Θερμοκρασιακός συντελεστής ταχύτητας αντίδρασης. Ο κανόνας του Van't Hoff

Ο ρυθμός των χημικών αντιδράσεων αυξάνεται με την αύξηση της θερμοκρασίας. Η αύξηση του ρυθμού αντίδρασης με τη θερμοκρασία μπορεί να εκτιμηθεί χρησιμοποιώντας τον κανόνα van't Hoff. Σύμφωνα με τον κανόνα, μια αύξηση της θερμοκρασίας κατά 10 μοίρες αυξάνει τη σταθερά ταχύτητας της αντίδρασης κατά 2-4 φορές:

Αυτός ο κανόνας δεν πληρούται σε υψηλές θερμοκρασίες, όταν η σταθερά του ρυθμού σχεδόν δεν αλλάζει με τη θερμοκρασία.

Ο κανόνας του Van't Hoff σάς επιτρέπει να προσδιορίζετε γρήγορα την ημερομηνία λήξης ενός φαρμάκου. Η αύξηση της θερμοκρασίας αυξάνει τον ρυθμό αποσύνθεσης του φαρμάκου. Αυτό συντομεύει το χρόνο για τον προσδιορισμό της ημερομηνίας λήξης του φαρμάκου.

Η μέθοδος συνίσταται στο γεγονός ότι το φάρμακο διατηρείται σε υψηλή θερμοκρασία Τ για ορισμένο χρόνο tT, η ποσότητα του αποσυντεθειμένου φαρμάκου m βρίσκεται και υπολογίζεται εκ νέου σε μια τυπική θερμοκρασία αποθήκευσης 298 Κ. Θεωρώντας τη διαδικασία αποσύνθεσης του φαρμάκου ως αντίδραση πρώτης τάξης, ο ρυθμός εκφράζεται στην επιλεγμένη θερμοκρασία T και T = 298K:

Λαμβάνοντας υπόψη ότι η μάζα του αποσυντιθέμενου φαρμάκου είναι ίδια για τυπικές και πραγματικές συνθήκες αποθήκευσης, οι ρυθμοί αποσύνθεσης μπορούν να εκφραστούν με τις εξισώσεις:

Υποθέτοντας T=298+10n, όπου n = 1,2,3…,

Λάβετε την τελική έκφραση για τη διάρκεια ζωής του φαρμάκου υπό τυπικές συνθήκες 298K:

Θεωρία ενεργών συγκρούσεων. Ενέργεια ενεργοποίησης. Εξίσωση Arrhenius. Σχέση ταχύτητας αντίδρασης και ενέργειας ενεργοποίησης.

Η θεωρία των ενεργών συγκρούσεων διατυπώθηκε από τον S. Arrhenius το 1889. Αυτή η θεωρία βασίζεται στην ιδέα ότι για να συμβεί μια χημική αντίδραση, είναι απαραίτητη μια σύγκρουση μεταξύ των μορίων των αρχικών ουσιών και ο αριθμός των συγκρούσεων καθορίζεται από την ένταση της θερμικής κίνησης των μορίων, δηλ. εξαρτάται από τη θερμοκρασία. Αλλά δεν οδηγεί κάθε σύγκρουση μορίων σε χημικό μετασχηματισμό: μόνο η ενεργή σύγκρουση οδηγεί σε αυτόν.

Οι ενεργές συγκρούσεις είναι συγκρούσεις που συμβαίνουν, για παράδειγμα, μεταξύ των μορίων Α και Β με μεγάλη ποσότητα ενέργειας. Η ελάχιστη ποσότητα ενέργειας που πρέπει να έχουν τα μόρια των αρχικών ουσιών για να είναι ενεργή η σύγκρουσή τους ονομάζεται ενεργειακός φραγμός της αντίδρασης.

Η ενέργεια ενεργοποίησης είναι η περίσσεια ενέργειας που μπορεί να επικοινωνήσει ή να μεταφερθεί σε ένα mole μιας ουσίας.

Η ενέργεια ενεργοποίησης επηρεάζει σημαντικά την τιμή της σταθεράς του ρυθμού αντίδρασης και την εξάρτησή της από τη θερμοκρασία: όσο μεγαλύτερη είναι η Ea, τόσο χαμηλότερη είναι η σταθερά ταχύτητας και τόσο πιο σημαντικά την επηρεάζει η αλλαγή της θερμοκρασίας.

Η σταθερά του ρυθμού αντίδρασης σχετίζεται με την ενέργεια ενεργοποίησης με μια σύνθετη σχέση που περιγράφεται από την εξίσωση Arrhenius:

k=Ae–Ea/RT, όπου Α είναι ο προεκθετικός παράγοντας. Ea είναι η ενέργεια ενεργοποίησης, R είναι η καθολική σταθερά αερίου ίση με 8,31 j/mol. T είναι η απόλυτη θερμοκρασία.

Το e είναι η βάση των φυσικών λογαρίθμων.

Ωστόσο, οι παρατηρούμενες σταθερές ταχύτητας αντίδρασης είναι γενικά πολύ μικρότερες από αυτές που υπολογίζονται χρησιμοποιώντας την εξίσωση Arrhenius. Επομένως, η εξίσωση για τη σταθερά του ρυθμού αντίδρασης τροποποιείται ως εξής:

(μείον πριν από ολόκληρο το κλάσμα)

Ο πολλαπλασιαστής προκαλεί την εξάρτηση από τη θερμοκρασία της σταθεράς ρυθμού να διαφέρει από την εξίσωση Arrhenius. Εφόσον η ενέργεια ενεργοποίησης Arrhenius υπολογίζεται ως η κλίση της λογαριθμικής εξάρτησης του ρυθμού αντίδρασης από την αντίστροφη θερμοκρασία, τότε κάνουμε το ίδιο με την εξίσωση , παίρνουμε:

Χαρακτηριστικά ετερογενών αντιδράσεων. Ο ρυθμός των ετερογενών αντιδράσεων και οι παράγοντες που τον καθορίζουν. Περιοχές κινητικής και διάχυσης ετερογενών διεργασιών. Παραδείγματα ετερογενών αντιδράσεων που ενδιαφέρουν τη φαρμακευτική.

