4. Скорость химических реакций

Рекомендуемая литература:

Н.В. Коровин, Общая химия, гл.7, §§7.1-7.5. Лекции по теме.

Н.Л. Глинка, Задачи и упражнения по общей химии, гл. V, §2, примеры 1-5, вопросы для самоконтроля №№ 373-380.

Вопросы для подготовки

Скорость химической реакции. Средняя и истинная скорость реакции. Зависимость скорости химической реакции от концентрации реагирующих веществ. Константа скорости. Порядок и молекулярность реакции. Влияние температуры на химический процесс и количество образующегося продукта. Правило Вант-Гоффа. Причина влияния температуры на скорость реакции. Распределение молекул по энергиям. Уравнение Аррениуса. Энергия активации и ее вычисление из экспериментальных данных.

Пример 1.

Как изменится скорость химической реакции 2NO_(г)+Cl_2(г)=2NOCl_(г), если увеличить давление в системе в 4 раза?

Решение

1. Кинетическое уравнение реакции:

2. Исходные концентрации реагирующих веществ: ,до изменения условий скорость реакции.

3. При увеличении давления в системе в 4 раза концентрации реагирующих веществ также увеличатся в 4 раза, т.к. или, то есть,, поэтому.

4. Отношение скоростей:

Ответ: при увеличении давления в реакционной системе в 4 раза скорость реакции увеличится в 64 раза.

Пример 2.

Как изменится скорость химической реакции при понижении температуры от 75 до 45^оС, если температурный коэффициент скорости реакции равен 4?

Решение

Согласно эмпирическому правилу Вант-Гоффа

Ответ: при охлаждении скорость реакции уменьшится в 64 раза.

Пример 3.

Рассчитайте значение температурного коэффициента, если при повышении температуры на 40^оС скорость реакции увеличилась в 81 раз.

Решение

Согласно эмпирическому правилу Вант-Гоффа

,

Ответ: температурный коэффициент скорости реакции равен 3.

Пример 4.

При температуре 30^оС реакция протекает за 28 минут. Определит время этой реакции при 70^оС, если температурный коэффициент скорости реакции равен 3?

Решение

Согласно эмпирическому правилу Вант-Гоффа

(с)

Ответ: при 70^оС реакция протекает за 20,7 секунд.

Пример 5.

Энергия активации реакции разложения 2HI=H₂+I₂без катализатора равна 168 кДж/моль, а в присутствии катализатора платины – 59 кДж/моль. Во сколько раз возрастет скорость в присутствии катализатора, если реакция протекает при 200^оС?

Решение

Константа скорости реакции (k), энергия активации (Е) и температура реакции (Т) связаны уравнением Аррениуса:

Температура реакции Т=273+t^oC=273+200=473K,

универсальная газовая постоянная R=8,314 Дж/моль^.К

Ответ: скорость реакции возрастет в .

Пример 6.

Чему равна энергия активации реакции, если при повышении температуры от 250 до 320 К скорость ее увеличилась в 2000 раз?

Решение

Согласно уравнению Аррениуса:

Энергия активации:

Ответ: Энергия активации реакции

Контрольные задания

Задание 4

№	Условие задачи
1	Энергия активации реакции разложения 2HI=H2+I2без катализатора равна 168 кДж/моль, а в присутствии катализатора золота – 105 кДж/моль. Во сколько раз возрастет скорость в присутствии катализатора, если реакция протекает при 300оС?
2	Как изменится скорость реакции 2NO(г) + О2(г) = 2NO2(г), если концентрациюNOувеличить в 3 раза, а концентрациюO2уменьшить в 9 раз?
3	При температуре 75оС реакция протекает за 45 секунд. Определит время этой реакции при 35оС, если температурный коэффициент равен 2?
4	Чему равна энергия активации реакции, если при повышении температуры от 280 до 320 К скорость ее увеличилась в 100 раз?
5	Как изменится скорость химической реакции при повышении температуры от 25 до 75оС, если температурный коэффициент равен 2?
6	Как изменится скорость реакции Н2(г)+I2(г) = 2HI(г), если объем системы уменьшить в 3 раза? Каким будет изменение скорости, если в реакции участвует кристаллический йод?
7	Энергия активации некоторой реакции в отсутствие катализатора равна 75 кДж/моль, а с катализатором – 50 кДж/моль. Во сколько раз возрастет скорость реакции в присутствии катализатора, если реакция протекает при 25оС?
8	Реакция при температуре 500С протекает за 3 минуты 20 секунд, а при температуре 700С – за 50 секунд. Вычислите температурный коэффициент реакции.
9	На сколько градусов надо повысить температуру газообразной реакционной смеси, чтобы скорость реакции увеличилась в 16 раз, если температурный коэффициент реакции равен 2?
10	Как изменится скорость химической реакции между кислородом и водородом 2Н2(г)+ О2(г)= 2H2О(г), если, не изменяя температуру, увеличить давление системе в 4 раза?
11	Рассчитайте значение температурного коэффициента реакции, если при охлаждении реакционной смеси от 80 до 50оС скорость реакции уменьшилась в 27 раз.
12	Чему равна энергия активации реакции, если при повышении температуры от 290 до 300 К скорость ее увеличилась в 2 раза?
13	Реакция при температуре 400С протекает за 3 мин. Температурный коэффициент реакции равен 3. Через сколько секунд завершится эта реакция при 600С ?
14	Во сколько раз изменится скорость реакции 2СО(г)+О2(г)=2СО2(г) при уменьшении концентрации СО в 3 раза?