จลนพลศาสตร์เคมี อุณหภูมิและอัตราการเกิดปฏิกิริยา

อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีส่วนใหญ่จะเพิ่มขึ้นตามอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น เนื่องจากความเข้มข้นของสารตั้งต้นแทบไม่ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ ดังนั้น ตามสมการจลน์ของปฏิกิริยา ผลกระทบหลักของอุณหภูมิต่ออัตราการเกิดปฏิกิริยาก็คือการเปลี่ยนแปลงค่าคงที่ของอัตราการเกิดปฏิกิริยา เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น พลังงานของอนุภาคที่ชนกันจะเพิ่มขึ้น และความน่าจะเป็นที่การเปลี่ยนแปลงทางเคมีจะเกิดขึ้นในระหว่างการชนจะเพิ่มขึ้น

การขึ้นอยู่กับอัตราการเกิดปฏิกิริยากับอุณหภูมิสามารถกำหนดได้ด้วยค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิ

ข้อมูลการทดลองผลกระทบของอุณหภูมิต่ออัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีหลายชนิดที่อุณหภูมิปกติ (273–373 เคลวิน) ในช่วงอุณหภูมิต่ำ พบว่าการเพิ่มอุณหภูมิ 10 องศาจะทำให้อัตราการเกิดปฏิกิริยาเพิ่มขึ้น 2-4 เท่า (รถตู้ ไม่ใช่กฎของฮอฟฟ์)

ตามที่ Van't Hoff- ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของอัตราคงที่(สัมประสิทธิ์แวนต์ฮอฟฟ์)คือการเพิ่มขึ้นของอัตราการเกิดปฏิกิริยาโดยอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นโดย 10องศา

(4.63)

โดยที่ และ เป็นค่าคงที่อัตราที่อุณหภูมิ และ ; - ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของอัตราการเกิดปฏิกิริยา

เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้นด้วย nหลายสิบองศา อัตราส่วนของอัตราคงที่จะเท่ากับ

ที่ไหน nอาจเป็นจำนวนเต็มหรือเศษส่วนก็ได้

กฎของแวนต์ ฮอฟฟ์ เป็นกฎโดยประมาณ ใช้งานได้ในช่วงอุณหภูมิที่แคบ เนื่องจากค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิเปลี่ยนแปลงไปตามอุณหภูมิ

การขึ้นต่อกันของค่าคงที่อัตราการเกิดปฏิกิริยากับอุณหภูมิที่แม่นยำยิ่งขึ้นจะแสดงโดยสมการอาร์เรเนียสกึ่งเชิงประจักษ์

โดยที่ A เป็นปัจจัยก่อนเลขชี้กำลังซึ่งไม่ได้ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ แต่ถูกกำหนดโดยประเภทของปฏิกิริยาเท่านั้น อี –พลังงานกระตุ้นของปฏิกิริยาเคมี พลังงานกระตุ้นสามารถแสดงเป็นพลังงานเกณฑ์ที่กำหนดลักษณะของความสูงของอุปสรรคพลังงานไปยังเส้นทางปฏิกิริยา พลังงานกระตุ้นยังไม่ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ

การพึ่งพาอาศัยกันนี้ก่อตั้งขึ้นเมื่อปลายศตวรรษที่ 19 นักวิทยาศาสตร์ชาวดัตช์ Arrhenius สำหรับปฏิกิริยาเคมีเบื้องต้น

พลังงานกระตุ้นโดยตรง ( อี 1) และย้อนกลับ ( อี 2) ปฏิกิริยามีความสัมพันธ์กับผลกระทบทางความร้อนของปฏิกิริยา D เอ็นอัตราส่วน (ดูรูปที่ 1):

อี 1 – อี 2 = ง เอ็น.

หากปฏิกิริยาเป็นแบบดูดความร้อนและ D ญ> 0 แล้ว อี 1 >อี 2 และพลังงานกระตุ้นของปฏิกิริยาไปข้างหน้ามากกว่าพลังงานย้อนกลับ ถ้าเกิดปฏิกิริยาคายความร้อนแล้ว อี 1 < Е 2 .

สมการอาร์เรเนียส (101) ในรูปแบบอนุพันธ์สามารถเขียนได้:

ตามสมการที่ว่ายิ่งพลังงานกระตุ้น E สูง อัตราการเกิดปฏิกิริยาจะเพิ่มขึ้นตามอุณหภูมิเร็วขึ้น

การแยกตัวแปร เคและ ตและกำลังพิจารณาอยู่ อีค่าคงที่หลังจากอินทิเกรตสมการ (4.66) เราได้:

ข้าว. 5. กราฟอิน เค–1/ต.

, (4.67)

โดยที่ A คือปัจจัยก่อนเลขชี้กำลังซึ่งมีมิติของค่าคงที่อัตรา หากสมการนี้ถูกต้องจากนั้นบนกราฟในพิกัดจุดทดลองจะอยู่บนเส้นตรงที่มุม a ถึงแกน abscissa และค่าสัมประสิทธิ์เชิงมุม () เท่ากับ ซึ่งทำให้สามารถคำนวณพลังงานกระตุ้นของ a ปฏิกิริยาเคมีจากการขึ้นกับอัตราคงที่ของอุณหภูมิตามสมการ

พลังงานกระตุ้นของปฏิกิริยาเคมีสามารถคำนวณได้จากอัตราคงที่ที่อุณหภูมิต่างกันสองค่าโดยใช้สมการ

. (4.68)

ที่มาทางทฤษฎีของสมการอาร์เรเนียสถูกสร้างขึ้นสำหรับปฏิกิริยาเบื้องต้น แต่ประสบการณ์แสดงให้เห็นว่าปฏิกิริยาที่ซับซ้อนส่วนใหญ่เป็นไปตามสมการนี้เช่นกัน อย่างไรก็ตาม สำหรับปฏิกิริยาที่ซับซ้อน พลังงานกระตุ้นและปัจจัยก่อนเลขชี้กำลังในสมการอาร์เรเนียสไม่มีความหมายทางกายภาพที่เฉพาะเจาะจง

สมการอาร์เรเนียส (4.67) ช่วยให้เราสามารถให้คำอธิบายที่น่าพอใจเกี่ยวกับปฏิกิริยาต่างๆ ในช่วงอุณหภูมิที่แคบได้

เพื่ออธิบายการขึ้นต่อกันของอัตราการเกิดปฏิกิริยากับอุณหภูมิ จึงใช้สมการอาร์เรเนียสที่แก้ไขแล้วด้วย

, (4.69)

ซึ่งมีพารามิเตอร์สามตัวอยู่แล้ว : ก, อีและ n.

สมการ (4.69) ใช้กันอย่างแพร่หลายสำหรับปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นในสารละลาย สำหรับปฏิกิริยาบางอย่าง การขึ้นต่อกันของค่าคงที่อัตราการเกิดปฏิกิริยากับอุณหภูมิจะแตกต่างจากการขึ้นต่อกันที่ให้ไว้ข้างต้น ตัวอย่างเช่น ในปฏิกิริยาลำดับที่ 3 ค่าคงที่ของอัตราจะลดลงตามอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น ในปฏิกิริยาลูกโซ่คายความร้อน ค่าคงที่ของอัตราการเกิดปฏิกิริยาจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วที่อุณหภูมิสูงกว่าขีดจำกัดที่กำหนด (การระเบิดด้วยความร้อน)

4.5.1. ตัวอย่างการแก้ปัญหา

ตัวอย่างที่ 1อัตราคงที่ของปฏิกิริยาบางอย่างเปลี่ยนไปตามอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นดังต่อไปนี้: ที 1 = 20°ซ;

เค 1 = 2.76 10 -4 นาที -1 ; ที 2 = 50 0 C; เค 2 = 137.4 10 -4 นาที -1 กำหนดค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของอัตราคงที่ของปฏิกิริยาเคมี

สารละลาย.กฎของแวนต์ ฮอฟฟ์ทำให้คุณสามารถคำนวณค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของอัตราคงที่จากความสัมพันธ์ได้

ก n= =2 ธ 4 โดยที่ n = = =3;

ก. 3 = =49.78 ก. = 3.68

ตัวอย่างที่ 2ใช้กฎของแวนต์ ฮอฟฟ์ คำนวณที่อุณหภูมิใดที่ปฏิกิริยาจะสิ้นสุดใน 15 นาที ถ้าที่อุณหภูมิ 20 0 C จะใช้เวลา 120 นาที ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของอัตราการเกิดปฏิกิริยาคือ 3

สารละลาย.แน่นอนว่ายิ่งเวลาตอบสนองสั้นลง ( ที) ยิ่งค่าคงที่ของอัตราการเกิดปฏิกิริยายิ่งมากขึ้น:

3n = 8, n ln3 = ln8, n== .