ΕΤΕΡΟΓΕΝΕΣ ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΙΣ, χημ. αντιδράσεις που περιλαμβάνουν ουσίες σε αποσύνθεση. φάσεις και αποτελούν μαζί ένα ετερογενές σύστημα. Τυπικές ετερογενείς αντιδράσεις: θερμικές. αποσύνθεση αλάτων για σχηματισμό αέριων και στερεών προϊόντων (π.χ. CaCO3 -> CaO + CO2), αναγωγή οξειδίων μετάλλων με υδρογόνο ή άνθρακα (π.χ. PbO + C -> Pb + CO), διάλυση μετάλλων σε οξέα (π.χ. Zn + + H2SO4 -> ZnSO4 + H2), αλληλεπίδραση. στερεά αντιδραστήρια (A12O3 + NiO -> NiAl2O4). Σε μια ειδική κατηγορία, διακρίνονται ετερογενείς καταλυτικές αντιδράσεις που συμβαίνουν στην επιφάνεια του καταλύτη. Στην περίπτωση αυτή, τα αντιδρώντα και τα προϊόντα μπορεί να μην βρίσκονται σε διαφορετικές φάσεις. Κατεύθυνση, στην αντίδραση N2 + + 3H2 -> 2NH3 που εμφανίζεται στην επιφάνεια ενός καταλύτη σιδήρου, τα αντιδρώντα και το προϊόν της αντίδρασης βρίσκονται στην αέρια φάση και σχηματίζουν ένα ομοιογενές σύστημα.

Τα χαρακτηριστικά των ετερογενών αντιδράσεων οφείλονται στη συμμετοχή συμπυκνωμένων φάσεων σε αυτές. Αυτό καθιστά δύσκολη την ανάμειξη και τη μεταφορά αντιδραστηρίων και προϊόντων. είναι δυνατή η ενεργοποίηση των μορίων του αντιδραστηρίου στη διεπαφή. Η κινητική κάθε ετερογενούς αντίδρασης ορίζεται ως ο ρυθμός της ίδιας της χημικής ουσίας. μετασχηματισμοί και διαδικασίες μεταφοράς (διάχυση) που είναι απαραίτητες για την αναπλήρωση της κατανάλωσης των αντιδρώντων και την απομάκρυνση των προϊόντων αντίδρασης από τη ζώνη αντίδρασης. Απουσία εμποδίων διάχυσης, ο ρυθμός μιας ετερογενούς αντίδρασης είναι ανάλογος με το μέγεθος της ζώνης αντίδρασης. Αυτό είναι το όνομα του ειδικού ρυθμού αντίδρασης που υπολογίζεται ανά μονάδα επιφάνειας (ή όγκου) της αντίδρασης. ζώνες, δεν αλλάζει χρονικά. για απλές (μονοβάθμιες) αντιδράσεις, μπορεί να είναι καθορίζεται με βάση τις ενεργούσες μάζες του νόμου. Αυτός ο νόμος δεν ικανοποιείται εάν η διάχυση των ουσιών εξελίσσεται πιο αργά από τη χημική. περιοχή; Στην περίπτωση αυτή, ο παρατηρούμενος ρυθμός της ετερογενούς αντίδρασης περιγράφεται από τις εξισώσεις της κινητικής διάχυσης.

Ο ρυθμός μιας ετερογενούς αντίδρασης είναι η ποσότητα μιας ουσίας που εισέρχεται σε μια αντίδραση ή σχηματίζεται κατά τη διάρκεια μιας αντίδρασης ανά μονάδα χρόνου ανά μονάδα επιφάνειας της επιφάνειας φάσης.

Παράγοντες που επηρεάζουν τον ρυθμό μιας χημικής αντίδρασης:

Η φύση των αντιδρώντων

Η συγκέντρωση των αντιδραστηρίων,

Θερμοκρασία,

Η παρουσία ενός καταλύτη.

Vheterog = Δp(S Δt), όπου Vheterog είναι ο ρυθμός αντίδρασης σε ένα ετερογενές σύστημα. n είναι ο αριθμός των mol οποιασδήποτε από τις ουσίες που προκύπτουν από την αντίδραση. V είναι ο όγκος του συστήματος. t - χρόνος; S είναι η επιφάνεια της φάσης στην οποία προχωρά η αντίδραση. Δ - πρόσημο αύξησης (Δp = p2 - p1; Δt = t2 - t1).

Πρόβλημα 336.
Στους 150°C, κάποια αντίδραση ολοκληρώνεται σε 16 λεπτά. Λαμβάνοντας τον συντελεστή θερμοκρασίας του ρυθμού αντίδρασης ίσο με 2,5, υπολογίστε πόσο καιρό θα τελειώσει αυτή η αντίδραση εάν εκτελεστεί: α) στους 20 0 °С; β) στους 80°C.
Λύση:
Σύμφωνα με τον κανόνα van't Hoff, η εξάρτηση της ταχύτητας από τη θερμοκρασία εκφράζεται με την εξίσωση:

v t και k t - η σταθερά ταχύτητας και ταχύτητας της αντίδρασης σε θερμοκρασία t°C. v (t + 10) και k (t + 10) οι ίδιες τιμές σε θερμοκρασία (t + 10 0 C). - ο συντελεστής θερμοκρασίας του ρυθμού αντίδρασης, η τιμή του οποίου για τις περισσότερες αντιδράσεις κυμαίνεται από 2 - 4.

