5. Химическая кинетика и равновесие

Скорость реакции оценивается по изменению концентраций участвующих в реакции веществ , гдес – концентрация, моль/л (М); t – время, с. Для одностадийной реакции A + B → P основной закон химической кинетики (закон действующих масс) имеет вид: v = k c_A c_B, где k – константа скорости реакции.

Влияние температуры на скорость реакции определяется уравнением Аррениуса: k = Ae^(-Ea/RT), где E_a – энергия активации. Если известны константы скорости реакции при двух температурах, то .

Для приближенных расчетов используют правило Вант-Гоффа: , где – температурный коэффициент.

Для обратимой реакции aA + bB cC + dD константа равновесия имеет вид:

.

Принцип Ле-Шателье: если на систему, находящуюся в состоянии химического равновесия, оказывается внешнее воздействие, то равновесие смещается так, чтобы компенсировать это воздействие.

5.1. Определите порядок реакции и рассчитайте, как изменится начальная скорость гомогенных химических реакций согласно закону действующих масс:

1. 2H₂O₂  2H₂O + O₂; v = k [H₂O₂]; если разбавить раствор в 4 раза

2. 2NO₂  2NO + O₂; v = k [NO₂]²; если уменьшить давление в 2 раза

3. 2N₂O  2N₂ + O₂; v = k [N₂O]; если уменьшить объем в 3 раза

4. 2NO + H₂  N₂O + H₂O; v = k [NO]²[H₂]; если увеличить давление в 2 раза

5. 2O₃  3O₂; v = k [O₃]; если увеличить давление в 2 раза

6. I₂ + H₂O  HI + HIO; v = k [I₂]; если разбавить раствор водой в 4 раза

7. 2NO + Cl₂  2NOCl; v = k [NO]²[Cl₂]; если увеличить давление в 3 раза

8. C₂H₂ + H₂  C₂H₄; v = k [C₂H₂][H₂]; если увеличить давление в 2 раза

9. 2NO + O₂  2NO₂; v = k [NO]²[O₂]; если увеличить конц. NO в 3 раза

10. CO + Cl₂  COCl₂; v = k [CO][Cl₂]^3/2; если увеличить концентрации реагирующих веществ в 4 раза

11. HCHO  H₂ + CO; v = k [HCHO]²; если уменьшить объем в 2 раза

12. 2F₂O  2F₂ + O₂; v = k [F₂O]²; если увеличить давление в 2 раза

13. H₂ + I₂  2HI; v = k [H₂][I₂]; если увеличить конц. Н₂ в 3 раза

14. H₂ + Br₂  2HBr; v = k [H₂][Br₂]^1/2; если уменьшить давление в 4 раза

15. 2ICl + H₂  2HCl + I₂; v = k [ICl][H₂]; если увеличить объем в 3 раза

16. C₂Cl₄ + Cl₂  C₂Cl₆; v = k [Cl₂]^3/2; если увеличить конц. С₂Cl₄ в 3 раза

17. 2NO + 2H₂  N₂ + 2H₂O; v = k [NO]²[H₂]; если уменьшить конц. Н₂ в 3 раза

18. 2HI  H₂ + I₂; v = k [HI]²; если увеличить объем в 2 раза

19. HCOOH  H₂O + CO; v = k [HCOOH]; если увеличить конц. HCOOH в 3 раза

20. 2NO + Br₂  2NOBr; v = k [NO]²[Br₂]; если уменьшить давление в 3 раза

5.2. Рассчитать изменение скорости реакции при изменении температуры:

1. при повышении Т от 20ºС до 50ºС, если k_10º = 6 c^-1 и k_20º = 18 c^-1

2. при повышении Т от 290 K до 300 К, если E_a = 50,1 кДж/моль

3. при повышении Т от 20ºС до 60ºС, если  = 2

4. при повышении Т от 20ºС до 60ºС, если k_30º = 1,5 с^-1 и k_50º = 6 с^-1

5. при понижении Т от -100ºС до -200ºС, если E_a = 20 кДж/моль

6. при повышении Т от 300 К до 350 К, если  = 3

7. при повышении Т от 400 К до 500 К, если E_a = 60,3 кДж/моль

8. при повышении Т от 500 К до 1000 К, если E_a = 38,2 кДж/моль

9. при понижении Т от 90ºС до 30ºС, если  = 2

10. при понижении Т от 25ºС до 10ºС, если  = 2

11. при повышении Т от 300 К до 320 К, если E_a = 60,4 кДж/моль

12. при повышении Т от 27ºС до 37ºС, если E_a = 10 кДж/моль

13. при понижении Т от -10ºС до -50ºС, если E_a = 25 кДж/моль

14. при повышении Т от 320 до 350К, если k_320К = 10 с^-1 и k_330K = 25 c^-1

15. при повышении Т от 25ºС до 50ºС, если  = 3

16. при понижении Т от 250 К до 220 К, если E_a = 35,7 кДж/моль

17. при повышении Т от 260 К до 400 К, если E_a = 30,8 кДж/моль

18. при повышении Т от 60ºС до 100ºС, если  = 3

19. при повышении Т от 200 К до 220 К, если E_a = 16,9 кДж/моль

20. при понижении Т от 180 К до 20 К, если E_a = 4,2 кДж/моль