อุณหภูมิที่ปฏิกิริยาจะเสร็จสิ้นภายใน 15 นาทีคือ:

20 + 1.9×10 = 39 0 C

ตัวอย่างที่ 3อัตราคงที่สำหรับปฏิกิริยาสะพอนิฟิเคชันของเอทิลอะซิเตตกับสารละลายอัลคาไลที่อุณหภูมิ 282.4 K คือ 2.37 l 2 /mol 2 นาที และที่อุณหภูมิ 287.40 K จะเท่ากับ 3.2 l 2 /mol 2 นาที จงหาค่าคงที่อัตราของปฏิกิริยานี้คือ 4 ที่อุณหภูมิเท่าใด

สารละลาย.

1. เมื่อทราบค่าของอัตราคงที่ที่อุณหภูมิสองอุณหภูมิ คุณจะพบพลังงานกระตุ้นของปฏิกิริยา:

= = 40.8 กิโลจูล/โมล

2. รู้ค่าพลังงานกระตุ้นจากสมการอาร์เรเนียส

คำถามและงานเพื่อการควบคุมตนเอง

1. ปริมาณใดที่เรียกว่าพารามิเตอร์ “Arrhenius”

2.ต้องใช้ข้อมูลการทดลองขั้นต่ำเท่าใดในการคำนวณพลังงานกระตุ้นของปฏิกิริยาเคมี

3. แสดงว่าค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของอัตราคงที่ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ

4. มีการเบี่ยงเบนไปจากสมการอาร์เรเนียสหรือไม่? เราจะอธิบายการขึ้นต่อกันของอัตราคงที่ของอุณหภูมิในกรณีนี้ได้อย่างไร?

จลนพลศาสตร์ของปฏิกิริยาที่ซับซ้อน

ตามกฎแล้วปฏิกิริยาจะไม่ดำเนินการผ่านการโต้ตอบโดยตรงของอนุภาคเริ่มต้นทั้งหมดโดยการเปลี่ยนผ่านโดยตรงไปสู่ผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยา แต่ประกอบด้วยขั้นตอนพื้นฐานหลายขั้นตอน สิ่งนี้ใช้กับปฏิกิริยาเป็นหลักซึ่งตามสมการปริมาณสัมพันธ์มีอนุภาคมากกว่าสามตัวเข้ามามีส่วนร่วม อย่างไรก็ตาม แม้แต่ปฏิกิริยาของอนุภาคสองหรืออนุภาคเดียวก็มักจะไม่เป็นไปตามกลไกไบ-หรือโมโนโมเลกุลง่ายๆ แต่ในวิธีที่ซับซ้อนกว่า นั่นคือผ่านขั้นตอนเบื้องต้นหลายขั้นตอน

ปฏิกิริยาจะเรียกว่าซับซ้อนหากการใช้วัสดุตั้งต้นและการก่อตัวของผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยาเกิดขึ้นผ่านขั้นตอนเบื้องต้นจำนวนหนึ่ง ซึ่งอาจเกิดขึ้นพร้อมกันหรือตามลำดับ ยิ่งไปกว่านั้น บางขั้นตอนเกิดขึ้นด้วยการมีส่วนร่วมของสารที่ไม่ใช่ทั้งสารตั้งต้นหรือผลผลิตจากปฏิกิริยา (สารตัวกลาง)

เป็นตัวอย่างหนึ่งของปฏิกิริยาที่ซับซ้อน ให้พิจารณาคลอรีนของเอทิลีนเพื่อสร้างไดคลอโรอีเทน ปฏิสัมพันธ์โดยตรงจะต้องเกิดขึ้นผ่านคอมเพล็กซ์ที่มีสมาชิกสี่ส่วนซึ่งเกี่ยวข้องกับการเอาชนะอุปสรรคด้านพลังงานสูง ความเร็วของกระบวนการดังกล่าวต่ำ หากอะตอมก่อตัวขึ้นในระบบไม่ทางใดก็ทางหนึ่ง (เช่น ภายใต้อิทธิพลของแสง) กระบวนการก็สามารถเป็นไปตามกลไกลูกโซ่ได้ อะตอมเกาะติดกันได้ง่ายด้วยพันธะคู่เพื่อสร้างอนุมูลอิสระ - อนุมูลอิสระนี้สามารถฉีกอะตอมออกจากโมเลกุลเพื่อสร้างผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายได้อย่างง่ายดาย ส่งผลให้เกิดการสร้างอะตอมอิสระขึ้นใหม่

จากผลของทั้งสองขั้นตอนนี้ หนึ่งโมเลกุลและหนึ่งโมเลกุลจะถูกแปลงเป็นโมเลกุลผลิตภัณฑ์ - และอะตอมที่สร้างใหม่จะมีปฏิกิริยากับโมเลกุลเอทิลีนถัดไป ทั้งสองขั้นตอนมีพลังงานกระตุ้นต่ำ และเส้นทางนี้ช่วยให้แน่ใจว่าปฏิกิริยาดำเนินไปอย่างรวดเร็ว เมื่อคำนึงถึงความเป็นไปได้ของการรวมตัวกันอีกครั้งของอะตอมอิสระและอนุมูลอิสระ รูปแบบที่สมบูรณ์ของกระบวนการสามารถเขียนได้เป็น:

แม้จะมีความหลากหลาย แต่ปฏิกิริยาที่ซับซ้อนก็สามารถลดลงเหลือเพียงปฏิกิริยาที่ซับซ้อนหลายประเภทรวมกัน กล่าวคือ ปฏิกิริยาแบบขนาน ลำดับ และอนุกรม-ขนาน

ทั้งสองขั้นตอนเรียกว่า สม่ำเสมอถ้าอนุภาคที่ก่อตัวในระยะหนึ่งเป็นอนุภาคเริ่มต้นในอีกระยะหนึ่ง ตัวอย่างเช่น ในแผนภาพด้านบน ระยะที่หนึ่งและสองจะเป็นไปตามลำดับ:

.