α) Δεδομένου ότι ο ρυθμός μιας χημικής αντίδρασης σε μια δεδομένη θερμοκρασία είναι αντιστρόφως ανάλογος με τη διάρκεια της πορείας της, αντικαθιστούμε τα δεδομένα που δίνονται στην συνθήκη του προβλήματος με έναν τύπο που εκφράζει ποσοτικά τον κανόνα van't Hoff, παίρνουμε :

β) Επειδή αυτή η αντίδραση προχωρά με μείωση της θερμοκρασίας, τότε σε μια δεδομένη θερμοκρασία ο ρυθμός αυτής της αντίδρασης είναι ευθέως ανάλογος με τη διάρκεια της πορείας της, αντικαθιστούμε τα δεδομένα που δίνονται στην συνθήκη του προβλήματος με έναν τύπο που εκφράζει ποσοτικά το Κανόνας van't Hoff, παίρνουμε:

Απάντηση: α) σε 200 0 С t2 = 9,8 s; β) στους 80 0 С t3 = 162 h 1 min 16 s.

Πρόβλημα 337.
Θα αλλάξει η τιμή της σταθεράς ταχύτητας αντίδρασης: α) κατά την αντικατάσταση ενός καταλύτη με έναν άλλο; β) όταν αλλάζουν οι συγκεντρώσεις των αντιδρώντων;
Λύση:
Η σταθερά του ρυθμού αντίδρασης είναι μια τιμή που εξαρτάται από τη φύση των αντιδρώντων, τη θερμοκρασία και την παρουσία καταλυτών και δεν εξαρτάται από τη συγκέντρωση των αντιδρώντων. Μπορεί να είναι ίσος με τον ρυθμό αντίδρασης στην περίπτωση που οι συγκεντρώσεις των αντιδρώντων είναι ίσες με μονάδα (1 mol/l).

α) Όταν ένας καταλύτης αντικατασταθεί από έναν άλλο, ο ρυθμός μιας δεδομένης χημικής αντίδρασης θα αλλάξει ή θα αυξηθεί. Εάν χρησιμοποιηθεί ένας καταλύτης, ο ρυθμός μιας χημικής αντίδρασης θα αυξηθεί και, κατά συνέπεια, θα αυξηθεί και η τιμή της σταθεράς ταχύτητας αντίδρασης. Μια αλλαγή στην τιμή της σταθεράς ταχύτητας αντίδρασης θα συμβεί επίσης όταν ένας καταλύτης αντικατασταθεί από έναν άλλο, γεγονός που θα αυξήσει ή θα μειώσει τον ρυθμό αυτής της αντίδρασης σε σχέση με τον αρχικό καταλύτη.

β) Όταν αλλάξει η συγκέντρωση των αντιδρώντων, οι τιμές του ρυθμού αντίδρασης θα αλλάξουν και η τιμή της σταθεράς ταχύτητας αντίδρασης δεν θα αλλάξει.

Πρόβλημα 338.
Η θερμική επίδραση μιας αντίδρασης εξαρτάται από την ενέργεια ενεργοποίησής της; Να αιτιολογήσετε την απάντηση.
Λύση:
Η θερμική επίδραση της αντίδρασης εξαρτάται μόνο από την αρχική και τελική κατάσταση του συστήματος και δεν εξαρτάται από τα ενδιάμεσα στάδια της διαδικασίας. Η ενέργεια ενεργοποίησης είναι η περίσσεια ενέργειας που πρέπει να έχουν τα μόρια των ουσιών προκειμένου η σύγκρουσή τους να οδηγήσει στο σχηματισμό μιας νέας ουσίας. Η ενέργεια ενεργοποίησης μπορεί να αλλάξει ανεβάζοντας ή μειώνοντας τη θερμοκρασία, κατεβάζοντας ή αυξάνοντάς την αντίστοιχα. Οι καταλύτες μειώνουν την ενέργεια ενεργοποίησης, ενώ οι αναστολείς τη μειώνουν.

Έτσι, μια αλλαγή στην ενέργεια ενεργοποίησης οδηγεί σε αλλαγή στον ρυθμό αντίδρασης, αλλά όχι σε αλλαγή στη θερμότητα της αντίδρασης. Η θερμική επίδραση μιας αντίδρασης είναι μια σταθερή τιμή και δεν εξαρτάται από μια αλλαγή στην ενέργεια ενεργοποίησης για μια δεδομένη αντίδραση. Για παράδειγμα, η αντίδραση για το σχηματισμό αμμωνίας από άζωτο και υδρογόνο είναι:

Αυτή η αντίδραση είναι εξώθερμη, > 0). Η αντίδραση προχωρά με μείωση του αριθμού των μορίων των σωματιδίων που αντιδρούν και του αριθμού των γραμμομορίων αερίων ουσιών, γεγονός που φέρνει το σύστημα από μια λιγότερο σταθερή κατάσταση σε μια πιο σταθερή, η εντροπία μειώνεται,< 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:

Πρόβλημα 339.
Για ποια αντίδραση, άμεση ή αντίστροφη, είναι μεγαλύτερη η ενέργεια ενεργοποίησης αν η άμεση αντίδραση προχωρήσει με απελευθέρωση θερμότητας;
Λύση:
Η διαφορά μεταξύ των ενεργειών ενεργοποίησης της άμεσης και της αντίστροφης αντίδρασης είναι ίση με το θερμικό αποτέλεσμα: H \u003d E a (pr.) - E a (arr.) . Αυτή η αντίδραση προχωρά με την απελευθέρωση θερμότητας, δηλ. είναι εξώθερμος,< 0 Исходя из этого, энергия активации прямой реакции имеет меньшее значение, чем энергия активации обратной реакции:
Ε α(π.χ.)< Е а(обр.) .

