Кинетика и катализ химических реакций Вопросы

1. Основной постулат химической кинетики. Простые и сложные реакции. Элементарная и лимитирующая стадии. Применение меченых атомов в химической кинетике. Порядок и молекулярность реакции, причины их несовпадения.

2. Гомогенный катализ. Теория промежуточных продуктов в гомогенном катализе. Механизмы гомогенного катализа.

3. Особенности кинетики обратимых реакций первого и второго порядков.

4. Кислотно-основной катализ, его классификация, механизм.

5. Последовательные реакции, их кинетические закономерности. Типы кинетических кривых в последовательных реакциях.

6. Биокатализаторы. Кинетика ферментативных реакций. Ингибирование. Примеры ферментативных реакций и их кинетические закономерности.

7. Параллельные реакции. Скорость и константа скорости моно- и бимолекулярных параллельных необратимых реакций.

8. Теория молекулярных столкновений и ее применение к бимолекулярным реакциям. Расчет константы скорости и энергии активации по числу столкновений. Как можно объяснить термины «нормальные», «быстрые», «медленные» реакции в рамках этой теории.

9. Теория активированного комплекса или переходного состояния. Энтальпия и энтропия активности. Путь и координата реакции.

10. Цепные реакции. Свободные радикалы. Зарождение, продолжение, обрыв цепей. Кинетика разветвленных и неразветвленных цепных реакций. Ингибиторы цепных реакций.

11. Особенности кинетики гетерогенных реакций. Значение диффузии и адсорбции в гетерогенных процессах. Кинетическая и диффузионная области гетерогенного процесса.

12. Гомогенно-каталитические реакции, катализируемые комплексными соединениями.

13. Особенности, классификация, кинетическое уравнение каталитических процессов. Автокаталитические реакции. Важнейшие технические каталитические реакции.

14. Что такое стерический фактор, чем обуславливается его возникновение?

15. Гетерогенный катализ. Путь и координата каталитической реакции. Роль адсорбции в катализе. Теории гетерогенного катализа (мультиплетная, активных ансамблей, электронная). Отравление катализаторов.

16. Какова роль промотора и на чем основано действие, способствующее увеличению активности катализатора?

Задачи

1. Пероксид водорода в водном растворе разлагается по уравнению: 2H₂O₂ = 2Н₂O + O₂. Кинетику этой реакции исследовали титрованием проб одинакового объема раствором КMnО₄. Определите порядок реакции всеми возможными способами и вычислите значения константы скорости этой реакции, пользуясь приведенными данными:

   Время от начала опыта, мин.	0	5	10	15	20	30	40
   Объем 0,0015 КMnО4, израсходованного на титрование 2 см3 пробы	23,6	18,1	14,8	12,1	9,4	5,8	3,7

2. Во сколько раз увеличится скорость химической реакции при повышении температуры на 100С, если температурный коэффициент скорости равен 3?

3. Определите порядок реакции А _(г) = В _(г) + Д _(г) по изучению давления в ходе реакции. Вычислите среднее значение константы скорости (V = const, 298 К).

   Время, мин.	0	6,5	13,0	19,9
   Р · 10–3 Па	41,6	54,5	63,7	74,2

4. Во сколько раз увеличится скорость химической реакции при повышении температуры от 250 до 650С, если температурный коэффициент скорости реакции равен 2?

5. Бимолекулярная реакция, для которой С_А = С_В, протекает за 10 минут на 25%. Сколько потребуется времени, чтобы реакция прошла на 50% при той же температуре.

6. При 140С реакция заканчивается за 30 мин. Рассчитайте, через сколько минут закончилась бы реакция, если температурный коэффициент скорости этой реакции равен 1,7?

7. Рассчитайте константу скорости (с/(моль · л); л/(моль · с); л/(моль · мин)), если скорость реакции второго порядка 4,5 · 10^–7 моль/(см³ · с) при концентрации одного реагента 1,5·10^–3 моль/л и другого 2,5·10^–3 моль/л.

