![](/user_photo/_userpic.png)
7 семестр / Основы_физич_химии_Теория_и_задачи_Еремин_и_др_2005_480с
.pdf![](/html/69925/278/html_IqnQFSz618.3Mdk/htmlconvd-9Prpv4261x1.jpg)
![](/html/69925/278/html_IqnQFSz618.3Mdk/htmlconvd-9Prpv4262x1.jpg)
![](/html/69925/278/html_IqnQFSz618.3Mdk/htmlconvd-9Prpv4263x1.jpg)
![](/html/69925/278/html_IqnQFSz618.3Mdk/htmlconvd-9Prpv4264x1.jpg)
Г л а в а 5. Химическая кинетика |
267 |
ПРИМЕРЫ
Пример 17-1. Скорость образования NO в реакции
2NOBr(г) → 2NO(г) + Br2(г)
равна 1.6 10–4 моль л–1 с–1. Чему равна скорость реакции и скорость расходования NOBr?
Решение. По определению, скорость реакции равна:
r = − 12 dcdtNOBr = 12 dcdtNO = 12 1.6 10−4 =8.0 10−5 моль л–1 с–1.
Из этого же определения следует, что скорость расходования NOBr равна скорости образования NO с обратным знаком:
|
|
dcNOBr |
= − |
dcNO |
= −1.6 10−4 |
моль л–1 с–1. |
|
|
|
|
|
||||
|
|
dt |
dt |
|
|||
Пример 17-2. В реакции второго порядка A + B → D начальные |
|||||||
концентрации |
веществ A |
и B равны, соответственно, 2.0 моль л–1 |
|||||
и 3.0 моль л–1. |
|
Скорость |
реакции равна |
1.2 10–3 моль л–1 с–1 при |
[A] = 1.5 моль л–1. Рассчитайте константу скорости и скорость реакции при [B] = 1.5 моль л–1.
Решение. По закону действующих масс, в любой момент времени скорость реакции равна:
r = k [A] [B] .
К моменту времени, когда [A] = 1.5 моль л–1, |
прореагировало по |
0.5 моль л–1 веществ A и B, поэтому [B] = 3 – 0.5 = 2.5 моль л–1. Кон- |
|
станта скорости равна: |
|
k = r ([A] [B])=1.2 10−3 (1.5 2.5) = 3.2 10−4 |
л моль–1 с–1. |
К моменту времени, когда [B] = 1.5 моль л–1, |
прореагировало по |
1.5 моль л–1 веществ A и B, поэтому [A] = 2 – 1.5 = 0.5 моль л–1. Скорость реакции равна:
r = k [A] [B] =3.2 10−4 0.5 1.5 = 2.4 10−4 моль л–1 с–1.
Пример 17-3. Реакция разложения азотной кислоты описывается следующими кинетическими уравнениями:
d[HNO3 ] |
= −k1[HNO3 ] + k2 [HO][NO2 ] − k3 [HO][HNO |
3 ] , |
||
|
|
|
||
|
dt |
|
|
|
|
d[HO] |
= k1[HNO3 ] − k2 [HO][NO2 ] − k3 [HO][HNO3 ] |
, |
|
|
dt |
|
||
|
|
|
d[NO3 ] |
|
= k3 [HO][HNO3 ] . |
|
dt |
|||
|
![](/html/69925/278/html_IqnQFSz618.3Mdk/htmlconvd-9Prpv4265x1.jpg)
268 |
Г л а в а 5. Химическая кинетика |
Опишите механизм этой реакции, составив уравнения элементарных стадий.
Решение. Судя по числу констант скорости, механизм включает три элементарные стадии. В первой реакции происходит разложение HNO3 на HO и NO2, во второй, которая обратна первой, HNO3 образуется из HO и NO2, в третьей HNO3 реагирует с HO с образованием NO3. Полный механизм:
HNO3 |
k1 |
HO + NO2 |
, |
|
|
||||
k2 |
||||
|
|
|
k3
HNO3 + HO NO3 + H2O .
