Động học hóa học. Nhiệt độ và tốc độ phản ứng

Tốc độ của hầu hết các phản ứng hóa học tăng khi nhiệt độ tăng. Do nồng độ của các chất phản ứng thực tế không phụ thuộc vào nhiệt độ, nên theo phương trình động học của phản ứng, tác động chính của nhiệt độ lên tốc độ phản ứng là thông qua sự thay đổi hằng số tốc độ phản ứng. Khi nhiệt độ tăng, năng lượng của các hạt va chạm tăng lên và xác suất xảy ra biến đổi hóa học trong quá trình va chạm tăng lên.

Sự phụ thuộc của tốc độ phản ứng vào nhiệt độ có thể được đặc trưng bởi giá trị của hệ số nhiệt độ.

Dữ liệu thực nghiệm về ảnh hưởng của nhiệt độ đến tốc độ của nhiều phản ứng hóa học ở nhiệt độ thường (273–373 K), trong một khoảng nhiệt độ nhỏ, cho thấy nhiệt độ tăng 10 độ thì tốc độ phản ứng tăng lên 2–4 lần (van 't quy tắc Hoff).

Theo Van't Hoff hệ số nhiệt độ của hằng số tốc độ(Hệ số Van't Hoff)là sự tăng tốc độ của một phản ứng với sự gia tăng nhiệt độ bằng 10độ.

(4.63)

ở đâu và là hằng số tốc độ ở nhiệt độ và ; là hệ số nhiệt độ của tốc độ phản ứng.

Khi nhiệt độ tăng đến N hàng chục độ, tỷ lệ của các hằng số tốc độ sẽ bằng

ở đâu N có thể là số nguyên hoặc phân số.

Quy tắc Van't Hoff là một quy tắc gần đúng. Nó được áp dụng trong một phạm vi nhiệt độ hẹp, vì hệ số nhiệt độ thay đổi theo nhiệt độ.

Sự phụ thuộc chính xác hơn của hằng số tốc độ phản ứng vào nhiệt độ được biểu thị bằng phương trình Arrhenius bán thực nghiệm

trong đó A là hệ số tiền hàm không phụ thuộc vào nhiệt độ mà chỉ được xác định bởi loại phản ứng; E - năng lượng hoạt hóa của một phản ứng hóa học. Năng lượng kích hoạt có thể được biểu diễn dưới dạng năng lượng ngưỡng nhất định đặc trưng cho chiều cao của hàng rào năng lượng trên đường phản ứng. Năng lượng kích hoạt cũng không phụ thuộc vào nhiệt độ.

Sự phụ thuộc này được thành lập vào cuối thế kỷ 19. nhà khoa học Hà Lan Arrhenius cho các phản ứng hóa học cơ bản.

Năng lượng kích hoạt trực tiếp ( e 1) và đảo ngược ( e 2) phản ứng liên quan đến hiệu ứng nhiệt của phản ứng D h tỷ lệ (xem Hình 1):

e 1 – e 2=Đ N.

Nếu phản ứng thu nhiệt và D H> 0, sau đó e 1 > E 2 và năng lượng hoạt hóa của phản ứng thuận lớn hơn phản ứng nghịch. Nếu phản ứng tỏa nhiệt thì e 1 < Е 2 .

Phương trình Arrhenius (101) ở dạng vi phân có thể được viết:

Suy ra từ phương trình năng lượng kích hoạt E càng lớn thì tốc độ phản ứng tăng theo nhiệt độ càng nhanh.

Tách biến k và t và xem xét e giá trị không đổi, sau khi tích phân phương trình (4.66) ta được:

Cơm. 5. Vẽ đồ thị ln k–1/T.

, (4.67)

trong đó A là hệ số tiền hàm có thứ nguyên là hằng số tốc độ. Nếu phương trình này hợp lệ, thì trên biểu đồ theo tọa độ, các điểm thực nghiệm nằm trên một đường thẳng nghiêng một góc a so với trục hoành và độ dốc () bằng , cho phép bạn tính năng lượng kích hoạt của một chất hóa học phản ứng từ sự phụ thuộc của hằng số tốc độ vào nhiệt độ sử dụng phương trình .

Năng lượng kích hoạt của phản ứng hóa học có thể được tính từ các giá trị của hằng số tốc độ ở hai nhiệt độ khác nhau bằng phương trình

. (4.68)

Dẫn xuất lý thuyết của phương trình Arrhenius được thực hiện cho các phản ứng cơ bản. Nhưng kinh nghiệm cho thấy rằng phần lớn các phản ứng phức tạp cũng tuân theo phương trình này. Tuy nhiên, đối với các phản ứng phức tạp, năng lượng kích hoạt và hệ số mũ trước trong phương trình Arrhenius không có ý nghĩa vật lý xác định.

Phương trình Arrhenius (4.67) cho phép mô tả thỏa đáng một loạt các phản ứng trong một khoảng nhiệt độ hẹp.

Để mô tả sự phụ thuộc của tốc độ phản ứng vào nhiệt độ, phương trình Arrhenius biến đổi cũng được sử dụng

, (4.69)

đã bao gồm ba tham số : NHƯNG, e và N.

Phương trình (4.69) được sử dụng rộng rãi cho các phản ứng xảy ra trong dung dịch. Đối với một số phản ứng, sự phụ thuộc của hằng số tốc độ phản ứng vào nhiệt độ khác với sự phụ thuộc đã cho ở trên. Ví dụ, trong các phản ứng bậc ba, hằng số tốc độ giảm khi tăng nhiệt độ. Trong các phản ứng tỏa nhiệt dây chuyền, hằng số tốc độ phản ứng tăng mạnh ở nhiệt độ trên một giới hạn nhất định (nổ nhiệt).

4.5.1. Ví dụ về giải quyết vấn đề

ví dụ 1 Hằng số tốc độ của một số phản ứng khi tăng nhiệt độ thay đổi như sau: t 1 = 20°C;

k 1 \u003d 2,76 10 -4 phút. -một ; t 2 \u003d 50 0 C; k 2 = 137,4 10 -4 phút. -1 Xác định hệ số nhiệt độ của hằng số tốc độ của phản ứng hóa học.