Απάντηση:Ε α(π.χ.)< Е а(обр.) .

Πρόβλημα 340.
Πόσες φορές θα αυξηθεί ο ρυθμός μιας αντίδρασης που διεξάγεται στα 298 K εάν η ενέργεια ενεργοποίησής της μειωθεί κατά 4 kJ/mol;
Λύση:
Ας υποδηλώσουμε τη μείωση της ενέργειας ενεργοποίησης με Ea και τις σταθερές ρυθμού της αντίδρασης πριν και μετά τη μείωση της ενέργειας ενεργοποίησης, αντίστοιχα, με k και k. Χρησιμοποιώντας την εξίσωση Arrhenius, παίρνουμε:

Ea είναι η ενέργεια ενεργοποίησης, k και k" είναι οι σταθερές ταχύτητας αντίδρασης, T είναι η θερμοκρασία σε K (298).
Αντικαθιστώντας τα δεδομένα του προβλήματος στην τελευταία εξίσωση και, εκφράζοντας την ενέργεια ενεργοποίησης σε τζάουλ, υπολογίζουμε την αύξηση του ρυθμού αντίδρασης:

Απάντηση: 5 φορές.

Πρόβλημα 336.
Στους 150°C, κάποια αντίδραση ολοκληρώνεται σε 16 λεπτά. Λαμβάνοντας τον συντελεστή θερμοκρασίας του ρυθμού αντίδρασης ίσο με 2,5, υπολογίστε πόσο καιρό θα τελειώσει αυτή η αντίδραση εάν εκτελεστεί: α) στους 20 0 °С; β) στους 80°C.
Λύση:
Σύμφωνα με τον κανόνα van't Hoff, η εξάρτηση της ταχύτητας από τη θερμοκρασία εκφράζεται με την εξίσωση:

v t και k t - η σταθερά ταχύτητας και ταχύτητας της αντίδρασης σε θερμοκρασία t°C. v (t + 10) και k (t + 10) οι ίδιες τιμές σε θερμοκρασία (t + 10 0 C). - ο συντελεστής θερμοκρασίας του ρυθμού αντίδρασης, η τιμή του οποίου για τις περισσότερες αντιδράσεις κυμαίνεται από 2 - 4.

α) Δεδομένου ότι ο ρυθμός μιας χημικής αντίδρασης σε μια δεδομένη θερμοκρασία είναι αντιστρόφως ανάλογος με τη διάρκεια της πορείας της, αντικαθιστούμε τα δεδομένα που δίνονται στην συνθήκη του προβλήματος με έναν τύπο που εκφράζει ποσοτικά τον κανόνα van't Hoff, παίρνουμε :

β) Επειδή αυτή η αντίδραση προχωρά με μείωση της θερμοκρασίας, τότε σε μια δεδομένη θερμοκρασία ο ρυθμός αυτής της αντίδρασης είναι ευθέως ανάλογος με τη διάρκεια της πορείας της, αντικαθιστούμε τα δεδομένα που δίνονται στην συνθήκη του προβλήματος με έναν τύπο που εκφράζει ποσοτικά το Κανόνας van't Hoff, παίρνουμε:

Απάντηση: α) σε 200 0 С t2 = 9,8 s; β) στους 80 0 С t3 = 162 h 1 min 16 s.

Πρόβλημα 337.
Θα αλλάξει η τιμή της σταθεράς ταχύτητας αντίδρασης: α) κατά την αντικατάσταση ενός καταλύτη με έναν άλλο; β) όταν αλλάζουν οι συγκεντρώσεις των αντιδρώντων;
Λύση:
Η σταθερά του ρυθμού αντίδρασης είναι μια τιμή που εξαρτάται από τη φύση των αντιδρώντων, τη θερμοκρασία και την παρουσία καταλυτών και δεν εξαρτάται από τη συγκέντρωση των αντιδρώντων. Μπορεί να είναι ίσος με τον ρυθμό αντίδρασης στην περίπτωση που οι συγκεντρώσεις των αντιδρώντων είναι ίσες με μονάδα (1 mol/l).

α) Όταν ένας καταλύτης αντικατασταθεί από έναν άλλο, ο ρυθμός μιας δεδομένης χημικής αντίδρασης θα αλλάξει ή θα αυξηθεί. Εάν χρησιμοποιηθεί ένας καταλύτης, ο ρυθμός μιας χημικής αντίδρασης θα αυξηθεί και, κατά συνέπεια, θα αυξηθεί και η τιμή της σταθεράς ταχύτητας αντίδρασης. Μια αλλαγή στην τιμή της σταθεράς ταχύτητας αντίδρασης θα συμβεί επίσης όταν ένας καταλύτης αντικατασταθεί από έναν άλλο, γεγονός που θα αυξήσει ή θα μειώσει τον ρυθμό αυτής της αντίδρασης σε σχέση με τον αρχικό καταλύτη.

β) Όταν αλλάξει η συγκέντρωση των αντιδρώντων, οι τιμές του ρυθμού αντίδρασης θα αλλάξουν και η τιμή της σταθεράς ταχύτητας αντίδρασης δεν θα αλλάξει.