ทั้งสองขั้นตอนเรียกว่า ขนานถ้าอนุภาคเดียวกันเข้ามามีส่วนร่วมกับอนุภาคตั้งต้นในทั้งสอง ตัวอย่างเช่น ในโครงการปฏิกิริยา ขั้นตอนที่สี่และห้าจะขนานกัน:

ทั้งสองขั้นตอนเรียกว่า ซีรีส์ขนานหากพวกมันขนานกันด้วยความเคารพต่อสิ่งหนึ่งและสอดคล้องกับอนุภาคอื่น ๆ ที่มีส่วนร่วมในขั้นตอนเหล่านี้

ตัวอย่างของระยะอนุกรม-ขนานคือระยะที่สองและสี่ของโครงร่างปฏิกิริยานี้

สัญญาณลักษณะที่แสดงว่าปฏิกิริยาเกิดขึ้นตามกลไกที่ซับซ้อนมีดังต่อไปนี้:

ลำดับปฏิกิริยาและสัมประสิทธิ์ปริมาณสัมพันธ์ไม่ตรงกัน

การเปลี่ยนแปลงองค์ประกอบของผลิตภัณฑ์ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ ความเข้มข้นเริ่มต้น และเงื่อนไขอื่นๆ

การเร่งหรือชะลอกระบวนการโดยการเติมสารจำนวนเล็กน้อยลงในส่วนผสมของปฏิกิริยา

อิทธิพลของวัสดุและขนาดของถังที่มีต่ออัตราการเกิดปฏิกิริยา ฯลฯ

ในการวิเคราะห์จลน์ของปฏิกิริยาที่ซับซ้อน หลักการของความเป็นอิสระถูกนำมาใช้: “หากปฏิกิริยาง่ายๆ หลายๆ ปฏิกิริยาเกิดขึ้นพร้อมๆ กันในระบบ ดังนั้นหลักจลน์ศาสตร์เคมีขั้นพื้นฐานจะถูกนำไปใช้กับปฏิกิริยาแต่ละปฏิกิริยา ราวกับว่าปฏิกิริยานี้เป็นปฏิกิริยาเดียวเท่านั้น” หลักการนี้สามารถกำหนดได้ดังนี้: “ค่าของอัตราคงที่ของปฏิกิริยาเบื้องต้นไม่ได้ขึ้นอยู่กับว่าปฏิกิริยาพื้นฐานอื่น ๆ เกิดขึ้นพร้อม ๆ กันในระบบที่กำหนดหรือไม่”

หลักการความเป็นอิสระใช้ได้กับปฏิกิริยาส่วนใหญ่ที่เกิดขึ้นตามกลไกที่ซับซ้อน แต่ไม่เป็นสากล เนื่องจากมีปฏิกิริยาที่ปฏิกิริยาง่ายๆ บางอย่างส่งผลต่อวิถีของปฏิกิริยาอื่นๆ (เช่น ปฏิกิริยาควบคู่)

หลักการของ การย้อนกลับของไมโครหรือ ยอดคงเหลือโดยละเอียด:

ถ้าสมดุลเคมีถูกสร้างขึ้นในกระบวนการที่ซับซ้อน อัตราของปฏิกิริยาไปข้างหน้าและปฏิกิริยาย้อนกลับจะต้องเท่ากันในแต่ละขั้นตอนเบื้องต้น

กรณีที่พบบ่อยที่สุดสำหรับปฏิกิริยาที่ซับซ้อนที่จะเกิดขึ้นคือเมื่อปฏิกิริยาดำเนินไปผ่านขั้นตอนง่ายๆ หลายขั้นตอนที่เกิดขึ้นในอัตราที่ต่างกัน ความแตกต่างของอัตรานำไปสู่ความจริงที่ว่าจลนศาสตร์ของการได้รับผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยาสามารถกำหนดได้ตามกฎของปฏิกิริยาเดียวเท่านั้น ตัวอย่างเช่น สำหรับปฏิกิริยาแบบขนาน ความเร็วของกระบวนการทั้งหมดถูกกำหนดโดยความเร็วของระยะที่เร็วที่สุด และสำหรับปฏิกิริยาต่อเนื่อง - ช้าที่สุด ดังนั้น เมื่อวิเคราะห์จลนพลศาสตร์ของปฏิกิริยาแบบขนานที่มีความแตกต่างอย่างมีนัยสำคัญในค่าคงที่ อัตราของระยะที่ช้าสามารถละเลยได้ และเมื่อวิเคราะห์ปฏิกิริยาแบบต่อเนื่อง ก็ไม่จำเป็นต้องกำหนดอัตราของปฏิกิริยาเร็ว

ในปฏิกิริยาต่อเนื่อง เรียกว่าปฏิกิริยาที่ช้าที่สุด การจำกัด ระยะจำกัดจะมีอัตราคงที่น้อยที่สุด

หากค่าคงที่อัตราของแต่ละขั้นตอนของปฏิกิริยาที่ซับซ้อนอยู่ใกล้ การวิเคราะห์แผนจลน์ทั้งหมดจึงเป็นสิ่งจำเป็น

การนำแนวคิดของขั้นตอนการกำหนดอัตรามาใช้ในหลายกรณี ช่วยให้การพิจารณาระบบดังกล่าวทางคณิตศาสตร์ง่ายขึ้น และอธิบายความจริงที่ว่าบางครั้งจลนพลศาสตร์ของปฏิกิริยาที่ซับซ้อนแบบหลายขั้นตอนนั้นอธิบายได้ดีด้วยสมการง่ายๆ เช่น ลำดับที่หนึ่ง

หมายเลขงาน 1. การทำปฏิกิริยากับออกซิเจนอิสระนำไปสู่การก่อตัวของไนโตรเจนไดออกไซด์ที่เป็นพิษสูง / / แม้ว่าปฏิกิริยานี้จะเกิดขึ้นอย่างช้าๆภายใต้สภาวะทางสรีรวิทยาและที่ความเข้มข้นต่ำไม่ได้มีบทบาทสำคัญในความเสียหายที่เป็นพิษต่อเซลล์อย่างไรก็ตามผลกระทบที่ทำให้เกิดโรคจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วตาม การผลิตมากเกินไป พิจารณาว่าอัตราการเกิดปฏิกิริยาระหว่างไนโตรเจนออกไซด์ (II) กับออกซิเจนเพิ่มขึ้นเป็นจำนวนเท่าใดเมื่อความดันในส่วนผสมของก๊าซตั้งต้นเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่า หากอัตราการเกิดปฏิกิริยา อธิบายโดยสมการ ?

สารละลาย.

1. การเพิ่มความดันเป็นสองเท่าเท่ากับการเพิ่มความเข้มข้นเป็นสองเท่า ( กับ) และ . ดังนั้น อัตราการโต้ตอบที่สัมพันธ์กับและจะใช้สำนวนตามกฎแห่งการกระทำโดยรวม: และ

คำตอบ. ความเร็วปฏิกิริยาจะเพิ่มขึ้น 8 เท่า

หมายเลขงาน 2. เชื่อกันว่าความเข้มข้นของคลอรีน (ก๊าซสีเขียว มีกลิ่นฉุน) ในอากาศที่สูงกว่า 25 ppm นั้นเป็นอันตรายต่อชีวิตและสุขภาพ แต่มีหลักฐานว่าหากผู้ป่วยหายจากพิษเฉียบพลันจากก๊าซนี้ จึงไม่มีผลกระทบตกค้าง พิจารณาว่าอัตราการเกิดปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นในเฟสก๊าซจะเปลี่ยนไปอย่างไรหากคุณเพิ่มขึ้น 3 เท่า: ความเข้มข้น, ความเข้มข้น, 3) ความดัน / /?

สารละลาย.

1. หากเราแสดงความเข้มข้นและตามลำดับโดย และ การแสดงออกของอัตราการเกิดปฏิกิริยาจะอยู่ในรูปแบบ: .

2. หลังจากเพิ่มความเข้มข้น 3 เท่า จะเท่ากัน สำหรับ และ สำหรับ ดังนั้น การแสดงออกของอัตราการเกิดปฏิกิริยาจะอยู่ในรูปแบบ: 1) 2)

3. ความดันที่เพิ่มขึ้นจะทำให้ความเข้มข้นของสารตั้งต้นที่เป็นก๊าซมีปริมาณเท่ากัน

4. การเพิ่มขึ้นของอัตราการเกิดปฏิกิริยาที่สัมพันธ์กับอัตราเริ่มต้นจะถูกกำหนดโดยอัตราส่วนตามลำดับ: 1) , 2) , 3) .