Dung dịch. Quy tắc van't Hoff cho phép tính hệ số nhiệt độ của hằng số tốc độ từ mối quan hệ

g N= =2 ¸ 4, trong đó N = = =3;

g 3 \u003d \u003d 49,78 g \u003d 3,68

ví dụ 2 Sử dụng quy tắc van't Hoff, hãy tính nhiệt độ mà phản ứng sẽ kết thúc sau 15 phút, nếu phản ứng diễn ra trong 120 phút ở nhiệt độ 20 0 C. Hệ số nhiệt độ của tốc độ phản ứng là 3.

Dung dịch. Rõ ràng, thời gian phản ứng càng ngắn ( t) thì hằng số tốc độ của phản ứng càng lớn:

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

Nhiệt độ để phản ứng kết thúc sau 15 phút là:

20 + 1,9 × 10 \u003d 39 0 C.

ví dụ 3 Hằng số tốc độ của phản ứng xà phòng hóa este axetic-etyl bằng dung dịch kiềm ở nhiệt độ 282,4 K bằng 2,37 l 2 / mol 2 phút. , và ở nhiệt độ 287,40 K, nó bằng 3,2 l 2 / mol 2 phút. Tìm nhiệt độ tại đó hằng số tốc độ của phản ứng này bằng 4?

Dung dịch.

1. Biết giá trị của hằng số tốc độ ở hai nhiệt độ ta ​​tìm được năng lượng hoạt hóa của phản ứng:

= = 40,8 kJ/mol.

2. Biết giá trị của năng lượng kích hoạt, từ phương trình Arrhenius

Câu hỏi và nhiệm vụ để tự kiểm soát.

1. Đại lượng nào được gọi là thông số "Arrhenius"?

2. Lượng dữ liệu thực nghiệm tối thiểu cần thiết để tính năng lượng hoạt hóa của một phản ứng hóa học là bao nhiêu?

3. Chứng tỏ rằng hệ số nhiệt độ của hằng số tốc độ phụ thuộc vào nhiệt độ.

4. Có sai lệch so với phương trình Arrhenius không? Làm thế nào có thể mô tả sự phụ thuộc của hằng số tốc độ vào nhiệt độ trong trường hợp này?

Động học của các phản ứng phức tạp

Các phản ứng, như một quy luật, không diễn ra thông qua sự tương tác trực tiếp của tất cả các hạt ban đầu với sự chuyển đổi trực tiếp của chúng thành các sản phẩm phản ứng, mà bao gồm một số giai đoạn cơ bản. Điều này chủ yếu áp dụng cho các phản ứng trong đó, theo phương trình cân bằng hóa học của chúng, có hơn ba hạt tham gia. Tuy nhiên, thậm chí các phản ứng của hai hoặc một hạt thường không diễn ra theo cơ chế sinh học hoặc đơn phân tử đơn giản, mà theo một con đường phức tạp hơn, nghĩa là thông qua một số giai đoạn cơ bản.

Phản ứng được gọi là phức tạp nếu việc tiêu hao nguyên liệu ban đầu và tạo thành sản phẩm phản ứng xảy ra qua một số giai đoạn cơ bản có thể xảy ra đồng thời hoặc tuần tự. Đồng thời, một số giai đoạn diễn ra với sự tham gia của các chất không phải là chất ban đầu cũng không phải là sản phẩm phản ứng (chất trung gian).

Là một ví dụ về phản ứng phức tạp, chúng ta có thể xem xét phản ứng clo hóa ethylene với sự hình thành dichloroethane. Tương tác trực tiếp phải thông qua một phức hợp kích hoạt bốn thành viên, có liên quan đến việc vượt qua rào cản năng lượng cao. Tốc độ của một quá trình như vậy là thấp. Nếu các nguyên tử được hình thành trong hệ thống theo cách này hay cách khác (ví dụ, dưới tác dụng của ánh sáng), thì quá trình có thể tiến hành theo cơ chế dây chuyền. Nguyên tử dễ dàng tham gia ở liên kết đôi để tạo thành gốc tự do - . Gốc tự do này có thể dễ dàng tách một nguyên tử ra khỏi phân tử để tạo thành sản phẩm cuối cùng - , kết quả là nguyên tử tự do được tái sinh.

Kết quả của hai giai đoạn này, một phân tử và một phân tử được chuyển đổi thành phân tử sản phẩm - , và nguyên tử được tái sinh tương tác với phân tử ethylene tiếp theo. Cả hai giai đoạn đều có năng lượng kích hoạt thấp và cách này mang lại phản ứng nhanh. Có tính đến khả năng tái hợp của các nguyên tử tự do và các gốc tự do, sơ đồ hoàn chỉnh của quá trình có thể được viết là:

Với tất cả sự đa dạng, các phản ứng phức tạp có thể được rút gọn thành sự kết hợp của một số loại phản ứng phức tạp, cụ thể là phản ứng song song, nối tiếp và nối tiếp.

Hai giai đoạn được gọi là liên tiếp nếu hạt được hình thành trong một giai đoạn là hạt ban đầu trong giai đoạn khác. Ví dụ, trong sơ đồ trên, giai đoạn đầu tiên và thứ hai là tuần tự:

.

Hai giai đoạn được gọi là song song, nếu các hạt giống nhau tham gia như ban đầu trong cả hai. Ví dụ, trong sơ đồ phản ứng, giai đoạn thứ tư và thứ năm diễn ra song song:

Hai giai đoạn được gọi là loạt-song song, nếu chúng song song đối với hạt này và liên tiếp đối với hạt kia của các hạt tham gia vào các giai đoạn này.

Một ví dụ về các bước song song nối tiếp là bước thứ hai và thứ tư của sơ đồ phản ứng này.

