Разбор типовых задач
1. Концентрация пестицида диурона в пробе воды была равна 0,07 ммоль/л. Вследствие протекающего гидролиза, через 2,5 месяца она стала равна 0,05 ммоль/л. Температура пробы поддерживалась постоянной. Вычислите период полупревращения реакции гидролиза диурона.
Решение: Гидролиз диурона – реакция I порядка, т.к. ее скорость зависит лишь от концентрации диурона. Для реакции I порядка имеем:
,
откуда найдем константу скорости реакции гидролиза:
,
тогда из выражения
получим:
2. Оцените, во сколько раз возрастет скорость реакции разложения угольной кислоты при 310о К, если в присутствии фермента карбоангидразы Еа=49 кДж/моль, а без фермента Еа=86 кДж/моль.
Решение: Для того, чтобы оценить эффективность работы фермента, используем выражение:
,
где DЕа = 86 – 49 = 37 кДж/моль = 37000 Дж/моль
тогда
Порядок реакции |
Дифференциальная форма уравнения реакции |
Интегральная форма уравнения реакции |
t0,5 |
Размерность t0,5 |
0 |
|
|
|
|
I |
|
|
|
|
II |
|
|
|
|
Лабораторная работа
Задание 1. Изучение зависимости скорости реакции от концентрации.
Тиосульфат натрия разлагается в растворе серной кислоты по уравнению реакции:
Na2S2O3 + H2SO4 = Na2SO4 + SO2 + S¯ + H2O.
Реакция состоит из следующих стадий:
(очень
быстро)
(медленно)
(быстро)
Скорость суммарного процесса определяется второй (медленной) стадией.
В 5 пробирок берут по 1, 2, 3, 4 и 5 мл 0,1 М раствора Na2S2O3 и содержимое каждой пробирки доводят до 5 мл водой (добавляя в пробирки 4, 3, 2, 1 и 0 мл дистиллированной воды). Затем в полученные растворы тиосульфата натрия добавляют по 5 мл 1,0 М раствора серной кислоты и сразу фиксируют время.
Когда в пробирке появляется помутнение (выделяется свободная сера) опять фиксируют время. Результаты измерений заносят в таблицу и рассчитывают условную скорость реакции.
Постройте график зависимости скорости разложения Na2S2O3 от концентрации. Какой вывод можно сделать о порядке исследуемой реакции на основе полученной зависимости?
Объем, мл |
С |
Время до появления мути, сек |
Условная скорость Vусл = 1/t |
|||||
Na2S2O3 |
Н2О |
Н2SO4 |
||||||
1,0 |
4,0 |
5,0 |
0,01 |
|
|
|||
2,0 |
3,0 |
5,0 |
0,02 |
|
|
|||
3,0 |
2,0 |
5,0 |
0,03 |
|
|
|||
4,0 |
1,0 |
5,0 |
0,04 |
|
|
|||
5,0 |
0,0 |
5,0 |
0,05 |
|
|
|||
Задание 2. Изучение зависимости скорости реакции от температуры.
В 3 пробирки наливают по 5 мл 0,1 М раствора тиосульфата натрия, а в три другие – по 5 мл 1 М раствора серной кислоты. Помещают в стакан с водой при комнатной температуре 1 пробирку с раствором Na2S2O3 и пробирку с раствором H2SО4. Через 4-5 минут, измерив температуру воды в стакане, сливают вместе содержимое двух пробирок и фиксируют время. После помутнения раствора в пробирке также фиксируют время.
Путем добавления горячей воды добиваются, чтобы в стакане вода имела температуру на 10о больше, чем в первом случае. Вновь выдерживают растворы при этой температуре 4-5 минут, затем их сливают вместе и определяют время до начала появления мути.
Опыт с последней парой пробирок проводят при температуре приблизительно на 20о выше первоначальной (добавляя горячую воду в стакан).
Результаты записывают в таблицу по форме:
to, C |
1/T |
Время до появления мути, сек. |
Условная скорость Vусл = 1/t |
lgV |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Постройте график зависимости логарифма скорости реакций от обратной величины абсолютной температуры. Из графика определяют тангенс угла наклона и вычисляют энергию активации по формуле:
,
где a - угол наклона прямой относительно оси абсцисс.
По выполненным лабораторным работам сделайте вывод о влиянии концентрации реагирующих веществ и температуры на скорость реакции.