4 Химическая кинетика и катализ

4.1 Решения типовых задач

1) Период полураспада (τ) полония равен 137 дням. Найти время, в течение которого от исходного количества вещества – 0,1 г – останется 0,01 г (10%).

Решение: Радиоактивный распад описывается кинетическим уравнением реакции первого порядка, т.е. = k · х, или k · t = In ,

или kt = 2,3 lg[/(-x)], где k – константа скорости, t – время реакции,  – начальная концентрация или количество вещества, х – текущая концентрация, прореагировавшее количество, ( – х) – конечная концентрация. Кроме того, константа скорости связана с периодом полураспада соотношением k = 0,69/ τ. Отсюда · t = 2,3 lg .

Подставим данные задачи в полученное уравнение:

,

,

.

2) Определить энергию активации реакции разложения йодистого водорода, если известны константы скоростей при двух температурах:

k₁ = 8,1 · 10^-5 при Т₁ = 629 К и k₂ = 1,06 · 10^-1 при Т₂ = 781К.

Решение: Зависимость константы скорости от энергии активации определяется уравнением:

k = k₀е или In k = In k₀ - ,

где k – константа скорости при данной температуре Т, k ₀ – константа, R – газовая постоянная, е – основание натуральных логарифмов, Е – энергия активизации.

Используя данные задачи, имеем два уравнения:

k₁ = k₀е k₂ = k₀е

или в логарифмической форме:

In k₁ = In k₀ - , (1)

In k₂ = In k₀ - . (2)

Вычтем из уравнения (1) уравнение (2)

In k₁ - In k₂ = - ,

In = .

Отсюда 2,3 lg = , Е = 2,3 Rlg .

Подставим данные задачи и R = 8,31 Дж/мольК:

192,8 КДж/моль.

4.2 Задачи для контрольной работы

41-50 Что понимается под скоростью реакции? Какие факторы влияют на скорость реакции? Какая реакция называется реакцией первого порядка? Каким кинетическим уравнением она описывается? Найти количество вещества, оставшееся после протекания реакции, или время реакции по данным таблицы 6.

Таблица 6 Варианты контрольных заданий 41-50

№	Процесс	Порядок реакции	Период полураспада	Время протекания реакции, с	Начальная концентрация (кол-во)	Конечная концентрация (кол-во)	Константа скорости
41 42 43 44 45 46 47 48 49 50	Распад изотопа 97Th СН3NH2 = HCN + 2H2 N2O5 = N2O4 + 1/202 Распад изотопа НСООН  Н2О + СО 2F2O = 2F2 + O2 Распад изотопа CH3COOC2H5 + H2O CH3COOH+ C2H5OH Распад изотопа Распад изотопа	Первый Первый Первый Первый Первый Первый Первый Второй Первый Второй	44с 10дн. 100дн 300дн	10 15 10 30 10 1560	1 г 0,001моль/л 0,1г 10г 10-2моль/л 10-4моль/л 100 г 0,16 100 г 100%	0,1г 0,1г 100г 90%	5,010-3 (Т=913К) 7,910-7 (Т=273К) 3,4410-3 1,0410-4 0,007 410-1

51 – 54 Как зависит скорость реакции от температуры? В чем сущность теории Аррениуса, описывающей влияние температуры на скорость реакции? Что такое энергия активации? Вычислите энергию активацию процесса по данным таблицы 7.

Таблица 7 Варианты контрольных заданий 51-54

№	Начальная температура Т1,К	Конечная температура Т2, К	Константа скорости при Т1, k1	Константа скорости при Т2, k2
51 52 53 54	600 377 300 300	645 447 350 320	83,9 2,510-4 0,02 0,510-5	407 7,010-3 0,60 1,610-3