Dấu hiệu đặc trưng phản ứng xảy ra theo cơ chế phức tạp gồm các dấu hiệu sau:

Thứ tự phản ứng và hệ số cân bằng hóa học không phù hợp;

Thay đổi thành phần của sản phẩm tùy thuộc vào nhiệt độ, nồng độ ban đầu và các điều kiện khác;

Tăng tốc hoặc làm chậm quá trình khi thêm một lượng nhỏ chất vào hỗn hợp phản ứng;

Ảnh hưởng của vật liệu và kích thước của bình đến tốc độ phản ứng, v.v.

Trong phân tích động học của các phản ứng phức tạp, nguyên tắc độc lập được áp dụng: "Nếu một số phản ứng đơn giản xảy ra đồng thời trong hệ thống, thì định đề cơ bản của động học hóa học áp dụng cho từng phản ứng, như thể phản ứng này là phản ứng duy nhất." Nguyên tắc này cũng có thể được phát biểu như sau: "Giá trị của hằng số tốc độ của một phản ứng cơ bản không phụ thuộc vào việc các phản ứng cơ bản khác có xảy ra đồng thời trong một hệ thống nhất định hay không."

Nguyên tắc độc lập có giá trị đối với hầu hết các phản ứng xảy ra theo một cơ chế phức tạp, nhưng không phổ biến, vì có những phản ứng trong đó một số phản ứng đơn giản ảnh hưởng đến tiến trình của những phản ứng khác (ví dụ: phản ứng kết hợp.)

Quan trọng trong việc nghiên cứu các phản ứng hóa học phức tạp là nguyên tắc khả năng đảo ngược vi mô hoặc số dư chi tiết:

nếu một trạng thái cân bằng hóa học được thiết lập trong một quá trình phức tạp, thì tốc độ của các phản ứng thuận và nghịch phải bằng nhau đối với từng giai đoạn cơ bản.

Trường hợp phổ biến nhất để một phản ứng phức tạp xảy ra là khi phản ứng tiến hành qua một số bước đơn giản tiến hành ở các tốc độ khác nhau. Sự khác biệt về tốc độ dẫn đến thực tế là động học thu được sản phẩm phản ứng có thể được xác định theo quy luật của chỉ một phản ứng. Ví dụ, đối với các phản ứng song song, tốc độ của toàn bộ quá trình được xác định bởi tốc độ của giai đoạn nhanh nhất và đối với các phản ứng liên tiếp, giai đoạn chậm nhất. Do đó, khi phân tích động học của các phản ứng song song có sự khác biệt đáng kể về hằng số, tốc độ của giai đoạn chậm có thể được bỏ qua và khi phân tích các phản ứng liên tiếp, không cần thiết phải xác định tốc độ của phản ứng nhanh.

Trong các phản ứng nối tiếp, phản ứng chậm nhất được gọi là hạn chế. Giai đoạn giới hạn có hằng số tốc độ nhỏ nhất.

Nếu các giá trị của hằng số tốc độ của các giai đoạn riêng lẻ của phản ứng phức tạp gần nhau, thì cần phải phân tích đầy đủ toàn bộ sơ đồ động học.

Việc đưa ra khái niệm về giai đoạn xác định tốc độ trong nhiều trường hợp đơn giản hóa khía cạnh toán học của việc xem xét các hệ thống như vậy và giải thích thực tế rằng đôi khi động học của các phản ứng phức tạp, nhiều giai đoạn được mô tả rõ ràng bằng các phương trình đơn giản, chẳng hạn như phản ứng đầu tiên. gọi món.

Nhiệm vụ # 1. Tương tác với oxy tự do dẫn đến sự hình thành nitơ dioxit có độc tính cao //, mặc dù phản ứng này diễn ra chậm trong điều kiện sinh lý và ở nồng độ thấp không đóng vai trò quan trọng trong việc gây tổn thương tế bào độc hại, tuy nhiên, tác động gây bệnh tăng mạnh với siêu sản xuất của nó. Xác định tốc độ tương tác của oxit nitric (II) với oxi tăng bao nhiêu lần khi áp suất trong hỗn hợp các khí ban đầu tăng gấp đôi, nếu tốc độ phản ứng được mô tả bởi phương trình ?

Dung dịch.

1. Nhân đôi áp suất tương đương với nhân đôi nồng độ ( Với) và . Do đó, tốc độ tương tác tương ứng và sẽ có, theo định luật về tác dụng của khối lượng, biểu thức: và

Câu trả lời. Tốc độ phản ứng sẽ tăng lên 8 lần.

Nhiệm vụ # 2. Người ta tin rằng nồng độ clo (một loại khí màu xanh lục có mùi hăng) trong không khí trên 25 ppm là nguy hiểm đến tính mạng và sức khỏe, nhưng có bằng chứng cho thấy nếu bệnh nhân đã hồi phục sau khi bị ngộ độc nghiêm trọng cấp tính với loại khí này, sau đó không có hiệu ứng còn lại được quan sát. Xác định tốc độ phản ứng sẽ thay đổi như thế nào: , tiến hành ở pha khí, nếu tăng theo hệ số 3: nồng độ , nồng độ , 3) ​​áp suất / /?

Dung dịch.

1. Nếu chúng ta biểu thị nồng độ và tương ứng thông qua và , thì biểu thức cho tốc độ phản ứng sẽ có dạng: .

2. Sau khi tăng nồng độ lên 3 lần, chúng sẽ bằng for và for . Do đó, biểu thức cho tốc độ phản ứng sẽ có dạng: 1) 2)

3. Việc tăng áp suất làm tăng nồng độ của các chất phản ứng ở thể khí với cùng một lượng, do đó

4. Độ tăng tốc độ phản ứng so với tốc độ ban đầu được xác định theo tỷ lệ lần lượt là: 1) , 2) , 3) .

Câu trả lời. Tốc độ phản ứng sẽ tăng lên: 1) , 2) , 3) ​​lần.

