Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Основы химической кинетики и химической термодинамики по курсу общей и неорганической химии. Учебное пособие
.pdf
121
τ, мин
01530
С, моль/л
25,4
9,83
3,81
23. Энергия активации реакции разложения N2O5 = N2O4 + ½ O
равна 103,5 кДж/моль. Константа скорости этой реакции при 298 К равна 2,03∙10-3с-1. Вычислить константу скорости реакции при 288 К.
Ответ: 4,76 ∙ 10-4 с-1.
24. Константа скорости реакции омыления этилового эфира уксусной кислоты щелочью при 283 и 293 К соответственно равны 2,15 и
4,23 л∙моль-1∙мин-1. Найти энергию активации этой реакции.
Ответ: 46,7 кДж/моль.
25. Показать, что реакция разложения ацетона = C2H4 + H2 + CO
является реакцией первого порядка, если концентрация CH3COCH3 во
времени изменяется следующим образом:
26. Написать кинетические уравнения простых реакций между
газообразными веществами и определить изменение их скоростей при
увеличении давления в 2 раза:
1) 2HI=I2+H2;
2) N2O4=2NO2;
3) 2NO+CI2=2NOCI
Ответ: увеличивается в четыре (1), два (2) и в восемь (3) раз.
27. Стехиометрическое и кинетическое уравнения реакции имеют вид: H
2(г)
+Br
2(г)
=2HBr
, V=k[H2] [Br2]
(г)
1/2
. Какая эта реакция – простая или сложная? Как изменяется ее скорость при увеличении концентрации в 4 раза:
а) только водорода;
б) водорода и брома одновременно.
Ответ: сложная; увеличивается в 4 (а), 8 (б) раз.
28. Реакция между газообразными веществами F2+2CLO2=2CLO2F
имеет первый порядок по фтору и по ClO2. Напишите кинетическое
уравнение реакции. Какая она – простая или сложная? Как изменяется
ее скорость при уменьшении давления в 3 раза?
Ответ: сложная; уменьшается в 9 раз.
29. Реакция 2NO
(г)+O2(г)
=2NO
имеет второй порядок по NO и
2(г)
первый по O2. Скорость этой реакции при концентрациях [NO]=0,5
моль/л и [O2]=0,15 моль/л равна 2,2∙10-5моль/(л∙с). Определить численное значение и единицу измерения константы скорости реакции.
Ответ: 58,7 моль-1∙с-1.
30. Константа скорости элементарной реакции H
2(г)
+Cl
2(г)
=2HCl
при некоторой температуре равна 1,6. Исходные концентрации водорода и хлора равны 0,02 и 0,03 моль. Определить начальную скорость
2
(г)
122
реакции и скорость ее в тот момент, когда концентрация водорода
уменьшалась в 2 раза.
Ответ: 9.6∙10-4; 2.4∙10-4.
31. Тримолекулярная реакция отвечает уравнению 2NO
(г)
+CI
=2NOCI
2(г)
до начала реакции концентрации NO и CI2 соответственно равны
0,6 и 0,45 моль/л. Определить, как изменилась скорость этой реакции, если прореагировала половина оксида азота (II).
Ответ: уменьшилась в 6,7 раза.
32. Определить, как изменится скорость прямой реакции
2NO
(г)+O2(г)
=2NO
, если общий объем системы уменьшить в 4 раза.
2(г)
Ответ: увеличится в 64 раза.
33. Во сколько раз изменится скорость прямой реакции
2CO
(г)+O2(г)
↔2CO
, если при постоянной температуре увеличить об-
2(г)
щий объем системы в 3 раза?
Ответ: уменьшится в 27 раз.
34. Во сколько раз изменится скорость прямой реакции
СО
(г)+Н2
О↔СО
2(г)+Н2(г)
, если концентрацию СО увеличить в 3 раза, а
концентрацию Н2О уменьшить в 3 раза?
Ответ: не изменится.
35. Реакция при температуре 333 К завершается за 0,8 с. Температурный коэффициент равен 2. За какое время завершится реакция
при 313 К?
Ответ: 3,2 с.