Πρόβλημα 338.
Η θερμική επίδραση μιας αντίδρασης εξαρτάται από την ενέργεια ενεργοποίησής της; Να αιτιολογήσετε την απάντηση.
Λύση:
Η θερμική επίδραση της αντίδρασης εξαρτάται μόνο από την αρχική και τελική κατάσταση του συστήματος και δεν εξαρτάται από τα ενδιάμεσα στάδια της διαδικασίας. Η ενέργεια ενεργοποίησης είναι η περίσσεια ενέργειας που πρέπει να έχουν τα μόρια των ουσιών προκειμένου η σύγκρουσή τους να οδηγήσει στο σχηματισμό μιας νέας ουσίας. Η ενέργεια ενεργοποίησης μπορεί να αλλάξει ανεβάζοντας ή μειώνοντας τη θερμοκρασία, κατεβάζοντας ή αυξάνοντάς την αντίστοιχα. Οι καταλύτες μειώνουν την ενέργεια ενεργοποίησης, ενώ οι αναστολείς τη μειώνουν.

Έτσι, μια αλλαγή στην ενέργεια ενεργοποίησης οδηγεί σε αλλαγή στον ρυθμό αντίδρασης, αλλά όχι σε αλλαγή στη θερμότητα της αντίδρασης. Η θερμική επίδραση μιας αντίδρασης είναι μια σταθερή τιμή και δεν εξαρτάται από μια αλλαγή στην ενέργεια ενεργοποίησης για μια δεδομένη αντίδραση. Για παράδειγμα, η αντίδραση για το σχηματισμό αμμωνίας από άζωτο και υδρογόνο είναι:

Αυτή η αντίδραση είναι εξώθερμη, > 0). Η αντίδραση προχωρά με μείωση του αριθμού των μορίων των σωματιδίων που αντιδρούν και του αριθμού των γραμμομορίων αερίων ουσιών, γεγονός που φέρνει το σύστημα από μια λιγότερο σταθερή κατάσταση σε μια πιο σταθερή, η εντροπία μειώνεται,< 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:

Πρόβλημα 339.
Για ποια αντίδραση, άμεση ή αντίστροφη, είναι μεγαλύτερη η ενέργεια ενεργοποίησης αν η άμεση αντίδραση προχωρήσει με απελευθέρωση θερμότητας;
Λύση:
Η διαφορά μεταξύ των ενεργειών ενεργοποίησης της άμεσης και της αντίστροφης αντίδρασης είναι ίση με το θερμικό αποτέλεσμα: H \u003d E a (pr.) - E a (arr.) . Αυτή η αντίδραση προχωρά με την απελευθέρωση θερμότητας, δηλ. είναι εξώθερμος,< 0 Исходя из этого, энергия активации прямой реакции имеет меньшее значение, чем энергия активации обратной реакции:
Ε α(π.χ.)< Е а(обр.) .

Απάντηση:Ε α(π.χ.)< Е а(обр.) .

Πρόβλημα 340.
Πόσες φορές θα αυξηθεί ο ρυθμός μιας αντίδρασης που διεξάγεται στα 298 K εάν η ενέργεια ενεργοποίησής της μειωθεί κατά 4 kJ/mol;
Λύση:
Ας υποδηλώσουμε τη μείωση της ενέργειας ενεργοποίησης με Ea και τις σταθερές ρυθμού της αντίδρασης πριν και μετά τη μείωση της ενέργειας ενεργοποίησης, αντίστοιχα, με k και k. Χρησιμοποιώντας την εξίσωση Arrhenius, παίρνουμε:

Ea είναι η ενέργεια ενεργοποίησης, k και k" είναι οι σταθερές ταχύτητας αντίδρασης, T είναι η θερμοκρασία σε K (298).
Αντικαθιστώντας τα δεδομένα του προβλήματος στην τελευταία εξίσωση και, εκφράζοντας την ενέργεια ενεργοποίησης σε τζάουλ, υπολογίζουμε την αύξηση του ρυθμού αντίδρασης:

Απάντηση: 5 φορές.

Εργασία # 1. Η αλληλεπίδραση με το ελεύθερο οξυγόνο οδηγεί στον σχηματισμό υψηλά τοξικού διοξειδίου του αζώτου //, αν και αυτή η αντίδραση προχωρά αργά υπό φυσιολογικές συνθήκες και σε χαμηλές συγκεντρώσεις δεν παίζει σημαντικό ρόλο στην τοξική κυτταρική βλάβη, αλλά, ωστόσο, οι παθογόνες επιδράσεις αυξάνονται απότομα με την υπερπαραγωγή του. Προσδιορίστε πόσες φορές αυξάνεται ο ρυθμός αλληλεπίδρασης του μονοξειδίου του αζώτου (II) με το οξυγόνο όταν η πίεση στο μείγμα των αρχικών αερίων διπλασιάζεται, εάν ο ρυθμός αντίδρασης περιγράφεται από την εξίσωση ?

Λύση.

1. Ο διπλασιασμός της πίεσης ισοδυναμεί με διπλασιασμό της συγκέντρωσης ( Με) και . Επομένως, οι ρυθμοί αλληλεπίδρασης που αντιστοιχούν και θα λάβουν, σύμφωνα με το νόμο της μαζικής δράσης, τις εκφράσεις: και

Απάντηση. Ο ρυθμός αντίδρασης θα αυξηθεί κατά 8 φορές.