Nhiệm vụ số 3. Làm thế nào để tốc độ tương tác của các chất ban đầu thay đổi với sự thay đổi nhiệt độ từ sang nếu hệ số nhiệt độ của phản ứng là 2,5?

Dung dịch.

1. Hệ số nhiệt độ cho biết tốc độ phản ứng thay đổi như thế nào khi nhiệt độ thay đổi đối với mọi (quy tắc van't Hoff):.

2. Nếu sự thay đổi nhiệt độ là: , thì tính đến thực tế là , ta có: . Kể từ đây, .

3. Theo bảng các phản logarit, ta tìm được: .

Câu trả lời. Khi nhiệt độ thay đổi (tức là tăng), tốc độ sẽ tăng 67,7 lần.

Nhiệm vụ số 4. Tính hệ số nhiệt độ của tốc độ phản ứng, biết rằng khi nhiệt độ tăng thì tốc độ phản ứng tăng 128 lần.

Dung dịch.

1. Sự phụ thuộc của tốc độ phản ứng hóa học vào nhiệt độ được biểu thị bằng quy tắc van't Hoff:

.Giải phương trình cho , ta tìm được: , . Do đó, =2

Câu trả lời. =2.

Nhiệm vụ số 5. Đối với một trong các phản ứng, hai hằng số tốc độ đã được xác định: ở mức 0,00670 và ở mức 0,06857. Xác định hằng số tốc độ của cùng một phản ứng ở .

Dung dịch.

1. Dựa vào hai giá trị của hằng số tốc độ phản ứng, sử dụng phương trình Arrhenius, ta xác định được năng lượng hoạt hóa của phản ứng: . Đối với trường hợp này: Do đó: J/mol.

2. Tính hằng số tốc độ phản ứng tại , sử dụng hằng số tốc độ tại và phương trình Arrhenius trong các tính toán: . Đối với trường hợp này: và cho rằng: , chúng tôi nhận được: . Do đó,

Câu trả lời.

Tính hằng số cân bằng hóa học và xác định chiều chuyển dịch cân bằng theo nguyên lý Le Chatelier .

Nhiệm vụ số 6. Carbon dioxide / / không giống như carbon monoxide / / không vi phạm các chức năng sinh lý và tính toàn vẹn về mặt giải phẫu của một sinh vật sống và hiệu ứng ngạt thở của chúng chỉ là do sự hiện diện ở nồng độ cao và giảm tỷ lệ oxy trong không khí hít vào. bằng gì hằng số cân bằng phản ứng / /: ở nhiệt độ được biểu thị bằng: a) áp suất riêng phần của các chất phản ứng; b) nồng độ mol của chúng, biết rằng thành phần của hỗn hợp cân bằng được biểu thị bằng phần trăm thể tích: , và , và áp suất toàn phần trong hệ là Pa?

Dung dịch.

1. Áp suất riêng phần của một chất khí bằng áp suất toàn phần nhân với phần thể tích của chất khí đó trong hỗn hợp nên:

2. Thay các giá trị này vào biểu thức hằng số cân bằng, ta được:

3. Mối quan hệ giữa và được thiết lập trên cơ sở phương trình Mendeleev Clapeyron cho khí lý tưởng và được biểu thị bằng đẳng thức: , đâu là sự khác biệt giữa số mol của các sản phẩm phản ứng khí và các chất khí ban đầu. Đối với phản ứng này: Sau đó: .

Câu trả lời. Bố. .

Nhiệm vụ số 7. Cân bằng trong các phản ứng sau sẽ chuyển dịch theo chiều nào:

3. ;

a) khi tăng nhiệt độ, b) khi giảm áp suất, c) khi tăng nồng độ hydro?

Dung dịch.

1. Trạng thái cân bằng hóa học trong hệ thống được thiết lập với sự không đổi của các tham số bên ngoài (v.v.). Nếu các tham số này thay đổi, thì hệ thống sẽ rời khỏi trạng thái cân bằng và phản ứng trực tiếp (sang phải) hoặc ngược lại (sang trái) bắt đầu chiếm ưu thế. Ảnh hưởng của các yếu tố khác nhau đến sự dịch chuyển của trạng thái cân bằng được phản ánh trong nguyên tắc của Le Chatelier.

2. Xét sự tác động đến các phản ứng trên của cả 3 yếu tố ảnh hưởng đến cân bằng hóa học.

a) Khi nhiệt độ tăng, cân bằng chuyển dịch theo phản ứng thu nhiệt, tức là phản ứng xảy ra với sự hấp thụ nhiệt. Phản ứng thứ nhất và thứ ba tỏa nhiệt / /, do đó, khi nhiệt độ tăng, trạng thái cân bằng sẽ chuyển sang phản ứng nghịch và trong phản ứng thứ hai / / - theo hướng phản ứng trực tiếp.

b) Khi giảm áp suất cân bằng chuyển dịch theo chiều tăng số mol khí, tức là hướng tới áp suất cao hơn. Trong phản ứng thứ nhất và thứ ba, vế trái và vế phải của phương trình sẽ có cùng số mol khí (lần lượt là 2-2 và 1-1). Vậy sự thay đổi áp suất sẽ không gây ra chuyển dịch cân bằng trong hệ. Ở phản ứng thứ 2 có 4 mol khí ở vế trái và 2 mol khí ở vế phải nên khi giảm áp suất cân bằng sẽ chuyển dịch theo chiều nghịch.

Trong) Với sự gia tăng nồng độ của các thành phần phản ứng, trạng thái cân bằng sẽ dịch chuyển theo hướng tiêu thụ của chúng. Trong phản ứng đầu tiên, hydro có trong các sản phẩm và việc tăng nồng độ của nó sẽ tăng cường phản ứng ngược lại, trong đó nó được tiêu thụ. Trong phản ứng thứ 2 và thứ 3, hydro nằm trong số các chất ban đầu, do đó, sự gia tăng nồng độ của nó sẽ làm chuyển dịch cân bằng theo hướng phản ứng tiến hành tiêu thụ hydro.