คำตอบ. อัตราการเกิดปฏิกิริยาจะเพิ่มขึ้น: 1) , 2) , 3) ​​​​เท่า

ปัญหาหมายเลข 3. อัตราอันตรกิริยาของสารตั้งต้นเปลี่ยนแปลงอย่างไรเมื่ออุณหภูมิเปลี่ยนจากเป็นถ้าค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของปฏิกิริยาเท่ากับ 2.5

สารละลาย.

1. ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิแสดงให้เห็นว่าอัตราการเกิดปฏิกิริยาเปลี่ยนแปลงไปอย่างไรกับการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิทุกครั้ง (กฎของแวนต์ ฮอฟฟ์):

2. หากอุณหภูมิเปลี่ยนแปลงคือ: จากนั้นคำนึงถึงข้อเท็จจริงที่ว่า เราได้รับ: . จากที่นี่, .

3. ใช้ตารางแอนติลอการิทึมที่เราพบ: .

คำตอบ. เมื่ออุณหภูมิเปลี่ยนแปลง (เช่น เพิ่มขึ้น) ความเร็วจะเพิ่มขึ้น 67.7 เท่า

ปัญหาหมายเลข 4. คำนวณค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของอัตราการเกิดปฏิกิริยา โดยรู้ว่าอัตราจะเพิ่มขึ้น 128 เท่าเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น

สารละลาย.

1. การขึ้นอยู่กับอัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีกับอุณหภูมิแสดงโดยกฎ van't Hoff เชิงประจักษ์:

. เมื่อแก้สมการสำหรับ เราพบว่า: , . ดังนั้น =2

คำตอบ. =2.

ปัญหาหมายเลข 5. สำหรับปฏิกิริยาใดปฏิกิริยาหนึ่ง มีการหาค่าคงที่อัตราสองค่า: ที่ 0.00670 และที่ 0.06857 จงหาค่าคงที่อัตราของปฏิกิริยาเดียวกันที่

สารละลาย.

1. ขึ้นอยู่กับค่าคงที่อัตราการเกิดปฏิกิริยาสองค่าโดยใช้สมการ Arrhenius เราจะหาพลังงานกระตุ้นของปฏิกิริยา: . สำหรับกรณีนี้: ดังนั้น: J/mol

2. คำนวณค่าคงที่ของอัตราการเกิดปฏิกิริยาที่ โดยใช้ค่าคงที่ของอัตราที่ และสมการอาร์เรเนียสในการคำนวณ: . ในกรณีนี้ และคำนึงถึงข้อเท็จจริงที่ว่า: , เราได้รับ: . เพราะฉะนั้น,

คำตอบ.

การคำนวณค่าคงที่สมดุลเคมีและการหาทิศทางของการเปลี่ยนแปลงสมดุลโดยใช้หลักการของเลอ ชาเตอลิเยร์ .

ภารกิจที่ 6คาร์บอนไดออกไซด์ // ซึ่งแตกต่างจากคาร์บอนมอนอกไซด์ / / ไม่ละเมิดการทำงานทางสรีรวิทยาและความสมบูรณ์ทางกายวิภาคของสิ่งมีชีวิตและผลกระทบที่ทำให้หายใจไม่ออกนั้นเกิดจากการมีความเข้มข้นสูงเท่านั้นและเปอร์เซ็นต์ของออกซิเจนในอากาศที่หายใจเข้าลดลง มันเท่ากับอะไร ค่าคงที่สมดุลปฏิกิริยา / /: ที่อุณหภูมิแสดงผ่าน: ก) แรงกดดันบางส่วนของสารที่ทำปฏิกิริยา; b) ความเข้มข้นของฟันกรามโดยรู้ว่าองค์ประกอบของส่วนผสมสมดุลแสดงเป็นเศษส่วนปริมาตร: และ และ และความดันรวมในระบบคือ Pa?

สารละลาย.

1. ความดันบางส่วนของก๊าซเท่ากับความดันรวมคูณด้วยปริมาตรเศษส่วนของก๊าซในส่วนผสม ดังนั้น:

2. แทนที่ค่าเหล่านี้เป็นนิพจน์สำหรับค่าคงที่สมดุลเราได้รับ:

3. ความสัมพันธ์ระหว่าง และ สร้างขึ้นบนพื้นฐานของสมการ Mendeleev-Clapeyron สำหรับก๊าซในอุดมคติ และแสดงด้วยความเท่าเทียมกัน: โดยที่คือความแตกต่างระหว่างจำนวนโมลของผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยาก๊าซและสารตั้งต้นที่เป็นก๊าซ สำหรับปฏิกิริยานี้: . แล้ว: .

คำตอบ. ป้า. .

ภารกิจที่ 7สมดุลจะเปลี่ยนไปในทิศทางใดในปฏิกิริยาต่อไปนี้:

3. ;

ก) เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น b) เมื่อความดันลดลง c) เมื่อความเข้มข้นของไฮโดรเจนเพิ่มขึ้น?

สารละลาย.

1. สมดุลเคมีในระบบถูกกำหนดขึ้นที่พารามิเตอร์ภายนอกคงที่ (ฯลฯ ) หากพารามิเตอร์เหล่านี้เปลี่ยนแปลง ระบบจะออกจากสภาวะสมดุลและปฏิกิริยาโดยตรง (ไปทางขวา) หรือปฏิกิริยาย้อนกลับ (ทางซ้าย) จะเริ่มมีอำนาจเหนือกว่า อิทธิพลของปัจจัยต่างๆ ที่มีต่อการเปลี่ยนแปลงของสมดุลสะท้อนให้เห็นในหลักการของเลอ ชาเตอลิเยร์

2. ให้เราพิจารณาอิทธิพลต่อปฏิกิริยาข้างต้นของปัจจัยทั้ง 3 ที่มีอิทธิพลต่อสมดุลเคมี

ก) เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น สมดุลจะเปลี่ยนไปสู่ปฏิกิริยาดูดความร้อน กล่าวคือ ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นกับการดูดซับความร้อน ปฏิกิริยาที่ 1 และ 3 เป็นแบบคายความร้อน / / ดังนั้นเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น สมดุลจะเปลี่ยนไปสู่ปฏิกิริยาย้อนกลับ และในปฏิกิริยาที่ 2 / / - ไปสู่ปฏิกิริยาไปข้างหน้า

b) เมื่อความดันลดลง สมดุลจะเปลี่ยนไปสู่การเพิ่มจำนวนโมลของก๊าซ เช่น ไปสู่ความกดดันที่มากขึ้น ในปฏิกิริยาที่ 1 และ 3 ด้านซ้ายและด้านขวาของสมการจะมีจำนวนโมลของก๊าซเท่ากัน (2-2 และ 1-1 ตามลำดับ) ดังนั้นการเปลี่ยนแปลงความดัน จะไม่ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของความสมดุลในระบบ ในปฏิกิริยาที่ 2 มีก๊าซ 4 โมลทางด้านซ้ายและ 2 โมลทางด้านขวา ดังนั้นเมื่อความดันลดลง สมดุลจะเปลี่ยนไปสู่ปฏิกิริยาย้อนกลับ

วี) เมื่อความเข้มข้นของส่วนประกอบของปฏิกิริยาเพิ่มขึ้น สมดุลจะเปลี่ยนไปสู่การบริโภคในปฏิกิริยาแรก มีไฮโดรเจนอยู่ในผลิตภัณฑ์ และการเพิ่มความเข้มข้นจะช่วยเพิ่มปฏิกิริยาย้อนกลับในระหว่างที่ไฮโดรเจนถูกใช้ไป ในปฏิกิริยาที่ 2 และ 3 ไฮโดรเจนเป็นหนึ่งในสารตั้งต้น ดังนั้นความเข้มข้นที่เพิ่มขึ้นจะเปลี่ยนสมดุลไปสู่ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นจากการใช้ไฮโดรเจน

คำตอบ.