36. Некоторая реакция при 90 С заканчивается за 20 с. За какое
время завершится эта реакция при 323 К, если температурный коэффициент этой реакции равен 3,5?
Ответ: 3001 с = 50 мин.
37. Как изменяется скорость некоторой реакции, если температура
повышается от 80 С до 130 С (температурный коэффициент равен 3)?
Ответ: уменьшается в 243 раза.
38. Во сколько раз увеличивается константа скорости реакции
при повышении температуры на 50 С, если температурный коэффициент равен 3? Как при этом изменяется скорость реакции?
Ответ: скорость и константа скорости увеличатся в 243 раза.
39. На сколько градусов следует повысить температуру, чтобы
скорость реакции увеличилась в 30 раз, если температурный коэффициент ее скорости равен 2,8?
Ответ: на 33С.
40. На сколько градусов следует понизить температуру, чтобы
скорость реакции уменьшилась в 50 раз, если температурный коэффициент ее скорости равен 1,8?
Ответ: на 67С.
(г)
123
41. Найти температурный коэффициент скорости некоторой реак-
ции, если константа скорости реакции при 140 С равна 2,5∙10-5с-1, а при 458
К – 8,8∙10-4с-1.
Ответ: =2,2.
42. Вычислить энергию активации химической реакции
СО
(г)+Н2
О↔СО
2(г)+Н2(г)
, константа скорости реакции которой при 15 С
равна 3,1∙10-4, а при 40 С – 8,2∙10-3.
Ответ: 95 кДж/моль.
43. Рассчитать энергию активации химической реакции, если
константа скорости реакции при 0 и 7 С равны 4,04∙10-5 и 7,27∙10-5с-1.
Ответ: 58,74 кДж/моль.
44. Константа скорости реакции 2HI=I2+H2 при 400 С равна
2,2∙10-4, а при 700 С– 8,33. Вычислить энергию активации этой реакции.
Ответ: 191 кДж/моль.
45. Некоторая химическая реакция характеризуется энергией
активации 100 кДж/моль. Вычислить константу скорости этой реакции
при 373 К, если при 273 К она равна 2,2∙10-2.
Ответ: 2700.
46. Энергия активации некоторой химической реакции, протекающей в присутствии катализатора равна 107 кДж/моль, а без катализатора –
184 кДж/моль. Вычислить, во сколько раз увеличивается скорость этой реакции в присутствии катализатора (без изменения температуры).
Ответ: в 8,6∙1013.
47. Для максимального смещения химического равновесия в
сторону образования пентахлорида фосфора, получение которого протекает по уравнению реакции PCl
3(г)
+Cl
2(г)
↔PCl
, ∆Н <0 необходимо:
2(г)
1) уменьшить давление и повысить температуру; 2) увеличить давление и понизить температуру; 3) уменьшить давление и уменьшить
температуру; 4) увеличить давление и повысить температуру.
Ответ: 2.
48. Для смещения равновесия вправо в химической реакции
CH
+4S
4(г)
↔2CS
(ж)
2(г)
+2H2S
, ∆Н< 0 необходимо: 1) понизить темпера-
(г)
туру; 2) понизить давление; 3) увеличить концентрацию H2S; 4) уменьшить концентрацию серы; 5) ввести дополнительные количества CH4 и S.
Ответ: 1, 2, 5.
49. Указать систему, в которой повышение давления и повышение температуры приведут к смещению равновесия в противоположных направлениях:
1) СО
2) I
2(г)
2(г)+С(тв)
+5CO
2(г)↔I2O5(т)+
↔2СО
(г)
; ∆Н
5CO
(г)
; ∆Н
124
3) N
4)С2H
2(г)+O2(г)
2(г)
+2H
↔2NO
2(г)↔С2Н6(г)
(г)
; ∆Н
; ∆Н
Ответ: 2.
50. В какой реакции изменение давления не оказывает влияния
на смещение равновесия:
1) С
+2N2O
(т)
2) 3Fe2O
3) 2СuS
4) СО
2(г)+С(т)
(г)
3(т)+H2(г)
+3О
(т)
↔СО
↔2Fe3O
↔2CuO
2(г)
↔2СО
2(г)
(г)
+2N
.