Εργασία # 2. Πιστεύεται ότι η συγκέντρωση χλωρίου (πρασινωπό αέριο με έντονη οσμή) στον αέρα πάνω από 25 ppm είναι επικίνδυνη για τη ζωή και την υγεία, αλλά υπάρχουν ενδείξεις ότι εάν ο ασθενής έχει αναρρώσει από οξεία σοβαρή δηλητηρίαση με αυτό το αέριο, τότε δεν παρατηρούνται υπολειμματικά αποτελέσματα. Προσδιορίστε πώς θα αλλάξει ο ρυθμός αντίδρασης: , προχωρώντας στην αέρια φάση, εάν αυξηθεί κατά 3: συγκέντρωση , συγκέντρωση , 3) ​​πίεση / /;

Λύση.

1. Αν συμβολίσουμε τις συγκεντρώσεις και αντίστοιχα μέσω και , τότε η έκφραση για τον ρυθμό αντίδρασης θα έχει τη μορφή: .

2. Αφού αυξηθούν οι συγκεντρώσεις κατά 3, θα είναι ίσες για και για . Επομένως, η έκφραση για τον ρυθμό αντίδρασης θα έχει τη μορφή: 1) 2)

3. Η αύξηση της πίεσης αυξάνει τη συγκέντρωση των αερίων αντιδρώντων κατά την ίδια ποσότητα, επομένως

4. Η αύξηση του ρυθμού αντίδρασης σε σχέση με την αρχική καθορίζεται από την αναλογία, αντίστοιχα: 1) , 2) , 3) .

Απάντηση. Ο ρυθμός αντίδρασης θα αυξηθεί: 1), 2), 3) φορές.

Εργασία #3. Πώς αλλάζει ο ρυθμός αλληλεπίδρασης των αρχικών ουσιών με αλλαγή της θερμοκρασίας από σε εάν ο συντελεστής θερμοκρασίας της αντίδρασης είναι 2,5;

Λύση.

1. Ο συντελεστής θερμοκρασίας δείχνει πώς αλλάζει ο ρυθμός αντίδρασης με μια αλλαγή στη θερμοκρασία για κάθε (κανόνας van't Hoff):.

2. Εάν η μεταβολή της θερμοκρασίας είναι: , τότε λαμβάνοντας υπόψη το γεγονός ότι , παίρνουμε: . Ως εκ τούτου, .

3. Σύμφωνα με τον πίνακα των αντιλογαρίθμων βρίσκουμε: .

Απάντηση. Με μια αλλαγή στη θερμοκρασία (δηλαδή με αύξηση), η ταχύτητα θα αυξηθεί κατά 67,7 φορές.

Εργασία #4. Υπολογίστε τον συντελεστή θερμοκρασίας του ρυθμού αντίδρασης, γνωρίζοντας ότι καθώς αυξάνεται η θερμοκρασία, ο ρυθμός αυξάνεται κατά 128.

Λύση.

1. Η εξάρτηση του ρυθμού μιας χημικής αντίδρασης από τη θερμοκρασία εκφράζεται από τον εμπειρικό κανόνα van't Hoff:

.Λύνοντας την εξίσωση για , βρίσκουμε: , . Επομένως, =2

Απάντηση. =2.

Εργασία αριθμός 5. Για μία από τις αντιδράσεις, προσδιορίστηκαν δύο σταθερές ταχύτητας: στο 0,00670 και στο 0,06857. Προσδιορίστε τη σταθερά ταχύτητας της ίδιας αντίδρασης στο .

Λύση.

1. Με βάση δύο τιμές των σταθερών του ρυθμού αντίδρασης, χρησιμοποιώντας την εξίσωση Arrhenius, προσδιορίζουμε την ενέργεια ενεργοποίησης της αντίδρασης: . Για αυτήν την περίπτωση: Από εδώ: J/mol.

2. Υπολογίστε τη σταθερά ταχύτητας αντίδρασης στο , χρησιμοποιώντας τη σταθερά ταχύτητας στο και την εξίσωση Arrhenius στους υπολογισμούς: . Για αυτήν την περίπτωση: και λαμβάνοντας υπόψη ότι: , παίρνουμε: . Συνεπώς,

Απάντηση.

Υπολογισμός της σταθεράς χημικής ισορροπίας και προσδιορισμός της κατεύθυνσης μετατόπισης ισορροπίας σύμφωνα με την αρχή Le Chatelier .

Εργασία αριθμός 6.Το διοξείδιο του άνθρακα / / σε αντίθεση με το μονοξείδιο του άνθρακα / / δεν παραβιάζει τις φυσιολογικές λειτουργίες και την ανατομική ακεραιότητα ενός ζωντανού οργανισμού και η ασφυκτική τους δράση οφείλεται μόνο στην παρουσία σε υψηλή συγκέντρωση και στη μείωση του ποσοστού οξυγόνου στον εισπνεόμενο αέρα. Τι ισούται με σταθερά ισορροπίας αντίδρασης / /: σε θερμοκρασία που εκφράζεται ως εξής: α) μερικές πιέσεις των αντιδρώντων. β) τις μοριακές συγκεντρώσεις τους, γνωρίζοντας ότι η σύνθεση του μίγματος ισορροπίας εκφράζεται σε κλάσματα όγκου: , και , και η συνολική πίεση στο σύστημα είναι Pa;

Λύση.

1. Η μερική πίεση ενός αερίου είναι ίση με τη συνολική πίεση επί το κλάσμα όγκου του αερίου στο μείγμα, άρα:

2. Αντικαθιστώντας αυτές τις τιμές στην έκφραση της σταθεράς ισορροπίας, παίρνουμε:

3. Η σχέση μεταξύ και καθορίζεται με βάση την εξίσωση Mendeleev Clapeyron για τα ιδανικά αέρια και εκφράζεται με την ισότητα: , πού είναι η διαφορά μεταξύ του αριθμού των γραμμομορίων αέριων προϊόντων αντίδρασης και των αέριων αρχικών ουσιών. Για αυτή την αντίδραση: Επειτα: .