ЗАДАЧИ
17-1. Напишите выражения для скорости реакции разложения метана CH4(г) → C(тв) + 2H2(г) через парциальные давления метана и водорода.
17-2. Как изменится скорость реакции синтеза аммиака
1/2 N2 + 3/2 H2 → NH3,
если уравнение реакции записать в виде N2 + 3H2 → 2NH3?
17-3. Чему равен общий порядок элементарных реакций:
а) Сl + H2 → HCl + H;
б) 2NO + Cl2 → 2NOCl?
17-4. Какие из перечисленных величин могут принимать: а) отрицательные; б) дробные значения:
скорость реакции, порядок реакции, молекулярность реакции, константа скорости, стехиометрический коэффициент?
17-5. Напишите выражения для закона действующих масс в случае элементарных реакций первого, второго и третьего порядков.
17-6. Как выражается скорость элементарной реакции
C2H5Br + OH– → C2H5OH + Br–
через концентрации этанола и щелочи?
17-7. Может ли скорость сложной реакции зависеть от концентрации продуктов реакции?
17-8. Во сколько раз увеличится скорость прямой и обратной элементарных реакций A 2D в газовой фазе при увеличении давления в 3 раза?
Г л а в а 5. Химическая кинетика |
269 |
17-9. В некоторый момент времени скорость сгорания циклогексана в избытке кислорода равна 0.350 моль л–1 с–1. Чему равны скорость образования CO2 и скорость расходования кислорода в этот момент?
17-10. Окисление сульфата железа (II) перманганатом калия описывается ионным уравнением:
5Fe2+ + MnO4– + 8H+ = 5Fe3+ + Mn2+ + 4H2O.
В некоторый момент времени скорость образования иона Mn2+ составила 0.213 моль л–1 с–1. Чему равны скорость образования Fe3+ и скорость расходования H+ в этот момент?
17-11. Определите размерность константы скорости для реакций первого, второго и третьего порядка, если концентрация выражена в моль л–1.
17-12. Определите общий порядок сложной реакции, если константа скорости имеет размерность л1/2 моль–1/2 с–1.
17-13. Реакция термического распада метана в присутствии водорода CH4 → C + 2H2 описывается кинетическим уравнением:
− |
d[CH 4 ] |
|
= k |
[CH 4 ]2 |
. |
|
dt |
|
[H 2 ]3 |
||
Определите порядок реакции по метану и по водороду, а также об- |
|||||
щий порядок реакции. |
|
|
|
17-14. Константа скорости газовой реакции второго порядка при 25 °С равна 1.0 10–3 л моль–1 с–1. Чему равна эта константа, если кинетическое уравнение выражено через давление в барах?
17-15. Для газофазной реакции n-го порядка nA → B выразите скорость образования B через суммарное давление.
17-16. Константы скорости прямой и обратной реакции равны 2.2 и 3.8 л моль–1 с–1. По какому из перечисленных ниже механизмов могут протекать эти реакции:
а) A + B |
D; |
б) A + B |
2D; |
в) A |
B + D; |
г) 2A |
B? |
17-17. Реакция разложения 2HI → H2 + I2 имеет второй порядок с константой скорости k = 5.95 10–6 л моль–1 с–1. Вычислите скорость реакции при давлении иодовододорода 1 бар и температуре 600 К.
17-18. Скорость реакции второго порядка A + B → D равна 2.7 10–7 моль л–1 с–1 при концентрациях веществ A и B, соответственно, 3.0 10–3 моль л–1 и 2.0 моль л–1. Рассчитайте константу скорости.
![](/html/69925/278/html_IqnQFSz618.3Mdk/htmlconvd-9Prpv4267x1.jpg)
270 |
Г л а в а 5. Химическая кинетика |
17-19. В реакции второго порядка A + B → 2D начальные концентрации веществ A и B равны по 1.5 моль л–1. Скорость реакции равна 2.0 10–4 моль л–1 с–1 при [A] = 1.0 моль л–1. Рассчитайте константу скорости и скорость реакции при [B] = 0.2 моль л–1.
