването и функцията на половите жлези.

Слюнката като електролите сложна биохимична среда. Броят на Н + и ОН йони "определя рН на слюнката, което обикновено е 6,9. Стойността на рН варира в зависимост от естеството на патологичния процес в устната кухина. Така при инфекциозни заболявания реакцията на слюнката е кисела. Слюнката съдържа хлорни аниони от неорганични вещества , бром, йод, флуор.Фосфатните, флуорните аниони допринасят за увеличаване на електрохимичните потенциали, хлорният анион - за прехвърлянето на йонни заряди и е деполяризатор (фактор, който ускорява анодните и катодните процеси). Микроелементите се определят в слюнката: желязо, мед, сребро, манган, алуминий и други - и макроелементите: калций, калий, натрий, магнезий, фосфор.

Задача 336.
При 150°C част от реакцията завършва за 16 минути. Приемайки температурния коефициент на скоростта на реакцията равен на 2,5, изчислете колко време ще завърши тази реакция, ако се проведе: а) при 20 0 °С; б) при 80°C.
Решение:
Според правилото на Вант Хоф зависимостта на скоростта от температурата се изразява с уравнението:

v t и k t - скоростта и скоростната константа на реакцията при температура t°C; v (t + 10) и k (t + 10) същите стойности при температура (t + 10 0 C); - температурен коефициент на скоростта на реакцията, чиято стойност за повечето реакции е в диапазона 2 - 4.

а) Като се има предвид, че скоростта на химична реакция при дадена температура е обратно пропорционална на продължителността на протичането й, заместваме данните, дадени в условието на задачата, във формула, която количествено изразява правилото на Вант Хоф, получаваме :

б) Тъй като тази реакция протича с понижаване на температурата, тогава при дадена температура скоростта на тази реакция е правопропорционална на продължителността на протичането й, ние заместваме данните, дадени в условието на проблема, във формула, която изразява количествено правило на ван'т Хоф, получаваме:

Отговор: а) при 200 0 С t2 = 9,8 s; б) при 80 0 С t3 = 162 h 1 min 16 s.

Задача 337.
Ще се промени ли стойността на константата на скоростта на реакцията: а) при смяна на един катализатор с друг; б) кога се променят концентрациите на реагентите?
Решение:
Константата на скоростта на реакцията е стойност, която зависи от природата на реагентите, от температурата и от наличието на катализатори и не зависи от концентрацията на реагентите. Тя може да бъде равна на скоростта на реакцията, когато концентрациите на реагентите са равни на единица (1 mol/l).

а) Когато един катализатор се замени с друг, скоростта на дадена химична реакция ще се промени или ще се увеличи. Ако се използва катализатор, скоростта на химическата реакция ще се увеличи, тогава съответно стойността на константата на скоростта на реакцията също ще се увеличи. Промяна в стойността на константата на скоростта на реакцията също ще настъпи, когато един катализатор се замени с друг, което ще увеличи или намали скоростта на тази реакция спрямо оригиналния катализатор.

б) Когато концентрацията на реагентите се промени, стойностите на скоростта на реакцията ще се променят и стойността на константата на скоростта на реакцията няма да се промени.

Задача 338.
Топлинният ефект на реакцията зависи ли от нейната енергия на активиране? Обосновете отговора.
Решение:
Топлинният ефект на реакцията зависи само от началното и крайното състояние на системата и не зависи от междинните етапи на процеса. Енергията на активиране е излишната енергия, която трябва да имат молекулите на веществата, за да може сблъсъкът им да доведе до образуването на ново вещество. Енергията на активиране може да се променя чрез повишаване или понижаване на температурата, съответно понижаване или повишаване. Катализаторите намаляват енергията на активиране, докато инхибиторите я понижават.