ก) เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น สมดุลของปฏิกิริยา 1 และ 3 จะเลื่อนไปทางซ้ายและในปฏิกิริยา 2 จะเลื่อนไปทางขวา

b) ปฏิกิริยาที่ 1 และ 3 จะไม่ได้รับผลกระทบจากความดันที่ลดลง แต่ในปฏิกิริยาที่ 2 ความสมดุลจะเลื่อนไปทางซ้าย

c) การเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิในปฏิกิริยา 2 และ 3 จะทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของสมดุลไปทางขวาและในปฏิกิริยา 1 - ไปทางซ้าย

1.2. งานตามสถานการณ์หมายเลข 7 ถึง 21เพื่อรวมวัสดุ (ทำในสมุดบันทึกโปรโตคอล)

ภารกิจที่ 8อัตราการเกิดออกซิเดชันของกลูโคสในร่างกายจะเปลี่ยนไปอย่างไรเมื่ออุณหภูมิลดลงจาก เป็น ถ้าค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของอัตราการเกิดปฏิกิริยาเป็น 4

ปัญหาหมายเลข 9ใช้กฎ Van't Hoff โดยประมาณ โดยคำนวณว่าต้องเพิ่มอุณหภูมิเท่าใดเพื่อให้อัตราการเกิดปฏิกิริยาเพิ่มขึ้น 80 เท่า ใช้สัมประสิทธิ์ความเร็วอุณหภูมิเท่ากับ 3

ภารกิจที่ 10ในการหยุดปฏิกิริยาในทางปฏิบัติ จะใช้การทำให้ส่วนผสมของปฏิกิริยาเย็นลงอย่างรวดเร็ว (“การแช่แข็งปฏิกิริยา”) กำหนดจำนวนครั้งที่อัตราการเกิดปฏิกิริยาจะเปลี่ยนไปเมื่อส่วนผสมของปฏิกิริยาเย็นลงจาก 40 เป็น ถ้าค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของปฏิกิริยาคือ 2.7

ภารกิจที่ 11ไอโซโทปที่ใช้รักษาเนื้องอกบางชนิดมีครึ่งชีวิต 8.1 วัน ปริมาณกัมมันตภาพรังสีไอโอดีนในร่างกายของผู้ป่วยจะลดลง 5 เท่าหลังจากเวลาใด?

ภารกิจที่ 12การไฮโดรไลซิสของฮอร์โมนสังเคราะห์บางชนิด (ทางเภสัชกรรม) เป็นปฏิกิริยาลำดับที่หนึ่งโดยมีค่าคงที่อัตรา 0.25 () ความเข้มข้นของฮอร์โมนนี้จะเปลี่ยนไปอย่างไรหลังจากผ่านไป 2 เดือน?

ภารกิจที่ 13ครึ่งชีวิตของกัมมันตภาพรังสีคือ 5600 ปี ในสิ่งมีชีวิตจะมีการรักษาปริมาณคงที่เนื่องจากการเผาผลาญ ในซากแมมมอธมีเนื้อหาเหมือนกับต้นฉบับ พิจารณาว่าแมมมอ ธ อาศัยอยู่เมื่อใด?

ปัญหาหมายเลข 14ครึ่งชีวิตของยาฆ่าแมลง (ยาฆ่าแมลงที่ใช้ควบคุมแมลง) คือ 6 เดือน สารในปริมาณหนึ่งจะเข้าสู่แหล่งกักเก็บ ซึ่งความเข้มข้นของโมล/ลิตรถูกกำหนดไว้แล้ว ความเข้มข้นของยาฆ่าแมลงจะลดลงถึงระดับโมล/ลิตร ใช้เวลานานเท่าใด?

ภารกิจที่ 15ไขมันและคาร์โบไฮเดรตออกซิไดซ์ในอัตราที่เห็นได้ชัดเจนที่อุณหภูมิ 450 - 500 °และในสิ่งมีชีวิต - ที่อุณหภูมิ 36 - 40 ° อะไรคือสาเหตุของอุณหภูมิที่ลดลงอย่างรวดเร็วที่จำเป็นสำหรับการเกิดออกซิเดชัน?

ปัญหาหมายเลข 16ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์สลายตัวในสารละลายที่เป็นน้ำให้เป็นออกซิเจนและน้ำ ปฏิกิริยาจะถูกเร่งโดยทั้งตัวเร่งปฏิกิริยาอนินทรีย์ (ไอออน) และตัวเร่งปฏิกิริยาทางชีวภาพ (เอนไซม์ตัวเร่งปฏิกิริยา) พลังงานกระตุ้นของปฏิกิริยาเมื่อไม่มีตัวเร่งปฏิกิริยาคือ 75.4 กิโลจูล/โมล ไอออนจะลดลงเหลือ 42 กิโลจูล/โมล และเอนไซม์คาตาเลสลดลงเหลือ 2 กิโลจูล/โมล คำนวณอัตราส่วนของอัตราการเกิดปฏิกิริยาในกรณีที่ไม่มีตัวเร่งปฏิกิริยาเมื่อมีตัวเร่งปฏิกิริยา สรุปกิจกรรมของเอนไซม์ได้อะไรบ้าง? ปฏิกิริยาเกิดขึ้นที่อุณหภูมิ 27 °C

ปัญหาหมายเลข 17ค่าคงที่อัตราการสลายตัวของเพนิซิลลินสำหรับเครื่องส่งรับวิทยุ เจ/โมล

1.3. คำถามควบคุม

1. อธิบายว่าคำต่างๆ หมายถึงอะไร: อัตราการเกิดปฏิกิริยา อัตราคงที่?

2. อัตราเฉลี่ยของปฏิกิริยาเคมีแสดงออกมาอย่างไร?

3. เหตุใดจึงสมเหตุสมผลที่จะพูดถึงอัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีในช่วงเวลาใดเวลาหนึ่งเท่านั้น

4. กำหนดคำจำกัดความของปฏิกิริยาที่ย้อนกลับได้และไม่สามารถย้อนกลับได้

5. กำหนดกฎแห่งการกระทำมวลชน ในความเท่าเทียมกันที่แสดงกฎนี้ การขึ้นอยู่กับอัตราการเกิดปฏิกิริยากับธรรมชาติของสารตั้งต้นจะสะท้อนให้เห็นหรือไม่

6. อัตราการเกิดปฏิกิริยาขึ้นอยู่กับอุณหภูมิอย่างไร? พลังงานกระตุ้นเรียกว่าอะไร? โมเลกุลที่ใช้งานอยู่คืออะไร?

7. อัตราของปฏิกิริยาที่เป็นเนื้อเดียวกันและต่างกันขึ้นอยู่กับปัจจัยใดบ้าง? ยกตัวอย่าง.

8. ปฏิกิริยาเคมีมีลำดับและโมเลกุลอย่างไร? ไม่ตรงกันในกรณีใดบ้าง?

9. สารอะไรที่เรียกว่าตัวเร่งปฏิกิริยา? กลไกของการเร่งปฏิกิริยาของตัวเร่งปฏิกิริยาคืออะไร?

10. แนวคิดของ “พิษจากตัวเร่งปฏิกิริยา” คืออะไร? สารอะไรที่เรียกว่าสารยับยั้ง?

11. สมดุลเคมีเรียกว่าอะไร? ทำไมจึงเรียกว่าไดนามิก? สารตั้งต้นมีความเข้มข้นเท่าใดเรียกว่าสมดุล

12. ค่าคงที่สมดุลเคมีเรียกว่าอะไร? ขึ้นอยู่กับลักษณะของสารที่ทำปฏิกิริยา ความเข้มข้น อุณหภูมิ ความดัน หรือไม่? อะไรคือคุณสมบัติของสัญกรณ์ทางคณิตศาสตร์สำหรับค่าคงที่สมดุลในระบบที่ต่างกัน?

13. เภสัชจลนศาสตร์ของยาคืออะไร?