17-20. В реакции второго порядка A + B → 2D начальные концентрации веществ A и B равны, соответственно, 0.5 и 2.5 моль л–1. Во сколько раз скорость реакции при [A] = 0.1 моль л–1 меньше начальной скорости?
17-21. Скорость газофазной реакции описывается уравнением r = k [A]2 [B].
При каком соотношении между концентрациями А и В начальная скорость реакции будет максимальна при фиксированном суммарном давлении?
17-22. Разложение H2O2 в спиртовом растворе – реакция первого порядка. Начальная скорость реакции при температуре 40 °С и концентрации H2O2 0.156 М равна 1.14 10–5 моль л–1 с–1. Рассчитайте константу скорости.
17-23. Скорость реакции между бутеном-2 и бромоводородом равна 4.0 10–11 моль л–1 с–1 при температуре 100 °С, давлении бромоводорода 0.25 бар и давлении бутена 0.15 бар. Рассчитайте константу скорости при этой температуре.
17-24. Константа скорости реакции второго порядка между этиленом и водородом равна 0.391 см3 моль–1 с–1 при температуре 400 °С. Рассчитайте скорость реакции при этой температуре, давлении водорода 15 бар и давлении этилена 5 бар.
17-25. При изучении инверсии (гидролиза) сахарозы были получены следующие данные:
Время, мин |
0 |
30 |
90 |
130 |
180 |
[C12H12O11], M |
0.500 |
0.451 |
0.363 |
0.315 |
0.267 |
Рассчитайте:
а) начальную скорость реакции; б) среднюю скорость за 90 мин; в) среднюю скорость за 180 мин.
17-26. При анализе термического разложения хлорэтана
C2H5Cl → C2H4 + HCl
при 746 К были получены следующие данные:
Время, мин |
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
8 |
16 |
[C2H5Cl], M |
0.100 |
0.0975 |
0.0951 |
0.0928 |
0.0905 |
0.0819 |
0.0670 |
![](/html/69925/278/html_IqnQFSz618.3Mdk/htmlconvd-9Prpv4268x1.jpg)
Г л а в а 5. Химическая кинетика |
271 |
Рассчитайте:
а) начальную скорость реакции; б) мгновенную скорость через 3 мин; в) среднюю скорость за 16 мин.
17-27. Реакция образования фосгена COCl2 из CO и Cl2 описывается кинетическим уравнением:
d[COCl2 ] |
= k |
[CO][Cl2 ]3 / 2 |
||
|
|
. |
||
dt |
|
k '+ k ''[Cl2 ] |
Определите общий порядок реакции при: а) высоких, б) низких концентрациях хлора.
17-28. Реакция разложения бромметана
2CH3Br → C2H6 + Br2
описывается кинетическим уравнением:
d[C2 H6 ] = k[CH3 Br] + k '[CH3 Br]3 / 2 . dt
Определите порядок реакции при: а) высоких, б) низких концентрациях бромэтана.
17-29. Для тримолекулярной реакции 2NO + O2 → 2NO2 предложен следующий механизм:
2NO (NO)2, (k1, k–1) (NO)2 + O2 → 2NO2. (k2)
Напишите кинетические уравнения, описывающие зависимость концентраций всех участвующих в реакции частиц от времени.
17-30. Реакция термического разложения озона описывается следующими кинетическими уравнениями:
d[O3 |
] |
= −k1[O3 |
] + k−1[O][O2 |
] − k2 [O][O3 ] , |
|
|
dt |
|
|||
|
|
|
|
|
|
d[O2 |
] |
= k1[O3 ] |
− k−1[O][O2 ] |
+ 2k2 [O][O3 ] , |
|
|
dt |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
d[O] |
= k1[O3 ] |
− k−1[O][O2 ] |
− k2 [O][O3 ] . |
|
|
|
||||
|
dt |
|
|
|
|
Опишите механизм этой реакции, составив уравнения элементарных стадий.
![](/html/69925/278/html_IqnQFSz618.3Mdk/htmlconvd-9Prpv4269x1.jpg)
![](/html/69925/278/html_IqnQFSz618.3Mdk/htmlconvd-9Prpv4270x1.jpg)