Câu trả lời.

a) Với sự gia tăng nhiệt độ trong các phản ứng 1 và 3, trạng thái cân bằng sẽ chuyển sang trái và trong phản ứng 2 - sang phải.

b) Phản ứng 1 và phản ứng 3 không bị giảm áp suất, phản ứng 2 cân bằng chuyển dịch sang trái.

c) Sự tăng nhiệt độ trong phản ứng 2 và 3 sẽ kéo theo sự chuyển dịch cân bằng sang phải và trong phản ứng 1 sang trái.

1.2. Nhiệm vụ tình huống №№ từ 7 đến 21để củng cố tài liệu (thực hiện trong sổ giao thức).

Nhiệm vụ số 8. Tốc độ oxy hóa glucose trong cơ thể sẽ thay đổi như thế nào khi nhiệt độ giảm từ đến nếu hệ số nhiệt độ của tốc độ phản ứng là 4?

Nhiệm vụ số 9.Vận dụng gần đúng quy tắc van’t Hoff, hãy tính nhiệt độ cần tăng là bao nhiêu để tốc độ phản ứng tăng 80 lần? Lấy hệ số nhiệt độ của tốc độ bằng 3.

Nhiệm vụ số 10.Để dừng phản ứng trên thực tế, người ta sử dụng phương pháp làm lạnh nhanh hỗn hợp phản ứng (“đóng băng phản ứng”). Xác định tốc độ phản ứng sẽ thay đổi bao nhiêu lần khi hỗn hợp phản ứng được làm lạnh từ 40°C đến 0°C nếu hệ số nhiệt độ của phản ứng là 2,7.

Nhiệm vụ số 11. Một đồng vị được sử dụng để điều trị một số khối u có chu kỳ bán rã là 8,1 ngày. Sau thời gian bao lâu thì hàm lượng iốt phóng xạ trong cơ thể bệnh nhân đó giảm đi 5 lần?

Nhiệm vụ số 12. Sự thủy phân của một số hormone tổng hợp (dược phẩm) là phản ứng bậc nhất với hằng số tốc độ là 0,25 ( ). Nồng độ hormone này sẽ thay đổi như thế nào sau 2 tháng?

Nhiệm vụ số 13. Chu kỳ bán rã của chất phóng xạ là 5600 năm. Trong cơ thể sống, một lượng không đổi được duy trì do quá trình trao đổi chất. Trong phần còn lại của một con voi ma mút, nội dung là từ bản gốc. Voi ma mút sống khi nào?

Nhiệm vụ số 14. Thời gian bán hủy của thuốc trừ sâu (thuốc trừ sâu dùng để kiểm soát côn trùng) là 6 tháng. Một lượng nhất định của nó đã đi vào bể chứa, nơi nồng độ mol / l được thiết lập. Mất bao lâu để nồng độ thuốc diệt côn trùng giảm xuống mức mol/l?

Nhiệm vụ số 15. Chất béo và carbohydrate bị oxy hóa với tốc độ đáng chú ý ở nhiệt độ 450 - 500 ° và trong các sinh vật sống - ở nhiệt độ 36 - 40 °. Lý do cho sự giảm mạnh nhiệt độ cần thiết cho quá trình oxy hóa là gì?

Nhiệm vụ số 16. Hydrogen peroxide phân hủy trong dung dịch nước thành oxy và nước. Phản ứng được tăng tốc bởi cả chất xúc tác vô cơ (ion) và chất hữu cơ sinh học (enzym catalase). Năng lượng hoạt hóa của phản ứng khi không có chất xúc tác là 75,4 kJ/mol. Ion làm giảm nó xuống 42 kJ/mol và enzyme catalase làm giảm nó xuống 2 kJ/mol. Tính tỷ lệ tốc độ phản ứng khi không có chất xúc tác trong trường hợp có mặt và catalaza. Có thể rút ra kết luận gì về hoạt tính của enzim? Phản ứng tiến hành ở nhiệt độ 27°C.

Nhiệm vụ số 17 Hằng số tốc độ phân hủy của penicillin trên máy bộ đàm J/mol.

1.3. câu hỏi kiểm tra

1. Giải thích ý nghĩa của các thuật ngữ: tốc độ phản ứng, hằng số tốc độ?

2. Tốc độ trung bình và tốc độ thực của phản ứng hóa học được biểu thị như thế nào?

3. Tại sao chỉ nói về tốc độ phản ứng hóa học trong một thời điểm nhất định là hợp lý?

4. Hình thành định nghĩa phản ứng thuận nghịch và phản ứng bất thuận nghịch.

5. Định luật tác dụng của quần chúng. Phương trình biểu diễn định luật này có phản ánh sự phụ thuộc của tốc độ phản ứng vào bản chất của các chất phản ứng không?

6. Tốc độ phản ứng phụ thuộc vào nhiệt độ như thế nào? Năng lượng kích hoạt là gì? Các phân tử hoạt động là gì?

7. Những yếu tố nào quyết định tốc độ của phản ứng đồng thể và dị thể? Cho ví dụ.

8. Thứ tự và mức độ phân tử của các phản ứng hóa học là gì? Trong những trường hợp nào họ không phù hợp?

9. Chất nào được gọi là chất xúc tác? Cơ chế tăng tốc hoạt động của chất xúc tác là gì?

10. Khái niệm “ngộ độc chất xúc tác” là gì? Chất nào được gọi là chất ức chế?

11. Thế nào gọi là cân bằng hóa học? Tại sao gọi là động? Nồng độ các chất phản ứng như thế nào được gọi là cân bằng?

12. Thế nào gọi là hằng số cân bằng hóa học? Nó có phụ thuộc vào bản chất của các chất phản ứng, nồng độ, nhiệt độ, áp suất của chúng không? Các tính năng của ký hiệu toán học cho hằng số cân bằng trong các hệ thống không đồng nhất là gì?