Απάντηση. Pa. .

Εργασία αριθμός 7.Προς ποια κατεύθυνση θα μετατοπιστεί η ισορροπία στις ακόλουθες αντιδράσεις:

3. ;

α) με αύξηση της θερμοκρασίας, β) με μείωση της πίεσης, γ) με αύξηση της συγκέντρωσης του υδρογόνου;

Λύση.

1. Η χημική ισορροπία στο σύστημα εδραιώνεται με τη σταθερότητα των εξωτερικών παραμέτρων (κ.λπ.). Εάν αλλάξουν αυτές οι παράμετροι, τότε το σύστημα φεύγει από την κατάσταση ισορροπίας και αρχίζει να επικρατεί η άμεση (στα δεξιά) ή η αντίστροφη αντίδραση (στα αριστερά). Η επίδραση διαφόρων παραγόντων στη μετατόπιση της ισορροπίας αντανακλάται στην αρχή του Le Chatelier.

2. Εξετάστε την επίδραση στις παραπάνω αντιδράσεις και των 3 παραγόντων που επηρεάζουν τη χημική ισορροπία.

α) Με την αύξηση της θερμοκρασίας, η ισορροπία μετατοπίζεται προς μια ενδόθερμη αντίδραση, δηλ. αντίδραση που λαμβάνει χώρα με την απορρόφηση της θερμότητας. Η 1η και η 3η αντίδραση είναι εξώθερμες //, επομένως, με αύξηση της θερμοκρασίας, η ισορροπία θα μετατοπιστεί προς την αντίστροφη αντίδραση και στη 2η αντίδραση // - προς την άμεση αντίδραση.

β) Όταν η πίεση μειώνεται, η ισορροπία μετατοπίζεται προς αύξηση του αριθμού των γραμμομορίων αερίων, δηλ. προς υψηλότερη πίεση. Στην 1η και 3η αντίδραση, η αριστερή και η δεξιά πλευρά της εξίσωσης θα έχουν τον ίδιο αριθμό γραμμομορίων αερίων (2-2 και 1-1, αντίστοιχα). Η αλλαγή της πίεσης λοιπόν δεν θα προκαλέσειαλλαγές ισορροπίας στο σύστημα. Στη 2η αντίδραση, υπάρχουν 4 mol αερίων στην αριστερή πλευρά και 2 moles στη δεξιά, επομένως, καθώς η πίεση μειώνεται, η ισορροπία θα μετατοπιστεί προς την αντίστροφη αντίδραση.

σε) Με την αύξηση της συγκέντρωσης των συστατικών της αντίδρασης, η ισορροπία μετατοπίζεται προς την κατανάλωσή τους.Στην 1η αντίδραση, το υδρογόνο βρίσκεται στα προϊόντα και η αύξηση της συγκέντρωσής του θα ενισχύσει την αντίστροφη αντίδραση, κατά την οποία καταναλώνεται. Στη 2η και 3η αντίδραση, το υδρογόνο είναι μια από τις αρχικές ουσίες, επομένως, η αύξηση της συγκέντρωσής του μετατοπίζει την ισορροπία προς την αντίδραση που προχωρά με την κατανάλωση υδρογόνου.

Απάντηση.

α) Με αύξηση της θερμοκρασίας στις αντιδράσεις 1 και 3, η ισορροπία θα μετατοπιστεί προς τα αριστερά και στην αντίδραση 2 - προς τα δεξιά.

β) Οι αντιδράσεις 1 και 3 δεν θα επηρεαστούν από μείωση της πίεσης και στην αντίδραση 2, η ισορροπία θα μετατοπιστεί προς τα αριστερά.

γ) Η αύξηση της θερμοκρασίας στις αντιδράσεις 2 και 3 θα επιφέρει μετατόπιση της ισορροπίας προς τα δεξιά και στην αντίδραση 1 προς τα αριστερά.

1.2. Εργασίες κατάστασης №№ από 7 έως 21για την εμπέδωση της ύλης (εκτελέστε στο τετράδιο πρωτοκόλλου).

Εργασία αριθμός 8.Πώς θα αλλάξει ο ρυθμός οξείδωσης της γλυκόζης στο σώμα με τη μείωση της θερμοκρασίας από σε αν ο συντελεστής θερμοκρασίας του ρυθμού αντίδρασης είναι 4;

Εργασία αριθμός 9.Χρησιμοποιώντας τον κατά προσέγγιση κανόνα van't Hoff, υπολογίστε πόσο πρέπει να αυξηθεί η θερμοκρασία ώστε ο ρυθμός αντίδρασης να αυξηθεί κατά 80 φορές; Πάρτε τον συντελεστή θερμοκρασίας ταχύτητας ίσο με 3.

Εργασία αριθμός 10.Για να σταματήσει πρακτικά η αντίδραση, χρησιμοποιείται ταχεία ψύξη του μείγματος της αντίδρασης («πάγωμα της αντίδρασης»). Προσδιορίστε πόσες φορές θα αλλάξει ο ρυθμός αντίδρασης όταν το μείγμα της αντίδρασης ψύχεται από 40 σε , εάν ο συντελεστής θερμοκρασίας της αντίδρασης είναι 2,7.

