формальная кинетика 1
.pdfСЕМИНАР 7 ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ФОРМАЛЬНОЙ КИНЕТИКИ
1. Хлористый фенилдиазоний при 323 К в воде подвергается термическому разложению с константой скорости 0,071 мин–1. Сколько времени нужно нагревать раствор при 323 К, чтобы исходная концентрация, равная 0,01 М, уменьшилась до 0,001 М? Рассчитайте время полупревращения.
Ответ: 32,43 мин; 9,76 мин
2. Период полупревращения реакции первого порядка равен 100 с. Определите скорость химической реакции через 10 с от её начала, если начальная концентрация исходного вещества составляет 0,2 моль/л.
Ответ: 1,3·10–3 моль/(л·с)
3. Реакция первого порядка проходит на 40 % за 51 мин. Какова скорость реакции (в моль/л ч) при концентрации реагирующего вещества
0,02 моль/л?
Ответ: 1,2·10–2 моль/(л·ч)
4. Реакция разложения 2 5 в газовой фазе при температуре 338 К происходит с константой скорости равной 4,81·10–3 с–1. Какова будет степень превращения реагента 2 5 при данной температуре через 5 минут после начала опыта?
Ответ: 76,4 %
5. Константа скорости реакции инверсии (гидролиза) сахарозы в опыте при некоторой температуре и постоянной концентрации ионов + оказалась равна 3,43·10–3 мин–1. Вычислите время полупревращения сахарозы и время, в течение которого она прореагирует на 90 % при условиях данного опыта.
Ответ: 202,1 мин; 671,3 мин
6. Период полураспада реагента в реакции первого порядка А→В составляет 25 мин. Определите, сколько процентов от исходной концентрации вещества останется в системе через час после начала реакции.
Ответ: 19 %
7. Бимолекулярная реакция с одинаковыми начальными концентрациями исходных реагентов за 30 мин протекает на 20 %. Рассчитайте, за какое время реакция пройдет на 70 %.
Ответ: 280 мин
8. При смешении равных объемов полумолярных водных растворов метилпропионата и едкого натра, взаимодействующих по уравнению:
2 5 3 + = 2 5 + 3
через 20 мин прореагировало 75 % исходного вещества (реакция 2-го порядка). Сколько времени потребуется для того, чтобы реакция прошла на ту же глубину, если растворы исходных реагентов разбавить в 5 раз, а затем смешать?
Ответ: 100 мин
9. Установлено, что реакция второго порядка проходит на 75 % за 92 мин при исходной концентрации реагента 0,24 М. Какое время потребуется, чтобы при тех же условиях концентрация реагента достигла 0,16 М?
Ответ: 15,3 мин
10. Бимолекулярная реакция + → , для которой взяли равные начальные концентрации веществ и , проходит в течение 10 мин на 25 %. Сколько времени необходимо, чтобы реакция прошла на 50 % при той же температуре?
Ответ: 30 мин
11. Реакция восстановления хлорида железа (III) хлористым оловом протекает по уравнению:
23+ + 2+ = 22+ + 4+
подчиняется уравнению третьего порядка. Начальные концентрации реагентов эквивалентны и равны [3+]0=0,0625 М и [2+]0=0,03125 М. За кинетикой следили, определяя концентрации продукта 2+ во времени титрованием проб бихроматом. Определите константу скорости по приведенным в таблице результатам титрования:
, мин |
1 |
3 |
7 |
17 |
40 |
|
|
|
|
|
|
[ +], моль/л |
0,01407 |
0,02640 |
0,03623 |
0,04469 |
0,05061 |
Ответ: 85,2 л2·моль–2·мин–1
12. Реакция окисления 2 при помощи 3 в соляной кислоте:
62 + 3 + 6 = 63 + + 32
является реакцией 3-го порядка с константой скорости, примерно равной 1,0 л2·моль–2·мин–1. Вычислите, какова будет концентрация 2 через 1,5 часа, если начальные концентрации реагирующих вещества равны 0,2 моль/л.
Ответ: 0,07 моль/л
13. Разложение аммиака на вольфрамовой проволоке при 273 К является реакцией нулевого порядка. Ниже представлена зависимость парциального давления аммиака ( 3) от времени ( ):
|
|
, c |
0 |
100 |
200 |
300 |
400 |
600 |
800 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
∙ − , Па |
173,3 |
164,8 |
156,2 |
147,7 |
139,3 |
122,1 |
105,0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рассчитайте константу скорости разложения аммиака. |
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
Ответ: 8,53 Па/с |
||
СЕМИНАР 8 МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОРЯДКА РЕАКЦИИ
1. Реакция омыления эфира щелочью:
3 3 + = 3 + 3
протекает при равных начальных концентрациях эфира и щелочи. В ходе реакции титрованием определяли концентрацию :
|
|
, мин |
0 |
3 |
5 |
7 |
10 |
15 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
∙ , моль/л |
10 |
7,40 |
6,32 |
5,50 |
4,62 |
3,63 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Определите порядок реакции и константу скорости.