13. Dược động học của thuốc là gì?

14. Các quá trình xảy ra với thuốc trong cơ thể được đặc trưng định lượng bởi một số thông số dược động học. Đưa ra những cái chính.

Từ những cân nhắc về mặt định tính, rõ ràng là tốc độ phản ứng sẽ tăng khi nhiệt độ tăng, vì trong trường hợp này, năng lượng của các hạt va chạm tăng lên và xác suất biến đổi hóa học xảy ra trong quá trình va chạm tăng lên. Để mô tả định lượng các hiệu ứng nhiệt độ trong động học hóa học, hai mối quan hệ cơ bản được sử dụng - quy tắc van't Hoff và phương trình Arrhenius.

Quy tắc Van't Hoff nằm ở chỗ, khi đun nóng lên 10 ° C, tốc độ của hầu hết các phản ứng hóa học tăng lên 2-4 lần. Về mặt toán học, điều này có nghĩa là tốc độ phản ứng phụ thuộc vào nhiệt độ theo định luật lũy thừa:

, (4.1)

ở đâu là hệ số nhiệt độ của tốc độ ( = 24). Quy tắc Van't Hoff rất thô và chỉ áp dụng được trong một khoảng nhiệt độ rất hạn chế.

Chính xác hơn nhiều là phương trình Arrhenius mô tả sự phụ thuộc nhiệt độ của hằng số tốc độ:

, (4.2)

ở đâu r- hằng số khí phổ quát; Một- hệ số tiền hàm, không phụ thuộc vào nhiệt độ mà chỉ được xác định bởi loại phản ứng; E MỘT - năng lương̣̣ kich hoaṭ, có thể được đặc trưng như một số năng lượng ngưỡng: nói một cách đại khái, nếu năng lượng của các hạt va chạm nhỏ hơn E MỘT, thì phản ứng sẽ không xảy ra trong quá trình va chạm nếu năng lượng vượt quá E MỘT, phản ứng sẽ xảy ra. Năng lượng kích hoạt không phụ thuộc vào nhiệt độ.

phụ thuộc đồ họa k(t) như sau:

Ở nhiệt độ thấp, các phản ứng hóa học hầu như không xảy ra: k(t) 0. Ở nhiệt độ rất cao, hằng số tốc độ có xu hướng đạt giá trị giới hạn: k(t)Một. Điều này tương ứng với thực tế là tất cả các phân tử đều hoạt động hóa học và mỗi va chạm đều dẫn đến phản ứng.

Năng lượng kích hoạt có thể được xác định bằng cách đo hằng số tốc độ ở hai nhiệt độ. Phương trình (4.2) ngụ ý:

. (4.3)

Chính xác hơn, năng lượng kích hoạt được xác định từ các giá trị của hằng số tốc độ ở một số nhiệt độ. Để làm điều này, phương trình Arrhenius (4.2) được viết dưới dạng logarit

và viết dữ liệu thực nghiệm trong tọa độ ln k - 1/t. Tiếp tuyến của hệ số góc của đường thẳng kết quả là - E MỘT / r.

Đối với một số phản ứng, hệ số lũy thừa chỉ phụ thuộc một chút vào nhiệt độ. Trong trường hợp này, cái gọi là năng lượng kích hoạt thí nghiệm:

. (4.4)

Nếu thừa số mũ không đổi, thì năng lượng kích hoạt thực nghiệm bằng năng lượng kích hoạt Arrhenius: eđược = E MỘT.

Ví dụ 4-1. Sử dụng phương trình Arrhenius, hãy ước tính nhiệt độ và năng lượng kích hoạt mà quy tắc van't Hoff hợp lệ.

Dung dịch. Chúng ta hãy biểu diễn quy tắc van't Hoff (4.1) dưới dạng sự phụ thuộc định luật lũy thừa của hằng số tốc độ:

,

ở đâu b- một giá trị không đổi. Hãy để chúng tôi so sánh biểu thức này với phương trình Arrhenius (4.2), lấy giá trị ~ e = 2.718:

.

Hãy lấy logarit tự nhiên của cả hai phần của đẳng thức gần đúng này:

.

Phân biệt mối quan hệ thu được đối với nhiệt độ, chúng tôi tìm thấy mối quan hệ mong muốn giữa năng lượng kích hoạt và nhiệt độ:

Nếu năng lượng kích hoạt và nhiệt độ xấp xỉ thỏa mãn mối quan hệ này, thì quy tắc van't Hoff có thể được sử dụng để ước tính ảnh hưởng của nhiệt độ đến tốc độ phản ứng.

Ví dụ 4-2. Phản ứng bậc một ở 70°C hoàn thành 40% trong 60 phút. Ở nhiệt độ nào thì phản ứng sẽ hoàn thành 80% trong 120 phút nếu năng lượng kích hoạt là 60 kJ/mol?

Dung dịch. Đối với phản ứng bậc nhất, hằng số tốc độ được biểu thị theo mức độ chuyển đổi như sau:

,

trong đó một = x/một- mức độ biến đổi. Chúng tôi viết phương trình này ở hai nhiệt độ, có tính đến phương trình Arrhenius:

ở đâu E MỘT= 60 kJ/mol, t 1 = 343K, t 1 = 60 phút, 1 = 0,4, t 2 = 120 phút, a 2 = 0,8. Chia một phương trình cho phương trình kia và lấy logarit:

Thay thế các đại lượng trên vào biểu thức này, chúng tôi tìm thấy t 2 \u003d 333 K \u003d 60 o C.

Ví dụ 4-3. Tốc độ thủy phân cơ cá của vi khuẩn tăng gấp đôi khi chuyển từ nhiệt độ -1,1 o C sang nhiệt độ +2,2 o C. Hãy ước lượng năng lượng hoạt hóa của phản ứng này.