Така промяната в енергията на активиране води до промяна в скоростта на реакцията, но не и до промяна в топлината на реакцията. Топлинният ефект на реакцията е постоянна величина и не зависи от промяната на енергията на активиране на дадена реакция. Например, реакцията за образуване на амоняк от азот и водород е:

Тази реакция е екзотермична, > 0). Реакцията протича с намаляване на броя на моловете на реагиращите частици и броя на моловете на газообразните вещества, което води системата от по-малко стабилно състояние в по-стабилно, ентропията намалява,< 0. Данная реакция в обычных условиях не протекает (она возможна только при достаточно низких температурах). В присутствии катализатора энергия активации уменьшается, и скорость реакции возрастает. Но, как до применения катализатора, так и в присутствии его тепловой эффект реакции не изменяется, реакция имеет вид:

Задача 339.
За коя реакция, директна или обратна, енергията на активиране е по-голяма, ако директната реакция протича с отделяне на топлина?
Решение:
Разликата между енергиите на активиране на директните и обратните реакции е равна на топлинния ефект: H \u003d E a (pr.) - E a (arr.) . Тази реакция протича с отделяне на топлина, т.е. е екзотермичен,< 0 Исходя из этого, энергия активации прямой реакции имеет меньшее значение, чем энергия активации обратной реакции:
E a (пр.)< Е а(обр.) .

Отговор: E a (пр.)< Е а(обр.) .

Задача 340.
Колко пъти ще се увеличи скоростта на реакция, протичаща при 298 K, ако нейната енергия на активиране се намали с 4 kJ/mol?
Решение:
Нека означим намаляването на енергията на активиране с Ea, а константите на скоростта на реакцията преди и след намаляването на енергията на активиране съответно с k и k. Използвайки уравнението на Арениус, получаваме:

E a е енергията на активиране, k и k" са константите на скоростта на реакцията, T е температурата в K (298).
Замествайки данните от проблема в последното уравнение и изразявайки енергията на активиране в джаули, изчисляваме увеличението на скоростта на реакцията:

Отговор: 5 пъти.

Температура и скорост на реакцията

При фиксирана температура е възможна реакция, ако взаимодействащите молекули имат определено количество енергия. Арениус нарича това излишна енергия активираща енергия , и самите молекули активиран.

Според Арениус скоростната константа ки енергия за активиране Еаса свързани с връзка, наречена уравнение на Арениус:

Тук Ае предекспоненциалният фактор, Ре универсалната газова константа, Tе абсолютната температура.

Така при постоянна температура се определя скоростта на реакцията Еа. Колкото повече Еа, толкова по-малък е броят на активните молекули и толкова по-бавно протича реакцията. При намаляване Еаскоростта се увеличава и Еа= 0 реакцията протича мигновено.

Стойност Еахарактеризира природата на реагиращите вещества и се определя експериментално от зависимостта к = f(T). Записвайки уравнение (5.3) в логаритмична форма и решавайки го за константи при две температури, намираме Еа:

γ е температурният коефициент на скоростта на химичната реакция. Правилото на van't Hoff има ограничено приложение, тъй като стойността на γ зависи от температурата и извън региона Еа= 50–100 kJ ∙ mol–1 това правило изобщо не е изпълнено.

На фиг. 5.4 може да се види, че енергията, изразходвана за прехвърлянето на първоначалните продукти в активно състояние (A * - активиран комплекс), след това се преотдава напълно или частично по време на прехода към крайните продукти. Разликата между енергиите на първоначалните и крайните продукти определя Δ зреакция, която не зависи от енергията на активиране.

Така по пътя от началното състояние до крайното състояние системата трябва да преодолее енергийната бариера. Само активни молекули, притежаващи в момента на сблъсък необходимия енергиен излишък, равен на Еа, може да преодолее тази бариера и да влезе в химично взаимодействие. С повишаване на температурата делът на активните молекули в реакционната среда се увеличава.