;
2(г)
4(т)+H2O(г)
+2SO
(т)
2(г)
;
;
Ответ: 2.
51. Указать процессы, для которых уменьшение объема и понижение температуры одновременно смещают равновесие в одном направлении:
1) СО
2) 2СО
3) 2SO
4) N
2(г)+H2(г)
2(г)+С(тв)
(г)+О2(г)
2(г)+О2(г)
↔2NH
↔2СО
↔2СО
↔2SO
3(г)
(г)
3(г)
; ∆Н
2(г)
; ∆Н
; ∆Н
; ∆Н
Ответ: 2, 3, 4.
52. При одновременном понижении давления и температуры
для реакции C
+2N2O
(т)
(г)
↔СО
2(г)
+2N
, ∆Н< 0 выход продукта реак-
2(г)
ции: 1) уменьшится; 2) не изменится; 3) увеличится.
Ответ: 3.
53. Какие условия будут способствовать увеличению выхода SO3,
протекающей по уравнению реакции 2SO
2(г)+О2(г)
↔2SO
$ ∆Н=–198кДж:
3(г)
1) повысить температуру; 2) понизить температуру; 3) ввести
катализатор; 4) повысить давление.
Ответ: 2, 4.
54. Реакция дегидрирования алканов – эндотермический процесс. Как сместить равновесие реакции в сторону продуктов реакции?
CnH
2n+2(г)
↔ CnH
2n2(г)
+2Н
2(г)
1) понизить температуру; 2) повысить температуру; 3) понизить
давление; 4) ввести катализатор; 5) уменьшить концентрацию водорода.
Ответ: 2, 3, 5.
55. В состоянии равновесия обратимой реакции N
2(г)+H2(г)
↔2NH
3(г)
концентрации N2, H2 и NH3 соответственно равны 3,9 и 4 моль/л. Определить константу равновесия и исходные концентрации N2 и H2.
Ответ: 7,3∙10-3; 5 моль/л (N2); 15 моль/л (H2).
125
56. Выразить константу равновесия через молярные концентра-
0
298
G
0
298
G
ции реагентов, если в газовом баллоне емкостью 10 л содержится 4 г
водорода, 14г этилена и 180г этана; протекает следующая реакция:
Н
2(г)+С2Н4↔С2Н6
(г).
Ответ: Kc=60.
57. В реагирующей системе, схема которой А
(г)
+2В
(г)↔С(г)
+3Д
(г)
исходные концентрации вещества А – 5 моль/л, В – 8 моль/л, а равновесная концентрация вещества С – 3 моль/л. Чему равна константа
равновесия?
Ответ: Kc=273,4.
58. В сосуде объемом 1 л содержатся 3,0 г NO, 4,6г NO2и кислород. Вещества находятся в равновесии. Константа равновесия
2NO
(г)+O2(г)
=2NO
, выраженная через равновесные молярные концен-
2(г)
трации реагентов равна 20. Найти равновесную молярную концентрацию
кислорода и его массу.
Ответ: 0,05 моль/л; 1,6 г.
59. Рассчитать константу равновесия реакции PCl
5(г)
↔PCl
3(г)
+Cl
2(г)
при 400К, если к моменту достижения равновесия разложилось 56 % PCl5, а
его исходная концентрация составляла 1,0 моль/л.
Ответ: 0,71.
60. Определить константу равновесия реакции А2В4↔2АВ2, если исходная концентрация А2В4 составляла 0,08 моль/л, а к моменту
достижения равновесия прореагировало 50 % А2В4.
Ответ: Kc=0,16.
61. Сколько моль вещества АВ образуется из одного моля А2 и
двух молей В2по обратимой реакции В
2(г)+А2(г)
↔2АВ
, если константа
(г)
равновесия равна 50? Чему равен выход вещества АВ в (%) от теоретически возможного.
Ответ: 1,96 моль; 98 %.
62. При определенной температуре константа равновесия
PI
5(г)
↔PI
3(г)+I2(г)
равна 125. Какова степень разложения PI5 при этой
температуре, если его исходная концентрация составляла 0,3 моль/л?