Dung dịch. Tốc độ thủy phân tăng 2 lần là do hằng số tốc độ tăng: k 2 = 2k một . Năng lượng kích hoạt liên quan đến hằng số tốc độ ở hai nhiệt độ có thể được xác định từ phương trình (4.3) với t 1 = t 1 + 273,15 = 272,05K t 2 = t 2 + 273,15 = 275,35K:

130800 J/mol = 130,8 kJ/mol.

4-1. Sử dụng quy tắc van’t Hoff, hãy tính xem ở nhiệt độ nào thì phản ứng kết thúc sau 15 phút, nếu ở 20°C thì phản ứng kết thúc trong 2 giờ. Hệ số nhiệt độ của tốc độ là 3. (Đáp án)

4-2. Chu kỳ bán rã của một chất ở 323 K là 100 phút và ở 353 K là 15 phút. Xác định hệ số nhiệt độ của vận tốc.(Đáp án)

4-3. Năng lượng kích hoạt phải là bao nhiêu để tốc độ phản ứng tăng lên 3 lần khi nhiệt độ tăng thêm 10 0 С a) ở 300 K; b) ở 1000 K? (câu trả lời)

4-4. Phản ứng bậc một có năng lượng kích hoạt là 25 kcal/mol và hệ số lũy thừa là 5 . 10 13 giây -1 . Ở nhiệt độ nào thì thời gian bán hủy của phản ứng này là: a) 1 phút; b) 30 ngày? (đáp án)

4-5. Trường hợp nào trong hai trường hợp thì hằng số tốc độ phản ứng tăng nhiều lần hơn: khi đun nóng từ 0 o C đến 10 o C hoặc khi đun nóng từ 10 o C đến 20 o C? Chứng minh câu trả lời của bạn bằng cách sử dụng phương trình Arrhenius.

4-6. Năng lượng hoạt hóa của một phản ứng này lớn gấp 1,5 lần năng lượng hoạt hóa của phản ứng kia. Khi đun nóng từ t 1 đến t 2 hằng số tốc độ của phản ứng thứ hai tăng trong một Một lần. Hỏi hằng số tốc độ của phản ứng thứ nhất tăng bao nhiêu lần khi đun nóng từ t 1 đến t 2? (đáp án)

4-7. Hằng số tốc độ của phản ứng phức tạp được biểu diễn dưới dạng hằng số tốc độ của các bậc cơ bản như sau:

Hãy biểu thị năng lượng hoạt hoá và hệ số luỹ thừa của phản ứng phức hợp dưới dạng các đại lượng tương ứng liên quan đến các giai đoạn cơ bản.(Đáp án)

4-8. Trong phản ứng bất thuận nghịch bậc 1 trong 20 phút ở 125°C, mức độ chuyển hóa của nguyên liệu ban đầu là 60%, và ở 145°C, mức độ chuyển hóa tương tự đạt được trong 5,5 phút. Tìm hằng số tốc độ và năng lượng hoạt hóa của phản ứng này.(Đáp án)

4-9. Phản ứng bậc 1 ở nhiệt độ 25°C hoàn thành 30% trong 30 phút. Ở nhiệt độ nào thì phản ứng sẽ hoàn thành 60% trong 40 phút nếu năng lượng kích hoạt là 30 kJ/mol? (Trả lời)

4-10. Phản ứng bậc 1 ở nhiệt độ 25°C hoàn thành 70% trong 15 phút. Ở nhiệt độ nào thì phản ứng sẽ hoàn thành 50% trong 15 phút nếu năng lượng kích hoạt là 50 kJ/mol? (Trả lời)

4-11. Hằng số tốc độ của phản ứng bậc 1 là 4,02. 10 -4 s -1 ở 393 K và 1,98 . 10 -3 s -1 ở 413 K. Tính hệ số lũy thừa cho phản ứng này.

4-12. Đối với phản ứng H 2 + I 2 2HI, hằng số tốc độ ở nhiệt độ 683 K là 0,0659 l / (mol. phút) và ở nhiệt độ 716 K - 0,375 l / (mol. phút). Tìm năng lượng kích hoạt của phản ứng này và hằng số tốc độ ở nhiệt độ 700 K. (Đáp án)

4-13. Đối với phản ứng 2N 2 O 2N 2 + O 2, hằng số tốc độ ở nhiệt độ 986 K là 6,72 l / (mol. phút) và ở nhiệt độ 1165 K - 977,0 l / (mol. phút). Tìm năng lượng kích hoạt của phản ứng này và hằng số tốc độ ở nhiệt độ 1053,0 K. (Đáp án)

4-14. Ion trichloroacetate trong dung môi ion hóa chứa H+ bị phân hủy theo phương trình

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

Bước xác định tỷ lệ là sự phân cắt đơn phân tử của liên kết C-C trong ion trichloroacetate. Phản ứng tiến hành theo thứ tự đầu tiên và hằng số tốc độ có các giá trị sau: k= 3,11 . 10 -4 s -1 ở 90 o C, k= 7,62. 10 -5 s -1 ở 80 o C. Tính a) năng lượng kích hoạt, b) hằng số tốc độ ở 60 o C. (đáp án)

4-15. Đối với phản ứng CH 3 COOC 2 H 5 + NaOH * CH 3 COONa + C 2 H 5 OH, hằng số tốc độ ở nhiệt độ 282,6 K là 2,307 l / (mol. phút) và ở nhiệt độ 318,1 K - 21,65 l /(mol. phút). Tìm năng lượng kích hoạt của phản ứng này và hằng số tốc độ ở nhiệt độ 343 K. (Đáp án)

4-16. Đối với phản ứng C 12 H 22 O 11 + H 2 O C 6 H 12 O 6 + C 6 H 12 O 6, hằng số tốc độ ở nhiệt độ 298,2 K là 0,765 l / (mol. phút) và ở nhiệt độ 328,2 K - 35,5 l/(mol tối thiểu). Tìm năng lượng kích hoạt của phản ứng này và hằng số tốc độ ở nhiệt độ 313,2 K. (Đáp án)