8. Скорость реакции при увеличении температуры на 35С увеличилась в 7,3 раза. Чему равен температурный коэффициент этой реакции?

9. В результате реакции формальдегида с пероксидом водорода образуется муравьиная кислота и вода (реакция второго порядка):

НСОН + Н₂О₂ = НСООН + Н₂О.

Если смешать равные объемы молярных растворов пероксида водорода и формальдегида, то через 2 часа при 333,2 К концентрация НСОН становится равной 0,215 моль/л. Вычислите константу скорости реакции и определите через сколько времени прореагирует 90% исходных веществ. Сколько времени потребуется, чтобы реакция дошла до той же глубины, если исходные растворы Н₂О₂ и НСОН разбавить в 10 раз, а затем смешать.

10. Скорость реакции при температуре 100С равна 0,375, а при температуре 125С – 0,467 с^–1. Определите температурный коэффициент реакции.

11. Температурный коэффициент реакции равен 3. При какой температуре следует проводить реакцию, если нужно скорость реакции, проводимой при температуре 80С, увеличить в 2,5 раза?

12. Вещество А смешано в равных объемах с веществами В и С; начальная концентрация равна 1 моль/л. По истечении 1000 с половина вещества А прореагировала. Определите количество вещества А, которое остается по истечении 2000 с, если соответствующая реакция:

а) первого порядка; б) второго порядка; в) третьего порядка; г) нулевого порядка.

Какое количество вещества прореагирует за 1000 с во всех случаях, если К реакции равна 1?

13. Как изменится скорость реакции Н₂О₂ + 2НI, если реагирующую смесь разбавить в 2,5 раза?

14. Исследовали кинетику каталитического распада аммиака на простые вещества при 1373 К. Время, необходимое для разложения половины всего количества аммиака (причем в начале азот и водород отсутствуют), зависит от начального давления аммиака следующим образом:

Ро, мм рт ст.	265	130	58
Τ1/2, мин.	7,6	3,7	1,7

Определите порядок реакции, константу реакции.

15. Вычислите на сколько градусов необходимо повысить температуру, чтобы скорость реакции возросла в 50 раз, если температурный коэффициент скорости равен 3?.

16. О пределите порядок реакции 2СО = СО₂ + С при 583,2 К, если P за 30 мин уменьшается с 1,049 · 10⁵ Па до 0,924 · 10⁵ Па, а затем за тот же промежуток времени до 0,714 · 10⁵ Па (объем постоянный).

17. Температурный коэффициент скорости реакции разложения иодида водорода равен 2,5. Вычислите константу скорости этой реакции при 374С, если при 365С она равна 0,0000809.

18. При 583,3 К газообразный гидрид мышьяка разлагается с образованием твердого мышьяка и газообразного водорода. Во время реакции P изменялось следующим образом (давление паров мышьяка во внимание не принимается):

τ, ч	0,0	5,5	6,5	8,0
P · 10–5 Па	0,978	1,074	1,091	1,114

Определите порядок реакции разложения AsH₃ (г) и вычислите константу скорости (объем системы постоянный).

19. Константа скорости омыления этилацетата едким натром при 9,4С равна 2,37, а при 14,4С – 3,204. Рассчитать температурный коэффициент скорости реакции в указанных приделах температур и энергию активации.

20. В некоторой реакции при изменении начальной концентрации от 0,502 до 1,007 моль/л период полураспада уменьшается от 51 до 26 с. Вычислите порядок реакции и константу скорости.

21. Вычислите, при какой температуре реакция закончится за 20 минут, если при температуре 20С на это требуется 3 часа. Температурный коэффициент скорости принять равным 3.

22. Как изменится скорость реакции взаимодействия тиосульфата натрия с серной кислотой, если реагирующая смесь разбавится в 3 раза?

23. Вычислите энергию активации и найдите константу скорости реакции COCl₂ = CO + Cl₂, при температуре 425С, если константы скорости реакции при 382 и 472С соответственно равны 0,5 · 10^–2 и 68·10^–2.