Εργασία αριθμός 11.Ένα ισότοπο που χρησιμοποιείται για τη θεραπεία ορισμένων όγκων έχει χρόνο ημιζωής 8,1 ημέρες. Μετά από ποιο χρονικό διάστημα η περιεκτικότητα σε ραδιενεργό ιώδιο στον οργανισμό του ασθενούς θα μειωθεί κατά 5 φορές;

Εργασία αριθμός 12.Η υδρόλυση κάποιας συνθετικής ορμόνης (φαρμακευτική) είναι αντίδραση πρώτης τάξης με σταθερά ταχύτητας 0,25 (). Πώς θα αλλάξει η συγκέντρωση αυτής της ορμόνης μετά από 2 μήνες;

Εργασία αριθμός 13.Ο χρόνος ημιζωής των ραδιενεργών είναι 5600 χρόνια. Σε έναν ζωντανό οργανισμό, μια σταθερή ποσότητα διατηρείται λόγω του μεταβολισμού. Στα απομεινάρια ενός μαμούθ, το περιεχόμενο ήταν από το πρωτότυπο. Πότε έζησε το μαμούθ;

Εργασία αριθμός 14.Ο χρόνος ημιζωής του εντομοκτόνου (εντομοκτόνο που χρησιμοποιείται για τον έλεγχο των εντόμων) είναι 6 μήνες. Μια ορισμένη ποσότητα μπήκε στη δεξαμενή, όπου καθορίστηκε η συγκέντρωση mol / l. Πόσος χρόνος χρειάζεται για να πέσει η συγκέντρωση του εντομοκτόνου στο επίπεδο mol/l;

Εργασία αριθμός 15.Τα λίπη και οι υδατάνθρακες οξειδώνονται με αξιοσημείωτο ρυθμό σε θερμοκρασία 450 - 500 ° και σε ζωντανούς οργανισμούς - σε θερμοκρασία 36 - 40 °. Ποιος είναι ο λόγος για την απότομη μείωση της θερμοκρασίας που απαιτείται για την οξείδωση;

Εργασία αριθμός 16.Το υπεροξείδιο του υδρογόνου αποσυντίθεται σε υδατικά διαλύματα σε οξυγόνο και νερό. Η αντίδραση επιταχύνεται τόσο από έναν ανόργανο καταλύτη (ιόν) όσο και από έναν βιοοργανικό (ένζυμο καταλάση). Η ενέργεια ενεργοποίησης της αντίδρασης απουσία καταλύτη είναι 75,4 kJ/mol. Το ιόν το μειώνει στα 42 kJ/mol και το ένζυμο καταλάση το μειώνει στα 2 kJ/mol. Υπολογίστε την αναλογία των ρυθμών αντίδρασης απουσία καταλύτη στις περιπτώσεις παρουσίας και καταλάσης. Τι συμπέρασμα μπορεί να εξαχθεί σχετικά με τη δραστηριότητα του ενζύμου; Η αντίδραση προχωρά σε θερμοκρασία 27 °C.

Εργασία αριθμός 17Σταθερά ρυθμού αποσύνθεσης της πενικιλίνης σε γουόκι-τόκι J/mol.

1.3. ερωτήσεις δοκιμής

1. Εξηγήστε τι σημαίνουν οι όροι: ταχύτητα αντίδρασης, σταθερά ταχύτητας;

2. Πώς εκφράζεται ο μέσος και πραγματικός ρυθμός των χημικών αντιδράσεων;

3. Γιατί έχει νόημα να μιλάμε για το ρυθμό των χημικών αντιδράσεων μόνο για μια δεδομένη χρονική στιγμή;

4. Διατυπώστε τον ορισμό των αναστρέψιμων και μη αναστρέψιμων αντιδράσεων.

5. Ορίστε το νόμο της μαζικής δράσης. Αντικατοπτρίζει η εξίσωση που εκφράζει αυτόν τον νόμο την εξάρτηση του ρυθμού αντίδρασης από τη φύση των αντιδρώντων;

6. Πώς εξαρτάται η ταχύτητα αντίδρασης από τη θερμοκρασία; Ποια είναι η ενέργεια ενεργοποίησης; Τι είναι τα ενεργά μόρια;

7. Ποιοι παράγοντες καθορίζουν την ταχύτητα μιας ομοιογενούς και ετερογενούς αντίδρασης; Δώσε παραδείγματα.

8. Ποια είναι η σειρά και η μοριακότητα των χημικών αντιδράσεων; Σε ποιες περιπτώσεις δεν ταιριάζουν;

9. Ποιες ουσίες ονομάζονται καταλύτες; Ποιος είναι ο μηχανισμός επιτάχυνσης της δράσης ενός καταλύτη;

10. Ποια είναι η έννοια της «δηλητηρίασης από καταλύτη»; Ποιες ουσίες ονομάζονται αναστολείς;

11. Τι ονομάζεται χημική ισορροπία; Γιατί λέγεται δυναμική; Ποιες συγκεντρώσεις αντιδρώντων ονομάζονται ισορροπία;

12. Τι ονομάζεται σταθερά χημικής ισορροπίας; Εξαρτάται από τη φύση των αντιδρώντων ουσιών, τη συγκέντρωσή τους, τη θερμοκρασία, την πίεση; Ποια είναι τα χαρακτηριστικά της μαθηματικής σημειογραφίας για τη σταθερά ισορροπίας σε ετερογενή συστήματα;

13. Ποια είναι η φαρμακοκινητική των φαρμάκων;

14. Οι διεργασίες που συμβαίνουν με το φάρμακο στον οργανισμό χαρακτηρίζονται ποσοτικά από έναν αριθμό φαρμακοκινητικών παραμέτρων. Δώστε τα κύρια.