4-17. Chất phân hủy theo hai con đường song song với hằng số tốc độ k 1 và k 2. Sự khác biệt giữa năng lượng kích hoạt của hai phản ứng này là gì, nếu ở 10 o C k 1 /k 2 = 10, và ở 40 o C k 1 /k 2 = 0,1? (đáp án)

4-18. Trong hai phản ứng cùng bậc, hiệu số năng lượng hoạt hóa là e 2 - e 1 = 40 kJ/mol. Ở nhiệt độ 293 K, tỷ lệ của hằng số tốc độ là k 1 /k 2 \u003d 2. Ở nhiệt độ nào thì các hằng số tốc độ sẽ bằng nhau?(Đáp án)

4-19. Sự phân hủy axeton axit dicacboxylic trong dung dịch nước là phản ứng bậc nhất. Hằng số tốc độ của phản ứng này được đo ở các nhiệt độ khác nhau:

Tính năng lượng kích hoạt và hệ số mũ trước. Chu kỳ bán rã ở 25°C là bao nhiêu?

Tốc độ của phản ứng hóa học phụ thuộc vào nhiệt độ, khi nhiệt độ tăng thì tốc độ phản ứng tăng. Nhà khoa học Hà Lan Van't Hoff đã chỉ ra rằng khi nhiệt độ tăng 10 độ, tốc độ của hầu hết các phản ứng tăng 2-4 lần;

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

Trong đó VT 2 và VT 1 là tốc độ phản ứng ở nhiệt độ T 2 và T 1; y là hệ số nhiệt độ của tốc độ phản ứng, cho biết tốc độ phản ứng tăng bao nhiêu lần khi nhiệt độ tăng thêm 10K.

Ở nồng độ chất phản ứng là 1 mol/l, tốc độ phản ứng bằng hằng số tốc độ k. Sau đó, phương trình cho thấy hằng số tốc độ phụ thuộc vào nhiệt độ giống như tốc độ của quá trình.

3. Viết phương án phản ứng khử (khử) giải phóng hiđro halogenua.

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

Vé số 4

1. Thế nào là "nguyên tử khối", "phân tử khối", "mol chất" và đơn vị khối lượng nguyên tử (a.m.u.) được lấy là gì?

KHỐI LƯỢNG NGUYÊN TỬ - khối lượng của một nguyên tử tính theo đơn vị khối lượng nguyên tử (a.m.u.). mỗi đơn vị a. e. m., 1/12 khối lượng của đồng vị carbon-12 được chấp nhận.

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

KHỐI LƯỢNG PHÂN TỬ - Khối lượng mol của một hợp chất, được gọi là 1/12 khối lượng mol của nguyên tử carbon-12.

MOL - lượng chất chứa cùng số hạt hoặc đơn vị cấu trúc (nguyên tử, ion, phân tử, gốc, electron, đương lượng, v.v.) như trong 12 a. e.m. đồng vị carbon-12.

Công thức tăng tốc độ phản ứng khi có mặt chất xúc tác.

Bạn có thể thay đổi giá trị của Ea (năng lượng kích hoạt) bằng cách sử dụng chất xúc tác. Các chất tham gia nhưng không bị tiêu hao trong quá trình phản ứng được gọi là chất xúc tác. Bản thân hiện tượng này được gọi là xúc tác. Độ tăng tốc độ phản ứng khi có mặt chất xúc tác được xác định theo công thức

Tùy thuộc vào việc chất xúc tác ở cùng pha với chất phản ứng hay tạo thành một pha độc lập, người ta nói về xúc tác đồng thể hoặc dị thể. Cơ chế hoạt động xúc tác của chúng không giống nhau, tuy nhiên, trong cả hai trường hợp, phản ứng được tăng tốc do giảm Ea. Có một số chất xúc tác - chất ức chế cụ thể làm giảm tốc độ phản ứng.

đâu là các tham số của quá trình xúc tác, V, k, Ea- quá trình không xúc tác.

Viết các phản ứng đốt cháy các chất vô cơ chứa cacbon trong oxi, cho biết chất oxi hóa, chất khử và trạng thái oxi hóa của cacbon trước và sau phản ứng.

C - chất khử, quá trình oxi hóa

O - chất oxi hóa, quá trình khử

Vé số 5

1. Thế nào là "độ âm điện", "hóa trị", "trạng thái oxi hóa" của một nguyên tố và các quy tắc cơ bản để xác định chúng?

TRẠNG THÁI OXI HÓA - điện tích có điều kiện của nguyên tử của một nguyên tố, thu được dựa trên giả định rằng hợp chất bao gồm các ion. Nó có thể là dương, âm, 0, phân số và được biểu thị bằng một chữ số Ả Rập có dấu “+” hoặc “-” ở dạng chỉ số trên bên phải của ký hiệu phần tử: C 1-, O 2-, H + , Mg 2+ , N 3- , N 5+ , Cr 6+ .

Để xác định trạng thái oxy hóa (s. o.) của một nguyên tố trong hợp chất (ion), người ta sử dụng các quy tắc sau:

1 Trong các chất đơn giản (H2, S8, P4) p. Về. bằng không.

2 hằng số p. Về. có các nguyên tố kiềm (E+) và kiềm thổ (E2+), cũng như flo P-.

3 Hiđro trong hầu hết các hợp chất đều có s. Về. H+ (H2O, CH4, HC1), ở dạng hyđrua - H- (-NaH, CaH2); Với. Về. oxy, theo quy luật, bằng -2 (O2-), trong peroxit (-O-O-) - 1 (O-).

4 Trong hợp chất nhị phân của phi kim, p âm. Về. gán cho phần tử bên phải).

5 Tổng đại số p. Về. phân tử bằng không, ion - điện tích của nó.

Khả năng của một nguyên tử gắn hoặc thay thế một số nguyên tử khác được gọi là GIÁ TRỊ. Đơn vị đo hóa trị là số lượng nguyên tử hydro hoặc oxy được gắn vào một nguyên tố, với điều kiện là hydro là hóa trị một và oxy là hóa trị hai.