Предекспоненциален множителАхарактеризира общия брой сблъсъци. За реакции с прости молекули Аблизо до теоретичната величина на сблъсъка З, т.е. А = Зизчислено от кинетичната теория на газовете. За сложни молекули А ≠ З, така че е необходимо да се въведе пространственият фактор П:

Тук Зе броят на всички сблъсъци, Пе делът на пространствено благоприятните сблъсъци (приема стойности от 0 до), е делът на активните, т.е. енергийно благоприятните сблъсъци.

Размерността на константата на скоростта се получава от връзката

Анализирайки израза (5.3), стигаме до извода, че има две основни възможности за ускоряване на реакцията:
а) повишаване на температурата,
б) намаляване на енергията на активиране.

Задачи и тестове по темата "Химична кинетика. Температура и скорост на реакцията"

• Скоростта на химична реакция. Катализатори - Класификация на химичните реакции и закономерностите на тяхното протичане 8–9 клас

  Уроци: 5 Задачи: 8 Теста: 1

Задача # 1. Взаимодействието със свободния кислород води до образуването на силно токсичен азотен диоксид / /, въпреки че тази реакция протича бавно при физиологични условия и при ниски концентрации не играе съществена роля в токсичното увреждане на клетките, но въпреки това патогенните ефекти се увеличават рязко с неговата хиперпродукция. Определете колко пъти се увеличава скоростта на взаимодействие на азотен оксид (II) с кислород, когато налягането в сместа от първоначални газове се удвои, ако скоростта на реакцията се описва с уравнението ?

Решение.

1. Удвояването на налягането е еквивалентно на удвояване на концентрацията ( с) и . Следователно скоростите на взаимодействие, съответстващи и ще приемат, в съответствие със закона за масовото действие, изразите: и

Отговор. Скоростта на реакция ще се увеличи 8 пъти.

Задача # 2. Смята се, че концентрацията на хлор (зеленикав газ с остра миризма) във въздуха над 25 ppm е опасна за живота и здравето, но има доказателства, че ако пациентът се е възстановил от остро тежко отравяне с този газ, тогава не се наблюдават остатъчни ефекти. Определете как ще се промени скоростта на реакцията: , протичаща в газовата фаза, ако се увеличи с коефициент 3: концентрация , концентрация , 3) ​​​​налягане / /?

Решение.

1. Ако означим концентрациите и съответно чрез и , то изразът за скоростта на реакцията ще приеме вида: .

2. След увеличаване на концентрациите с фактор 3, те ще бъдат равни за и за . Следователно изразът за скоростта на реакция ще приеме формата: 1) 2)

3. Следователно увеличаването на налягането увеличава концентрацията на газообразните реагенти със същото количество

4. Увеличаването на скоростта на реакцията спрямо първоначалната се определя съответно от съотношението: 1) , 2) , 3) .

Отговор. Скоростта на реакция ще се увеличи: 1) , 2) , 3) ​​пъти.

Задача №3. Как се променя скоростта на взаимодействие на изходните вещества при промяна на температурата от до, ако температурният коефициент на реакцията е 2,5?

Решение.

1. Температурният коефициент показва как скоростта на реакцията се променя с промяна на температурата за всеки (правило на Van't Hoff):.

2. Ако промяната на температурата е: , тогава като вземем предвид факта, че , получаваме: . Следователно, .

3. Според таблицата на антилогаритмите намираме: .

Отговор. При промяна на температурата (т.е. с повишаване) скоростта ще се увеличи с 67,7 пъти.

Задача №4. Изчислете температурния коефициент на скоростта на реакцията, като знаете, че с повишаването на температурата скоростта се увеличава с коефициент 128.

Решение.

1. Зависимостта на скоростта на химическата реакция от температурата се изразява чрез правилото на van't Hoff:

.Решавайки уравнението за , намираме: , . Следователно =2

Отговор. =2.

Задача номер 5. За една от реакциите бяха определени две скоростни константи: при 0,00670 и при 0,06857. Определете константата на скоростта на същата реакция при .

Решение.

1. Въз основа на две стойности на константите на скоростта на реакцията, използвайки уравнението на Арениус, ние определяме енергията на активиране на реакцията: . За този случай: От тук: J/mol.