Ответ: 99,8 %.
63. Величина
Вычислить константу равновесия реакции N
образования аммиака равна –16,64 кДж/моль.
2(г)+H2(г)
↔2NH
при дан-
3(г)
ной температуре.
Ответ: Kр=824.
64. Рассчитать энергию Гиббса реакции 2А(г)+В2(г)→2АВ(г) при
800 К, если константа равновесия, выраженная через молярные концентрации веществ равна 95,6.
Ответ:
=–30,34.
,
126
65. Вычислить константу равновесия реакции, схема которой
Вещество
А(г)
В(г)
АВ
;
0
298,f
H
кДж/моль
90,37
0
53,55
;
0
298,f
S
кДж/моль
210,62
223,0
263,6
CC
0
)ln(
1
0
C
C
)
11(1
0
CC
)(
1
22
0
2
0
2
CC
CC
0
C
k
ke
1
0
0
Ck
Ck
kC2
0
2/1
k
963,0
2/1
0
2/1
1
kC
2
0
2/1
23kC
2А(г)+В2(г)→2АВ(г) при стандартных условиях по следующим данным.
66. Период полураспада С составляет 5700 лет. При археологических раскопках обнаружили дерево, содержание14С в котором составляет 85 % от нормального. Каков возраст дерева?
67. В гомогенной системе протекает элементарная реакция:
2А+В=3С. Написать кинетическое уравнение реакции, указать общий
порядок реакции и порядки по каждому из реагирующих веществ.
Ответ: общий порядок=3: порядок по веществу А=2, по веществу В=1.
68. В некоторой химической реакции первого порядка начальная концентрация исходного вещества была равна 0,50 моль/л, а через
20 мин составила 0,15 моль/л. Вычислить константу скорости реакции.
Ответ: 0,0602 мин-1.
69. Гетерогенная реакция AB2C2=AB2+C2 описывается кинетическим уравнением первого порядка. Константа скорости реакции при
298 К составляет 2,2∙10-5с-1. Рассчитать:
а) за какое время концентрация AB2C2 уменьшится в 2 раза;
б) во сколько раз уменьшится концентрация AB2C2 через 5 мин
после начала реакции.
Ответ: t
=3,15∙104с; уменьшение концентрации практически
1/2
не происходит, т.к. оно составляет 1,0007.
70. Привести кинетические уравнения химических реакций нулевого, первого, второго и третьего порядков.
Ответ: k0=
; k1=
; k2=
; k3=
.
71. Привести выражения для расчета степени превращения (α)
для реакции разного порядка.
Ответ: α0=
; α1= 1-
; α3=
.
72. Привести формулы для расчета периодов полупревращений
для реакции 0-ого, 1-го, 2-го и 3-го порядков.
Ответ:
;
;
;
.
127
73. Каковы размерности кинетических констант [k] для реакции
см
моль
3
смольм
3
смольм
2
2
)(
.;;;
32
kC
d
dC
kC
d
dC
kC
d
dC
k
d
dC
0-ого, 1-го, 2-го и 3-го порядков?
Ответ: [k]0=
; [k]1=с-1; [k]2=
; [k]3=
74. Каковы дифференциальные уравнения реакции 0-ого, 1-го,
2-го и 3-го порядков реакции:
Ответ:
2.8. Контрольные задания
Вариант 1
1. При температуре t = 10 C скорость реакции равна υ = 0,02 моль/л∙с.
Построить график, выражающий зависимость скорости реакции от
температуры, если γ = 2.
2. В каком направлении сместится равновесие системы
2NiS
(тв)
+ 3O
2(газ)
= 2NiO
(тв)
+ 2SO
2(газ)
,
а также, как изменятся скорости прямой и обратной реакций, если
а) увеличить концентрацию O2 в 2 раза;
б) уменьшить концентрацию SO2 в 3 раза;
в) увеличить давление в системе в 2 раза.
3. При некоторой температуре равновесие системы
2NiS
(тв)
+ 3O
2(газ)
= 2NiO
(тв)
+ 2SO
2(газ)
установилось при следующих концентрациях веществ [O2] = 2 моль/л,
[SO2] = 5 моль/л. Вычислить константу равновесия и исходную концентрацию C(O2).