Ответ: 2; 11,68 л·моль–1·мин–1
2. Реакция окисления ионов 3+ ионами 4+ протекает по уравнению:
24+ + 3+ = 23+ + 5+
Реакционная смесь содержала эквивалентные концентрации реагентов. Определите порядок реакции и рассчитайте константу скорости, если имеется зависимость концентрации ионов церия от времени:
, мин |
0 |
70 |
130 |
273 |
334 |
373 |
|
|
|
|
|
|
|
[ +], моль/л |
0,0234 |
0,0193 |
0,0171 |
0,0139 |
0,0130 |
0,0125 |
Ответ: 3; 6,13 л2·моль–2·мин–1
3. Определите порядок реакции разложения окиси этилена:
2( ) 2 (г) = 4 (г) + (г)
и рассчитайте константу скорости, если при 687,7 К общее давление реакционной смеси изменяется со временем следующим образом:
, мин |
0 |
4 |
7 |
9 |
12 |
18 |
|
|
|
|
|
|
|
, мм.рт.ст. |
117,80 |
123,88 |
128,21 |
131,10 |
135,15 |
142,89 |
Ответ: 1; 0,0133 мин–1
4. Процесс распада метиламина в газовой фазе можно описать следующим уравнением:
3 2 = + 22
При протекании реакции общее давление в системе изменялось следующим образом:
, мин |
0 |
2,5 |
3,0 |
3,5 |
4,0 |
4,5 |
5,0 |
5,5 |
6,0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
∙ − , Па |
3,57 |
5,80 |
6,15 |
6,50 |
6,77 |
7,08 |
7,35 |
7,58 |
7,80 |
Определите порядок реакции, рассчитайте константу скорости и период полупревращения.
Ответ: 1; 0,150 мин–1; 4,6 мин
5. Реакция димеризации бутадиена в газовой фазе является реакцией второго порядка. Кинетика этого процесса изучалась путем измерения в определенные моменты времени общего давления реагирующей системы при постоянном объеме. При 600 К были получены следующие данные:
, мин |
|
0 |
10,1 |
|
36,4 |
|
|
60,9 |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
∙ − , Па |
|
84,2 |
78,9 |
|
69,5 |
|
|
64,4 |
||||||
Рассчитайте скорость этой реакции (в |
моль⁄(м3 ∙ мин) в |
начальный |
||||||||||||
момент времени. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ответ: 0,245 моль·м–3·мин–1 |
|||||
6. Раствор 2 5 в |
4 разлагается, выделяя кислород со следующей |
|||||||||||||
скоростью: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
, мин |
|
20 |
|
40 |
|
60 |
80 |
|
100 |
|
∞ |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
, мл |
|
11,40 |
19,90 |
|
23,90 |
27,70 |
|
29,50 |
|
34,75 |
|||
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Определите порядок и константу скорости данной реакции.
Ответ: 1; 0,02 мин-1
7. Кинетика реакции первого порядка, в которой происходило образование кислоты, изучалась путем отбора проб реакционной смеси и их титрования одним и тем же раствором щелочи. Объемы щелочи, которые пошли на титрование:
Время, мин |
0 |
27 |
60 |
∞ |
|
|
|
|
|
Объем, мл |
0 |
18,1 |
26,0 |
29,7 |
|
|
|
|
|
Докажите, что реакция имеет первый порядок. Рассчитайте константу скорости и период полураспада.
Ответ: 0,0348 мин–1; 20 мин
8. 20%-ый раствор тростникового сахара подвергается инверсии в 0,5 М молочной кислоте при 25°C. Подтвердите, что реакция протекает по первому порядку и рассчитайте константу скорости, если имеются данные об изменении угла поворота плоскости поляризации во времени:
, мин |
0 |
1435 |
11360 |
∞ |
|
|
|
|
|
, градусы |
34,50 |
31,10 |
13,98 |
–10,77 |
Ответ: 5,38·10–5 мин
9. В некоторой реакции при изменении начальной концентрации от 0,502 до 1,007 моль/л период полупревращения уменьшился с 51 до 26 с. Определите порядок реакции и константу скорости.
Ответ: 2; 0,03865 л·моль–1·с–1
10. Восстановление оксида азота (II) протекает по уравнению:
2 + 22 = 2 + 22
Определите порядок этой реакции, пользуясь зависимостью между временем расхода половины исходного вещества и начальным давлением:
, мм.рт.ст |
340,5 |
288,0 |
|
|
|
, с |
102,0 |
140,0 |
|
/ |
|
|
|
|
|
|
|
|
Ответ: 3 |
11. Определите константу скорости и порядок реакции превращения цианата аммония в мочевину 4 = (2)2 при 308 К, если известны значения начальных концентраций и соответствующие периоды полупревращения:
, моль/л |
0,05 |
0,10 |
0,15 |
0,20 |
0,25 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
, ч |
37,03 |
19,15 |
12,43 |
9,45 |
7,51 |
/ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ответ: 2; 0,532 л·моль–1·ч–1 |
||
12. Определите порядок некоторой реакции, если в двух различных опытах были получены следующие данные:
, мин |
0 |
4 |
|
|
|
′, моль/л |
0,00814 |
0,0061 |
′′, моль/л |
0,00424 |
0,00314 |
|
|
Ответ: 1 |
13. Определите порядок реакции полимеризации циановой кислоты в циануровую:
3(г) = ( )3 (тв)
В одном опыте давление снизилось за 23 ч с 188,84 до 153,46 мм.рт.ст., а в другом при той же температуре – за 20 ч с 79,07 до
76,81 мм.рт.ст.
Ответ: 3
14. Для реакции разложения нитрозилхлорида 2 = 2 + 2 получены следующие экспериментальные данные:
[ ] , моль/см3 |
, моль/(см3 с) |
5,0 ∙ 10−6 |
1,41 ∙ 10−8 |
1,2 ∙ 10−5 |
8,10 ∙ 10−8 |
Известно, что = [ ] . Найдите порядок реакции и определите константу скорости.
Ответ: 2; 563,25 см3·моль–1·с–1
Задания по сборнику Белевского:
Глава XIII
1.1, 2.3, 3.1, 4.1, 4.2, 5.1, 5.2, 6.1, 6.3, 7.2, 7.3, 7.4, 7.5, 8.3, 8.5, 9.2, 10.5