2. Изчислете константата на скоростта на реакцията при , като използвате константата на скоростта при и уравнението на Арениус в изчисленията: . За този случай: и като се има предвид, че: , получаваме: . Следователно,

Отговор.

Изчисляване на константата на химичното равновесие и определяне на посоката на изместване на равновесието съгласно принципа на Le Chatelier .

Задача номер 6.Въглеродният диоксид / / за разлика от въглеродния оксид / / не нарушава физиологичните функции и анатомичната цялост на живия организъм и тяхното задушаващо действие се дължи само на наличието във високи концентрации и намаляването на процента на кислород във вдишвания въздух. Какво е равно на равновесна константа на реакцията / /: при температура, изразена чрез: а) парциални налягания на реагентите; б) техните моларни концентрации , като се знае, че съставът на равновесната смес се изразява в обемни фракции: , и , а общото налягане в системата е Pa?

Решение.

1. Парциалното налягане на газ е равно на общото налягане, умножено по обемната част на газа в сместа, така че:

2. Замествайки тези стойности в израза за равновесната константа, получаваме:

3. Връзката между и се установява на базата на уравнението на Менделеев Клапейрон за идеалните газове и се изразява с равенството: , където е разликата между броя на моловете газообразни реакционни продукти и газообразни изходни вещества. За тази реакция: Тогава: .

Отговор. татко .

Задача номер 7.В каква посока ще се измести равновесието при следните реакции:

3. ;

а) с повишаване на температурата, б) с намаляване на налягането, в) с увеличаване на концентрацията на водород?

Решение.

1. Химическото равновесие в системата се установява при постоянството на външните параметри (и т.н.). Ако тези параметри се променят, тогава системата напуска състоянието на равновесие и започва да преобладава пряката (вдясно) или обратната реакция (вляво). Влиянието на различни фактори върху изместването на равновесието е отразено в принципа на Le Chatelier.

2. Помислете за ефекта върху горните реакции на всичките 3 фактора, влияещи върху химичното равновесие.

а) С повишаване на температурата равновесието се измества към ендотермична реакция, т.е. реакция, протичаща с поглъщане на топлина. Първата и третата реакция са екзотермични / /, следователно с повишаване на температурата равновесието ще се измести към обратната реакция, а във втората реакция / / - към директната реакция.

б) При намаляване на налягането равновесието се измества към увеличаване на броя на моловете газове, т.е. към по-високо налягане. При 1-вата и 3-тата реакция лявата и дясната страна на уравнението ще имат еднакъв брой молове газове (съответно 2-2 и 1-1). Така че промяната в налягането няма да причиниравновесни промени в системата. Във втората реакция има 4 мола газове от лявата страна и 2 мола отдясно, следователно, когато налягането намалява, равновесието ще се измести към обратната реакция.

в) С увеличаване на концентрацията на реакционните компоненти равновесието се измества към тяхното потребление.При първата реакция водородът е в продуктите и увеличаването на концентрацията му ще засили обратната реакция, по време на която той се изразходва. Във 2-ра и 3-та реакция водородът е сред изходните вещества, следователно увеличаването на концентрацията му измества равновесието към реакцията, протичаща с потреблението на водород.

Отговор.

а) С повишаване на температурата в реакции 1 и 3 равновесието ще се измести наляво, а в реакция 2 - надясно.

б) Реакции 1 и 3 няма да бъдат засегнати от намаляване на налягането, а при реакция 2 равновесието ще бъде изместено наляво.

в) Повишаването на температурата в реакции 2 и 3 ще доведе до изместване на равновесието надясно, а в реакция 1 наляво.

1.2. Ситуационни задачи №№ от 7 до 21за консолидиране на материала (изпълнете в бележника на протокола).

Задача номер 8.Как ще се промени скоростта на окисление на глюкозата в тялото с намаляване на температурата от до, ако температурният коефициент на скоростта на реакцията е 4?