4. Реакция протекает по уравнению
2NiS
(тв)
+ 3O
2(газ)
= 2NiO
(тв)
+ 2SO
, ∆rН˚ = –880кДж.
2(газ)
Как надо изменить температуру, давление, концентрации веществ,
чтобы сместить равновесие системы влево?
.
Вариант 2
1. При температуре t = 40 C скорость реакции равна υ = 0,1 моль/л∙с.
Построить график, выражающий зависимость скорости реакции от
температуры, если γ = 3.
128
2. В каком направлении сместится равновесие системы
2S
(тв)
+ 3O
2(газ)
= 2SO
3(газ)
,
а также, как изменятся скорости прямой и обратной реакций, если:
а) увеличить концентрацию SO3 в 2 раза;
б) уменьшить концентрацию O2 в 3 раза;
в) уменьшить давление в системе в 2 раза.
3. При некоторой температуре равновесие системы
2S
(тв)
+ 3O
2(газ)
= 2SO
3(газ)
установилось при следующих концентрациях веществ [O2] = 1 моль/л,
[SO3] = 2 моль/л. Вычислить константу равновесия и исходную концентрацию C(O2).
4. Реакция протекает по уравнению
4NH
3(газ)
+ 5O
2(газ)
= 4NO
+ 6H2O
(газ)
, ∆rН˚ = –870 кДж.
(газ)
Как надо изменить температуру, давление, концентрации веществ,
чтобы сместить равновесие системы влево?
Вариант 3
1. При температуре t = 20 C скорость реакции равна υ = 0,5 моль/л∙с.
Построить график, выражающий зависимость скорости реакции от
температуры, если γ = 2.
2. В каком направлении сместится равновесие системы
2TiCl
3(газ)
+ Cl
2(газ)
= 2TiCl
4(газ)
,
а также, как изменятся скорости прямой и обратной реакций, если:
а) увеличить концентрацию TiCl3 в 2 раза;
б) уменьшить концентрацию Cl2 в 3 раза;
в) увеличить давление в системе в 2 раза.
3. При некоторой температуре равновесие системы
2TiCl
3(газ)
+ Cl
2(газ)
= 2TiCl
4(газ)
установилось при следующих концентрациях веществ [TiCl3] = 2 моль/л,
[Cl2] = 2 моль/л, [TiCl4] = 3 моль/л. Вычислить константу равновесия и
исходные концентрации веществ C(TiCl3), C(Cl2).
4. Реакция протекает по уравнению
2TiCl
4(газ)
+2О
2(газ)
= 2TiO
2(тв)
+ 4Cl
, ∆rН˚ = –380 кДж.
2(газ)
Как надо изменить температуру, давление, концентрации веществ,
чтобы сместить равновесие системы влево?
Вариант 4
1. При температуре t = 0 C скорость реакции равна υ = 0,01 моль/л∙с.
Построить график, выражающий зависимость скорости реакции от
температуры, если γ = 4.
129
2. В каком направлении сместится равновесие системы
MoCl
4(газ)
+ Cl
2(газ)
= MoCl
6(газ)
,
а также, как изменятся скорости прямой и обратной реакций, если:
а) увеличить концентрацию Cl2 в 2 раза;
б) уменьшить концентрацию MoCl4 в 3 раза;
в) увеличить давление в системе в 2 раза.
3. При некоторой температуре равновесие системы
MoCl
4(газ)
+ Cl
2(газ)
= MoCl
6(газ)
установилось при следующих концентрациях веществ [MoCl4] = 0,5
моль/л, [Cl2] = 0,2 моль/л, [MoCl6] = 0,8 моль/л. Вычислить константу
равновесия и исходные концентрации веществ C(MoCl4), C(Cl2).
4. Реакция протекает по уравнению
4HCl
(газ)
+ O
2 (газ)
= 2H2O
(газ)
+ 2Cl
, ∆rН˚ = –120 кДж.
2 (газ)
Как надо изменить температуру, давление, концентрации веществ,
чтобы сместить равновесие системы влево?
