Занятие № 5

ТЕМА: Химическая кинетика и катализ.

ЦЕЛЬ: Изучить основные законы кинетики, усвоить представления о фармакокинетике. Экспериментально оценить влияние концентрации и температуры на скорость химической реакции.

Теоретические вопросы

1. Понятие о скорости химической реакции, средняя скорость реакции в интервале, истинная скорость.

2. Классификации реакций, применяющихся в кинетике: реакции гомогенные, гетерогенные и микрогетерогенные; реакции простые и сложные (параллельные, последовательные, сопряжённые, цепные).

3. Молекулярность и порядок реакции. Закон действующих масс. Влияние различных факторов на скорость химической реакции. Зависимость скорости реакции от концентрации. Фармакокинетика.

4. Кинетические уравнения реакций нулевого, первого, второго порядков. Размерность константы скорости. Период полупревращений. Экспериментальные методы определения скорости и константы скорости реакции.

5. Зависимость скорости реакции от температуры. Правило Вант-Гоффа. Уравнение Аррениуса. Энергия активации. Понятие о теории активных соударений и о теории переходного состояния.

6. Катализ. Катализаторы. Механизм их действия. Основы гомогенного и гетерогенного катализа. Энергетический профиль каталитической реакции.

7. Особенности каталитической активности ферментов. Уравнение Михаэлиса-Ментен и его анализ.

Основные уравнения по теме: «Химическая кинетика и катализ»

1. - уравнение для расчета средней скорости реакции

2. - расчет истинной скорости

3. V = K×[A]^a×[B]^b - закон действующих масс

4. - кинетическое уравнение для реакции первого порядка

5. - период полураспада для реакции первого порядка

6. - кинетическое уравнение для реакций второго порядка

7. - период полураспада для реакций второго порядка

8. - уравнение Вант-Гоффа

9. - уравнение Аррениуса

10. - уравнение Аррениуса

11. - расчет энергии активации

12. - уравнение Михаэлиса - Ментен

Обучающие задачи

Задача 1. Гомогенная реакция 2NO + Cl₂ = 2NOCl протекает по простому механизму. Как измениться скорость прямой реакции, когда концентрация оксида азота (II) увеличиться в 2 раза?

Решение:

V = K [NO]² [Cl₂] обозначим [NO] = a, [Cl₂] = b.

V₁ = Ka²b, при увеличении концентрации [NO] = 2a, [Cl₂] = b.

V₂ = K[2a]² [b] = 4Ka²b

Ответ: увеличится в 4 раза.

Задача 2. Константа скорости мономолекулярной реакции равна 8∙10^-3 мин ^-1. Вычислите время, за которое начальная концентрация уменьшиться на 1/4.

Решение:

Примем начальную концентрацию за 1, тогда Х=1/4=0,25, С-Х=1-0,25=0,75

Ответ: 35,65 мин.

Задача 3. Денатурация некоторого вируса является процессом первого порядка с энергией активации 630 кДж/моль. Период полураспада при температуре 30⁰ С (303 К) равен 5ч. Определите константу скорости реакции при этой температуре. Вычислите период полураспада при 40⁰ (313 К).

Решение:

Решение:

K₂ = 2951× 0,138 = 407,2 ч^-1 ; или 6,12 сек

Ответ: К₂ = 407,2 ч^-1 ₂ = 6,12 сек

Задача 4

Было найдено, что количество свинца ²⁰⁶Рb, содержащегося в образце урановой руды из Восточной Сибири, эквивалентно (в молях) 41,6% урану ( ²³⁸U). Принимая во внимание, что весь свинец происходит из урана (период полураспада урана равен 4,5х10⁹ лет), вычислите примерный возраст образца урановой руды.

Решение:

Возраст образца

Ответ: 3,5 миллиарда лет