Задача номер 9.Като използвате приблизителното правило на Вант Хоф, изчислете колко трябва да се повиши температурата, така че скоростта на реакцията да се увеличи 80 пъти? Вземете температурния коефициент на скоростта равен на 3.

Задача номер 10.За да се спре практически реакцията, се използва бързо охлаждане на реакционната смес („замразяване на реакцията“). Определете колко пъти ще се промени скоростта на реакцията, когато реакционната смес се охлади от 40 до , ако температурният коефициент на реакцията е 2,7.

Задача номер 11.Изотоп, използван за лечение на определени тумори, има полуживот от 8,1 дни. След колко време съдържанието на радиоактивен йод в тялото на пациента ще намалее 5 пъти?

Задача номер 12.Хидролизата на някои синтетични хормони (фармацевтични) е реакция от първи ред с константа на скоростта 0,25 (). Как ще се промени концентрацията на този хормон след 2 месеца?

Задача номер 13.Периодът на полуразпад на радиоактивното е 5600 години. В живия организъм се поддържа постоянно количество поради метаболизма. В останките на мамут съдържанието е от оригинала. Кога е живял мамутът?

Задача номер 14.Полуживотът на инсектицида (пестицид, използван за борба с насекомите) е 6 месеца. Определено количество от него попадна в резервоара, където се установи концентрацията mol / l. Колко време отнема концентрацията на инсектицида да спадне до нивото mol/l?

Задача номер 15.Мазнините и въглехидратите се окисляват със забележима скорост при температура 450 - 500 °, а в живите организми - при температура 36 - 40 °. Каква е причината за рязкото намаляване на температурата, необходима за окисляване?

Задача номер 16.Водородният пероксид се разлага във водни разтвори на кислород и вода. Реакцията се ускорява както от неорганичен катализатор (йон), така и от биоорганичен (ензим каталаза). Енергията на активиране на реакцията в отсъствието на катализатор е 75,4 kJ/mol. Йонът го намалява до 42 kJ/mol, а ензимът каталаза го намалява до 2 kJ/mol. Изчислете съотношението на скоростите на реакцията при липса на катализатор в случаите на наличие на и каталаза. Какъв извод може да се направи за активността на ензима? Реакцията протича при температура 27 °C.

Задача номер 17Константа на скоростта на разпадане на пеницилин на уоки-токи J/mol.

1.3. тестови въпроси

1. Обяснете какво означават термините: скорост на реакцията, константа на скоростта?

2. Как се изразява средната и истинската скорост на химичните реакции?

3. Защо има смисъл да се говори за скоростта на химичните реакции само за даден момент от времето?

4. Формулирайте определението за обратими и необратими реакции.

5. Дефинирайте закона за действието на масите. Уравнението, изразяващо този закон, отразява ли зависимостта на скоростта на реакцията от природата на реагентите?

6. Как скоростта на реакцията зависи от температурата? Каква е енергията на активиране? Какво представляват активните молекули?

7. Какви фактори определят скоростта на хомогенна и хетерогенна реакция? Дай примери.

8. Какъв е редът и молекулярността на химичните реакции? В какви случаи не съвпадат?

9. Какви вещества се наричат ​​катализатори? Какъв е механизмът за ускоряване на действието на катализатора?

10. Какво е понятието "отравяне с катализатор"? Какви вещества се наричат ​​инхибитори?

11. Какво се нарича химично равновесие? Защо се нарича динамичен? Какви концентрации на реагентите се наричат ​​равновесни?

12. Какво се нарича константа на химичното равновесие? Зависи ли от природата на реагиращите вещества, тяхната концентрация, температура, налягане? Какви са характеристиките на математическата нотация за константата на равновесие в хетерогенни системи?

13. Каква е фармакокинетиката на лекарствата?

14. Процесите, протичащи с лекарството в организма, се характеризират количествено с редица фармакокинетични параметри. Дайте основните.