Вариант 5
1. При температуре t = 30 C скорость реакции равна υ = 0,02 моль/л∙с.
Построить график, выражающий зависимость скорости реакции от
температуры, если γ = 3.
2. В каком направлении сместится равновесие системы
4HCl
(газ)
+ O
2 (газ)
= 2H2O
(газ)
+ 2Cl
2 (газ)
,
а также, как изменятся скорости прямой и обратной реакций, если:
а) увеличить концентрацию O2 в 2 раза;
б) уменьшить концентрацию HCl в 3 раза;
в) уменьшить давление в системе в 2 раза.
3. При некоторой температуре равновесие системы
4HCl
(газ)
+ O
2(газ)
= 2H2O
(газ)
+ 2Cl
2 (газ)
установилось при следующих концентрациях веществ [HCl] = 1 моль/л,
[O2] = 0,5 моль/л, [H2O] = 0,6 моль/л, [Cl2] = 0,6 моль/л. Вычислить константу равновесия и исходные концентрации веществ C(HCl), C(O2).
4. Реакция протекает по уравнению
SnO
2(тв)
+ 2H
2(газ)
= Sn
+ 2H2O
(тв)
, ∆rН˚ = 100 кДж.
(газ)
Как надо изменить температуру, давление, концентрации веществ,
чтобы сместить равновесие системы влево?
Вариант 6
1. При температуре t = 50 C скорость реакции равна υ = 0,4 моль/л∙с.
Постройте график, выражающий зависимость скорости реакции от
температуры, если γ = 2.
130
2. В каком направлении сместится равновесие системы
WCl
6(газ)
+ 3H
2(газ)
= W
+ 6HCl
(тв)
(газ)
,
а также, как изменятся скорости прямой и обратной реакций, если:
а) увеличить концентрацию H2 в 2 раза;
б) уменьшить концентрацию WCl6 в 3 раза;
в) уменьшить давление в системе в 2 раза.
3. При некоторой температуре равновесие системы
WCl
6 (газ)
+ 3H
2(газ)
= W
+ 6HCl
(тв)
(газ)
установилось при следующих концентрациях веществ [WCl6] = 0,4 моль/л,
[H2] =1,4 моль/л, [HCl] = 0,8 моль/л. Вычислить константу равновесия
и исходные концентрации веществ C(WCl6), C(H2).
4. Реакция протекает по уравнению
2TiO
2(тв)
+ 4Cl
2(газ)
= 2TiCl
4(газ)
+ 2O
, ∆rН˚ = 380 кДж.
2(газ)
Как надо изменить температуру, давление, концентрации веществ,
чтобы сместить равновесие системы влево?
Вариант 7
1. При температуре t = 20 C скорость реакции равна υ = 0,01 моль/л∙с.
Построить график, выражающий зависимость скорости реакции от
температуры, если γ = 4.
2. В каком направлении сместится равновесие системы
2MoCl
5 (газ)
+ 5H
2 (газ)
= 2Mo
+ 10HCl
(тв)
(газ)
,
а также, как изменятся скорости прямой и обратной реакций, если:
а) увеличить концентрацию HCl в 2 раза;
б) уменьшить концентрацию HCl в 3 раза;
в) увеличить давление в системе в 2 раза.
3. При некоторой температуре равновесие системы
2MoCl
5 (газ)
+ 5H
2 (газ)
= 2Mo
+ 10HCl
(тв)
(газ)
установилось при следующих концентрациях веществ [MoCl5] = 2 моль/л,
[H2] =3 моль/л, [HCl] = 4 моль/л. Вычислить константу равновесия и
исходные концентрации веществ C(MoCl5), C(H2).
4. Реакция протекает по уравнению
2NH
3(газ)
+ 3Cl
2(газ)
= 6HCl
(газ)
+ N
, ∆rН˚ = –220 кДж.
2(газ)
Как надо изменить температуру, давление, концентрации веществ,
чтобы сместить равновесие системы влево?
Вариант 8
1. При температуре t = 0 C скорость реакции равна υ = 0,2 моль/л∙с.
Построить график, выражающий зависимость скорости реакции от
температуры, если γ = 3.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]