14. กระบวนการที่เกิดขึ้นกับยาในร่างกายนั้นมีลักษณะเชิงปริมาณด้วยพารามิเตอร์ทางเภสัชจลนศาสตร์จำนวนหนึ่ง ให้หลักๆ..

จากการพิจารณาเชิงคุณภาพเป็นที่ชัดเจนว่าอัตราการเกิดปฏิกิริยาควรเพิ่มขึ้นตามอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นเพราะว่า ในเวลาเดียวกัน พลังงานของอนุภาคที่ชนกันจะเพิ่มขึ้น และความน่าจะเป็นที่การเปลี่ยนแปลงทางเคมีจะเกิดขึ้นในระหว่างการชนจะเพิ่มขึ้น ในการอธิบายผลกระทบของอุณหภูมิในจลนศาสตร์เคมีในเชิงปริมาณ จะใช้ความสัมพันธ์หลักสองประการ ได้แก่ กฎแวนต์ ฮอฟฟ์ และสมการอาร์เรเนียส

กฎของแวนต์ ฮอฟฟ์คือเมื่อได้รับความร้อน 10 o C อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีส่วนใหญ่จะเพิ่มขึ้น 2 ถึง 4 เท่า ในทางคณิตศาสตร์ หมายความว่าอัตราการเกิดปฏิกิริยาขึ้นอยู่กับอุณหภูมิในลักษณะของกฎกำลัง:

, (4.1)

ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของความเร็วอยู่ที่ไหน ( = 24) กฎของแวนต์ ฮอฟฟ์นั้นหยาบมากและใช้ได้เฉพาะในช่วงอุณหภูมิที่จำกัดมากเท่านั้น

แม่นยำกว่ามากคือ สมการอาร์เรเนียสอธิบายการขึ้นต่อกันของอุณหภูมิของอัตราคงที่:

, (4.2)

ที่ไหน ร- ค่าคงที่ก๊าซสากล ก- ปัจจัยก่อนเอ็กซ์โปเนนเชียล ซึ่งไม่ได้ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ แต่ถูกกำหนดโดยประเภทของปฏิกิริยาเท่านั้น อี เอ - พลังงานกระตุ้นซึ่งสามารถระบุได้ว่าเป็นพลังงานเกณฑ์ที่แน่นอน กล่าวโดยคร่าวๆ หากพลังงานของการชนกันของอนุภาคน้อยกว่า อี เอจากนั้นในระหว่างการชน ปฏิกิริยาจะไม่เกิดขึ้นหากมีพลังงานเกิน อี เอก็จะเกิดปฏิกิริยาขึ้น พลังงานกระตุ้นไม่ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ

การพึ่งพาแบบกราฟิก เค(ต) ดังนี้:

ที่อุณหภูมิต่ำ ปฏิกิริยาเคมีแทบจะไม่เกิดขึ้น: เค(ต) 0. ที่อุณหภูมิสูงมาก ค่าคงที่ของอัตรามีแนวโน้มที่จะเป็นค่าจำกัด: เค(ต)ก. สิ่งนี้สอดคล้องกับความจริงที่ว่าโมเลกุลทั้งหมดมีปฏิกิริยาทางเคมีและการชนทุกครั้งจะส่งผลให้เกิดปฏิกิริยา

พลังงานกระตุ้นสามารถกำหนดได้โดยการวัดอัตราคงที่ที่อุณหภูมิสองอุณหภูมิ จากสมการ (4.2) จะได้ดังนี้:

. (4.3)

แม่นยำยิ่งขึ้นพลังงานกระตุ้นจะถูกกำหนดจากค่าของอัตราคงที่ที่อุณหภูมิหลายอุณหภูมิ เมื่อต้องการทำเช่นนี้ สมการอาร์เรเนียส (4.2) ถูกเขียนในรูปแบบลอการิทึม

และบันทึกข้อมูลการทดลองในพิกัด ln เค - 1/ต. แทนเจนต์ของมุมเอียงของเส้นตรงที่เกิดขึ้นจะเท่ากับ - อี เอ / ร.

สำหรับปฏิกิริยาบางอย่าง ปัจจัยก่อนเอ็กซ์โปเนนเชียลจะขึ้นอยู่กับอุณหภูมิเพียงเล็กน้อย ในกรณีนี้เรียกว่า พลังงานกระตุ้นที่มีประสบการณ์:

. (4.4)

หากปัจจัยก่อนเลขชี้กำลังคงที่ พลังงานกระตุ้นการทดลองจะเท่ากับพลังงานกระตุ้น Arrhenius: อีสหกรณ์ = อี เอ.

ตัวอย่างที่ 4-1 ใช้สมการอาร์เรเนียส ประมาณอุณหภูมิและพลังงานกระตุ้นที่กฎแวนต์ฮอฟฟ์ใช้ได้

สารละลาย. ลองจินตนาการถึงกฎของแวนต์ ฮอฟฟ์ (4.1) เป็นการขึ้นอยู่กับกฎกำลังของค่าคงที่อัตรา:

,

ที่ไหน บี- ค่าคงที่ ให้เราเปรียบเทียบนิพจน์นี้กับสมการอาร์เรเนียส (4.2) โดยรับค่า ~ สำหรับค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของความเร็ว จ = 2.718:

.

ลองใช้ลอการิทึมธรรมชาติของทั้งสองด้านของความเท่าเทียมกันโดยประมาณนี้:

.

เมื่อแยกแยะความสัมพันธ์ที่เกิดขึ้นตามอุณหภูมิแล้ว เราจะพบความเชื่อมโยงที่ต้องการระหว่างพลังงานกระตุ้นและอุณหภูมิ:

หากพลังงานกระตุ้นและอุณหภูมิเป็นไปตามความสัมพันธ์นี้โดยประมาณ ก็สามารถใช้กฎแวนต์ฮอฟฟ์เพื่อประเมินผลกระทบของอุณหภูมิต่ออัตราการเกิดปฏิกิริยาได้

ตัวอย่างที่ 4-2 ปฏิกิริยาลำดับแรกที่อุณหภูมิ 70 o C เสร็จสมบูรณ์ 40% ใน 60 นาที ปฏิกิริยาจะสมบูรณ์ 80% ใน 120 นาทีที่อุณหภูมิเท่าใด ถ้าพลังงานกระตุ้นคือ 60 kJ/mol

สารละลาย. สำหรับปฏิกิริยาลำดับที่หนึ่ง อัตราคงที่จะแสดงเป็นระดับของการแปลงดังนี้:

,

โดยที่ = x/ก- ระดับของการเปลี่ยนแปลง ให้เราเขียนสมการนี้ที่อุณหภูมิสองอุณหภูมิโดยคำนึงถึงสมการอาร์เรเนียส:

ที่ไหน อี เอ= 60 กิโลจูล/โมล ต 1 = 343 เคล ที 1 = 60 นาที, 1 = 0.4, ที 2 = 120 นาที, 2 = 0.8 ลองหารสมการหนึ่งด้วยอีกสมการหนึ่งแล้วหาลอการิทึม:

เราพบการแทนที่ค่าข้างต้นเป็นนิพจน์นี้ ต 2 = 333 K = 60 o C

ตัวอย่างที่ 4-3 อัตราการไฮโดรไลซิสของกล้ามเนื้อปลาจะเพิ่มขึ้นสองเท่าเมื่อเคลื่อนที่จากอุณหภูมิ -1.1 o C ไปเป็นอุณหภูมิ +2.2 o C ประมาณพลังงานกระตุ้นของปฏิกิริยานี้

สารละลาย. การเพิ่มขึ้นของอัตราการไฮโดรไลซิส 2 เท่าเกิดจากการเพิ่มอัตราคงที่: เค 2 = 2เค 1. พลังงานกระตุ้นที่สัมพันธ์กับอัตราคงที่ที่อุณหภูมิสองค่าสามารถหาได้จากสมการ (4.3) ด้วย ต 1 = ที 1 + 273.15 = 272.05 K ต 2 = ที 2 + 273.15 = 275.35 เคล:

130800 จูล/โมล = 130.8 กิโลจูล/โมล

4-1. ใช้กฎของแวนท์ ฮอฟฟ์ คำนวณที่อุณหภูมิใดที่ปฏิกิริยาจะสิ้นสุดใน 15 นาที ถ้าอุณหภูมิ 20 o C ใช้เวลา 2 ชั่วโมง ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของอัตราคือ 3 (ตอบ)

4-2. ครึ่งชีวิตของสารที่ 323 K คือ 100 นาที และที่ 353 K คือ 15 นาที กำหนดค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของความเร็ว(ตอบ)

4-3. สิ่งที่ควรเป็นพลังงานกระตุ้นเพื่อให้อัตราการเกิดปฏิกิริยาเพิ่มขึ้น 3 เท่าโดยอุณหภูมิเพิ่มขึ้น 10 0 C a) ที่ 300 K; b) ที่ 1,000 K? (คำตอบ)

4-4. ปฏิกิริยาลำดับแรกมีพลังงานกระตุ้น 25 กิโลแคลอรี/โมล และปัจจัยก่อนเลขชี้กำลังเท่ากับ 5 10 13 วินาที -1 . ครึ่งชีวิตของปฏิกิริยานี้จะอยู่ที่อุณหภูมิเท่าใด: ก) 1 นาที; b) 30 วัน? (คำตอบ)

4-5. ในทั้งสองกรณีนี้ อัตราการเกิดปฏิกิริยาคงที่จะเพิ่มขึ้นหลายครั้งมากขึ้น: เมื่อได้รับความร้อนจาก 0 o C ถึง 10 o C หรือเมื่อได้รับความร้อนจาก 10 o C ถึง 20 o C แก้คำตอบของคุณโดยใช้สมการอาร์เรเนียส (คำตอบ)

4-6. พลังงานกระตุ้นของปฏิกิริยาบางอย่างมีค่ามากกว่าพลังงานกระตุ้นของปฏิกิริยาอื่นถึง 1.5 เท่า เมื่อได้รับความร้อนจาก ต 1 ถึง ต 2 ค่าคงที่อัตราของปฏิกิริยาที่สองเพิ่มขึ้น กครั้งหนึ่ง. อัตราคงที่ของปฏิกิริยาแรกเพิ่มขึ้นกี่ครั้งเมื่อได้รับความร้อนจาก ต 1 ถึง ต 2 ?(ตอบ)

4-7. อัตราคงที่ของปฏิกิริยาเชิงซ้อนแสดงในรูปของค่าคงที่อัตราของระยะเบื้องต้นดังนี้

แสดงพลังงานกระตุ้นและปัจจัยก่อนเอ็กซ์โปเนนเชียลของปฏิกิริยาเชิงซ้อนในรูปของปริมาณที่สอดคล้องกันที่เกี่ยวข้องกับระยะเบื้องต้น (คำตอบ)

4-8. ในปฏิกิริยาลำดับที่ 1 ที่ไม่สามารถย้อนกลับได้ใน 20 นาทีที่ 125 o C ระดับของการแปลงของสารตั้งต้นคือ 60% และที่ 145 o C ระดับของการแปลงที่เท่ากันทำได้ใน 5.5 นาที จงหาค่าคงที่อัตราและพลังงานกระตุ้นของปฏิกิริยานี้(คำตอบ)

4-9. ปฏิกิริยาลำดับที่ 1 ที่อุณหภูมิ 25 o C เสร็จสิ้น 30% ใน 30 นาที ปฏิกิริยาจะสมบูรณ์ 60% ใน 40 นาทีที่อุณหภูมิเท่าใด ถ้าพลังงานกระตุ้นเท่ากับ 30 kJ/mol (คำตอบ)

4-10. ปฏิกิริยาลำดับที่ 1 ที่อุณหภูมิ 25 o C สำเร็จ 70% ใน 15 นาที ปฏิกิริยาจะสมบูรณ์ 50% ใน 15 นาทีที่อุณหภูมิเท่าใด ถ้าพลังงานกระตุ้นเท่ากับ 50 kJ/mol (คำตอบ)

4-11. ค่าคงที่อัตราการเกิดปฏิกิริยาลำดับแรกคือ 4.02 10 -4 วินาที -1 ที่ 393 K และ 1.98 . 10 -3 s -1 ที่ 413 K. จงคำนวณปัจจัยก่อนเลขชี้กำลังสำหรับปฏิกิริยานี้ (คำตอบ)

4-12. สำหรับปฏิกิริยา H 2 + I 2 2HI อัตราคงที่ที่อุณหภูมิ 683 K จะเท่ากับ 0.0659 l/(mol. min) และที่อุณหภูมิ 716 K - 0.375 l/(mol. min) จงหาพลังงานกระตุ้นของปฏิกิริยานี้และอัตราคงที่ที่อุณหภูมิ 700 เคลวิน(ตอบ)

4-13. สำหรับปฏิกิริยา 2N 2 O 2N 2 + O 2 อัตราคงที่ที่อุณหภูมิ 986 K คือ 6.72 l/(mol. min) และที่อุณหภูมิ 1165 K - 977.0 l/(mol. min) จงหาพลังงานกระตุ้นของปฏิกิริยานี้และอัตราคงที่ที่อุณหภูมิ 1,053.0 เคลวิน (ตอบ)

4-14. ไอออนไตรคลอโรอะซิเตตในตัวทำละลายไอออไนซ์ที่มี H + สลายตัวตามสมการ

H + + CCl 3 COO - CO 2 + CHCl 3

ระยะที่กำหนดอัตราการเกิดปฏิกิริยาคือความแตกแยกโมเลกุลเดี่ยวของพันธะ C-C ในไอออนไตรคลอโรอะซิเตต ปฏิกิริยาจะเกิดขึ้นในลำดับแรก และค่าคงที่อัตรามีค่าดังต่อไปนี้: เค= 3.11. 10 -4 วินาที -1 ที่ 90 o C เค= 7.62. 10 -5 s -1 ที่ 80 o C คำนวณ a) พลังงานกระตุ้น b) อัตราคงที่ที่ 60 o C (คำตอบ)

4-15. สำหรับปฏิกิริยา CH 3 COOC 2 H 5 + NaOH * CH 3 COONa + C 2 H 5 OH อัตราคงที่ที่อุณหภูมิ 282.6 K เท่ากับ 2.307 l/(mol.min) และที่อุณหภูมิ 318.1 K - 21.65 ลิตร /(โมลนาที) จงหาพลังงานกระตุ้นของปฏิกิริยานี้และค่าคงที่อัตราที่อุณหภูมิ 343 K(คำตอบ)

4-16. สำหรับปฏิกิริยา C 12 H 22 O 11 + H 2 O C 6 H 12 O 6 + C 6 H 12 O 6 อัตราคงที่ที่อุณหภูมิ 298.2 K เท่ากับ 0.765 l/(mol.min) และที่อุณหภูมิ 328.2 K - 35.5 ลิตร/(โมลนาที) จงหาพลังงานกระตุ้นของปฏิกิริยานี้และค่าคงที่อัตราที่อุณหภูมิ 313.2 K(คำตอบ)

4-17. สารสลายตัวเป็นสองเส้นทางขนานกันโดยมีค่าคงที่อัตรา เค 1 และ เค 2. พลังงานกระตุ้นของปฏิกิริยาทั้งสองนี้แตกต่างกันอย่างไรหากอยู่ที่ 10 o C เค 1 /เค 2 = 10 และที่ 40 o C เค 1 /เค 2 = 0.1? (ตอบ)

4-18. ในปฏิกิริยา 2 ปฏิกิริยาที่มีลำดับเดียวกัน ความแตกต่างในพลังงานกระตุ้นคือ อี 2 - อี 1 = 40 กิโลจูล/โมล ที่อุณหภูมิ 293 K อัตราส่วนของค่าคงที่อัตราคือ เค 1 /เค 2 = 2 ค่าคงที่อัตราจะเท่ากันที่อุณหภูมิเท่าใด (ตอบ)

4-19. การสลายตัวของกรดอะซิโตน ไดคาร์บอกซิลิกในสารละลายที่เป็นน้ำถือเป็นปฏิกิริยาลำดับแรก ค่าคงที่อัตราของปฏิกิริยานี้วัดที่อุณหภูมิต่างๆ:

คำนวณพลังงานกระตุ้นและปัจจัยก่อนเลขชี้กำลัง ครึ่งชีวิตที่อุณหภูมิ 25 o C คืออะไร?

อัตราของปฏิกิริยาเคมีขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ และเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น อัตราการเกิดปฏิกิริยาก็จะเพิ่มขึ้น นักวิทยาศาสตร์ชาวดัตช์ Van't Hoff แสดงให้เห็นว่าเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น 10 องศา อัตราการเกิดปฏิกิริยาส่วนใหญ่จะเพิ่มขึ้น 2-4 เท่า;

วีที 2 =วีที 1 *y (T2-T1)/10

โดยที่ VT 2 และ VT 1 คืออัตราการเกิดปฏิกิริยาที่อุณหภูมิ T 2 และ T 1; y คือค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของอัตราการเกิดปฏิกิริยา ซึ่งแสดงจำนวนครั้งที่อัตราการเกิดปฏิกิริยาเพิ่มขึ้นเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น 10K

ที่ความเข้มข้นของสารตั้งต้นที่ 1 โมล/ลิตร อัตราการเกิดปฏิกิริยาจะเป็นตัวเลขเท่ากับค่าคงที่อัตรา k จากนั้นสมการจะแสดงว่าอัตราคงที่ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิในลักษณะเดียวกับอัตราของกระบวนการ

3. เขียนปฏิกิริยาการกำจัดด้วยการปล่อยไฮโดรเจนเฮไลด์.

C 2 H 5 Cl=C 2 H 4 +HCl

ตั๋วหมายเลข 4

1. “มวลอะตอม” “มวลโมเลกุล” “โมลของสาร” คืออะไร และอะไรคือหน่วยมวลอะตอม (amu)

ATOMIC MASS - มวลของอะตอมในหน่วยมวลอะตอม (a.m.u.) ต่อหน่วย em จะเท่ากับ 1/12 ของมวลไอโซโทปคาร์บอน-12

โมงเช้า = 1/12 ม. 12 6 ค = 1.66 * 10 -24

มวลโมเลกุล - มวลโมลาร์ของสารประกอบหารด้วย 1/12 ของมวลโมลาร์ของอะตอมคาร์บอน-12

MOL - ปริมาณของสารที่มีจำนวนอนุภาคหรือหน่วยโครงสร้างเท่ากัน (อะตอม, ไอออน, โมเลกุล, อนุมูล, อิเล็กตรอน, สิ่งเทียบเท่า ฯลฯ ) เช่นเดียวกับใน 12 a เช่น ไอโซโทปคาร์บอน-12

สูตรเพิ่มอัตราการเกิดปฏิกิริยาเมื่อมีตัวเร่งปฏิกิริยา

ค่าของ Ea (พลังงานกระตุ้น) สามารถเปลี่ยนแปลงได้โดยใช้ตัวเร่งปฏิกิริยา สารที่มีส่วนร่วมแต่ไม่ได้ใช้ในกระบวนการทำปฏิกิริยาเรียกว่าตัวเร่งปฏิกิริยา ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าตัวเร่งปฏิกิริยา อัตราการเกิดปฏิกิริยาที่เพิ่มขึ้นเมื่อมีตัวเร่งปฏิกิริยาจะถูกกำหนดโดยสูตร

ขึ้นอยู่กับว่าตัวเร่งปฏิกิริยาอยู่ในเฟสเดียวกับสารตั้งต้นหรือก่อตัวเป็นเฟสอิสระ เราพูดถึงการเร่งปฏิกิริยาที่เป็นเนื้อเดียวกันหรือต่างกัน กลไกการออกฤทธิ์ของตัวเร่งปฏิกิริยาไม่เหมือนกันสำหรับพวกเขา อย่างไรก็ตาม ในทั้งสองกรณี ปฏิกิริยาจะถูกเร่งเนื่องจากการลดลงของ Ea มีตัวเร่งปฏิกิริยาเฉพาะจำนวนหนึ่ง - สารยับยั้งที่ช่วยลดอัตราการเกิดปฏิกิริยา

โดยที่พารามิเตอร์ของกระบวนการเร่งปฏิกิริยาคือ V, k, Ea คือพารามิเตอร์ของกระบวนการที่ไม่เร่งปฏิกิริยา

เขียนปฏิกิริยาการเผาไหม้ของสารอนินทรีย์ที่มีคาร์บอนในออกซิเจน โดยระบุสารออกซิไดซ์และสารรีดิวซ์ ตลอดจนสถานะออกซิเดชันของคาร์บอนก่อนและหลังปฏิกิริยา

C – ตัวรีดิวซ์ กระบวนการออกซิเดชั่น

O – ตัวออกซิไดซ์ กระบวนการรีดิวซ์

ตั๋วหมายเลข 5

1. “อิเลคโตรเนกาติวีตี้”, “วาเลนซ์”, “สถานะออกซิเดชัน” ขององค์ประกอบคืออะไร และกฎพื้นฐานในการพิจารณาองค์ประกอบเหล่านั้นคืออะไร

ระดับออกซิเดชัน - ประจุตามเงื่อนไขของอะตอมขององค์ประกอบที่ได้รับภายใต้สมมติฐานว่าสารประกอบประกอบด้วยไอออน อาจเป็นค่าบวกลบศูนย์เศษส่วนและระบุด้วยเลขอารบิกพร้อมเครื่องหมาย "+" หรือ "-" ในรูปแบบของดัชนีด้านขวาบนของสัญลักษณ์องค์ประกอบ: C 1-, O 2-, H + , มก. 2+, N 3-, N 5+, Cr 6+

ในการกำหนดสถานะออกซิเดชัน (s.o.) ขององค์ประกอบในสารประกอบ (ไอออน) จะใช้กฎต่อไปนี้:

1 ในสารเชิงเดี่ยว (H2, S8, P4) หน้า โอ เท่ากับศูนย์

2 ค่าคงที่ โอ มีธาตุอัลคาไลน์ (E+) และอัลคาไลน์เอิร์ธ (E2+) รวมทั้งฟลูออรีน P-

3 ไฮโดรเจนในสารประกอบส่วนใหญ่มีค โอ H+ (H2O, CH4, HC1) ในไฮไดรด์ - H- (-NaH, CaH2); กับ. โอ ตามกฎแล้วออกซิเจนมีค่าเท่ากับ -2 (O2-) ในเปอร์ออกไซด์ (-O-O-) - 1 (O-)

4 ในสารประกอบไบนารี่ของอโลหะ จะมีค่าลบ c โอ กำหนดให้กับองค์ประกอบทางด้านขวา)

5 ผลรวมพีชคณิต น. โอ โมเลกุลมีค่าเท่ากับศูนย์ ไอออน - ประจุของมัน

ความสามารถของอะตอมในการติดหรือแทนที่อะตอมอื่นจำนวนหนึ่งเรียกว่าวาเลนซ์ การวัดความจุคือจำนวนอะตอมของไฮโดรเจนหรือออกซิเจนที่ติดอยู่กับธาตุ โดยมีเงื่อนไขว่าไฮโดรเจนเป็นแบบโมโนวาเลนต์และออกซิเจนเป็นไดวาเลนต์