4.4. Задачи для самостоятельной работы

Для решения задач по этой теме Вам необходимо вспомнить курс лекций по органической химии и применить свои знания по кинетике и термодинамике из курса общей и неорганической химии!

Задачи 1 - 3. Реакция восстановления соответствующего кетона литийалюмогидридом (LiAlH₄) идет по механизму Ad_N (нуклеофильного присоединения) и характеризуется определенными значениями энтальпии и энтропии активации (Н^# и S^#). Исходные концентрации реагентов равны c_о=1 моль/л.

а) Напишите уравнение реакции, запишите дифференциальное уравнение ее скорости (как бимолекулярной реакции) и получите вид интегрального уравнения скорости данной реакции (зависимость текущей концентрации реагентов от времени протекания реакции),

б) Рассчитайте константу скорости реакции при заданной температуре Т,

в) Рассчитайте, сколько % кетона восстановится при этой температуре за время t от начала реакции.

№ задачи	Кетон	Н# , кДж/моль	S# , Дж/моль K	T, K	t, cек
1	Циклобутанон	33.9	- 152	300	10
2	Циклопентанон	38.9	- 162	300	300
3	Циклогексанон	21.3	- 201	300	30

Задачи 4, 5. Реакция между иодистым этилом (СН₃I) и триэтиламином (C₂H₅)₃N идет по механизму Ad_N (нуклеофильное присоединение) и характеризуется тем или иным значением энтальпии и энтропии активации в зависимости от природы растворителя. Исходные концентрации реагентов равны c_о=1 моль/л.

а) Напишите уравнение реакции, запишите дифференциальное уравнение ее скорости (как бимолекулярной реакции) и получите вид интегрального уравнения скорости,

б) Рассчитайте константу скорости реакции при заданной температуре Т,

в) Рассчитайте, сколько % иодистого этила прореагирует при этой температуре за время t от начала реакции.

№ задачи	Растворитель	Н# , кДж/моль	S# , Дж/моль K	T, K	t, cек
4	Гексан	64	- 176	700	7
5	Ацетон	48.1	- 163	400	80

Задача 6. Реакция димеризации циклопентадиена (реакция Дильса-Альдера) идет по механизму согласованной реакции и характеризуется значениями энтальпии и энтропии активации Н^# = 65.1 кДж/моль и S^# = - 142 Дж /моль К. Исходная концентрация диена равна c_о=1 моль/л.

а) Напишите уравнение реакции, запишите дифференциальное уравнение ее скорости (как бимолекулярной реакции) и получите вид интегрального уравнения скорости,

б) Рассчитайте константу скорости реакции при заданной температуре Т = 600 К.

в) Рассчитайте, сколько % диена прореагирует при этой температуре за время t = 2 сек от начала реакции.

Задача 7. Бимолекулярная окислительно-восстановительная реакция Fe²⁺ + Co³⁺ = Fe³⁺ + Co²⁺ характеризуется значениями энтальпии и энтропии активации Н^# = 50 кДж/моль и S^# = - 100 Дж /моль К. Исходные концентрации реагентов равны c_о=1 моль/л.

а) Запишите дифференциальное уравнение скорости этой реакции и получите вид интегрального уравнения скорости.

б) Рассчитайте константу скорости реакции при заданной температуре Т = 280 К.

в) Рассчитайте, сколько % ионов Fe²⁺ окислится при этой температуре за время t = 1 мин от начала реакции.

г) Можно ли ожидать, что этот % увеличится, если для перемешивания реагентов использовать не магнитную мешалку, а пробулькивание пузырьков воздуха (О₂) ? Для ответа на этот вопрос примените принцип энергетического соответствия Баландина (сравните редокс-потенциалы окислителя, восстановителя и возможного катализатора – кислорода воздуха).

Задача 8. Какова должна быть концентрация раствора азотной кислоты НNO₃, чтобы реакция образования диметилового эфира из метанола (СН₃ОН) шла в нем с такой же скоростью, как в растворе азотистой кислоты НNO₂ c концентрацией с = 1 моль/л? Константа диссоциации НNO₂ K_a = 4х10^-4. Напишите уравнение реакции образования простого эфира, укажите механизм и роль ионов H⁺ в этой реакции.

Задача 9. Какова должна быть концентрация раствора гидроксида натрия NaOH, чтобы реакция омыления (гидролиза) этилацетата СH₃-COO-C₂H₅ шла в нем с такой же скоростью, как в растворе гидроксида аммония NH₄OH с концентрацией с = 1 моль/л? Константа диссоциации NH₄OH K_b = 1.8х10^-5. Напишите уравнение реакции гиролиза данного сложного эфира, укажите механизм и роль ионов ОН^– в этой реакции.