Рекомендована література:

1. Гамеева О.С. Физическая и колоидная химия.М. Высшая школа. 1974.272 с. § 12

2. Гамеева О.С. Физическая и колоидная химия.М. Высшая школа. 1969.408. § 29

Практична робота №6

Тема роботи - Розрахунок швидкості хімічної реакції, а також вивчення впливу температури на швидкість хімічної реакції.

Мета роботи:

1) вивчення основного закону хімічної кінетики

2) виконати розрахунки дійсної швидкості реакції

3) визначення впливу температури на швидкість хімічної реакції за правилом Вант-Гоффа та рівнянням Арреніуса

Теоретичне обґрунтування

Хімічна кінетика – вчення про швидкість хімічних реакцій. Основний закон хімічної кінетики установлює залежність швидкості реакції від концентрації реагуючих речовин.

mA + nB ↔ m¹C + n¹D

V = k C_A^m C_B ⁿ ; де C_A та C_B – концентрації реагуючих речовин;

m, n – стереометричні коефіцієнти реагуючих речовин в рівнянні реакції

Дійсна швидкість реакції V – швидкість у даний момент часу.

Вплив температури на швидкість хімічної реакції визначається правилом Вант – Гоффа, згідно з яким при підвищенні температури на кожні 10 градусів швидкість більшості реакцій збільшується в 2-4 рази. Математично ця залежність виражається так:

V_t2 = V_t1 γ^t2-t1/10 , де

V_t1 , V_t2 - швидкості реакцій при початковій та кінцевій

температурі

γ – температурний коефіцієнт швидкості

Прологарифмувавши попереднє рівняння, отримуємо:

lg k_t2 / k_t1 = lgγ*(t₂ – t₁) / 10 , де

k_t2 , k_t1 – константи швидкості при температурах t₁ та t₂

Більш точна залежність константи швидкості від температури визначається рівнянням Арреніуса:

2,303 lg k_T2 /k_T1 = E_акт/R (1/T₁ – 1/T₂), де

R – газова стела, Дж / моль град

E_акт – енергія активації даної реакції Дж / моль

Енергія активації – мінімальний надлишок енергії, який повинні мати молекули для того, щоб реакція між ними стала можливою.

Приклад. Обчислити за правилом Вант-Гоффа, наскільки треба підвищити температуру щоб швидкість реакції збільшилась у 80 разів, якщо температурний коефіцієнт швидкості дорівнює 3.

Рішення. Використовуємо рівняння:

lg k_T2/ k_T1 = lgγ*(t₂ – t₁) / 10 ;

lg80= lg3*(t₂ – t₁) / 10 = (t₂ – t₁)*0,04771;

(t₂ – t₁)= lg80/0,04771=39,89°

Відповідь: Щоб швидкість реакції зросла у 80 разів треба підвищити температуру на 40 °C.

Порядок виконання роботи:

1. Викладач проводить експрес опитування студентів за темою практичної роботи з метою виявлення готовності студента до виконання роботи.

2. Видача індивідуальних завдань для практичної роботи

3. Студенти самостійно працюють над розрахунками, складають звіти, роблять висновки з роботи.

4. Захист практичної роботи має бути в усній або письмовій формі, як спланує заняття викладач.

Контрольні запитання:

1.Що називається швидкістю хімічної реакції?

2.Як читається закон дії мас?

3.Які фактори впливають на швидкість хімічної реакції?

4.Сформулюйте правило Вант-Гоффа.

5.Що називається енергією активації?

6.Поясніть рівняння Арреніуса.

Варіанти індивідуальних завдань до практичної роботи № 6

1 варіант

1.Енергія активації – це ………….

2. Реакція між речовинами А і В дорівнює рівнянням

2А + В → С

Початкова концентрація речовини А дорівнює 3,2 моль/л, а речовина В 1,6 моль/л. Константа швидкості реакції 0,75. Яка швидкість реакції в початковий момент і наприкінці деякого часу, коли концентрація речовини А зменшилась на 0,5 моль/л.

3. В скільки раз збільшиться час, необхідний для завершення реакції, якщо понизити температуру на 45^о? Температурний коефіцієнт швидкості реакції прийняти рівним.

2 варіант

1.Правило Вант – Гоффа .

2. Реакція розкладу водню в водному розчині проходе як реакція першого порядку. Період полу розпаду приданих умовах становить 15,86 хвилин. Визначити, який час потрібен для розпаду (при тих же умовах ) 99 % перекису водню.

3. Вирахуйте по правилу Вант – Гоффа, при якій температурі реакція закінчується за 20 хвилин, якщо при 20 ^о С на це потрібно 3 години. Температурний коефіцієнт швидкості прийняти рівним 2.

3 варіант

1. Рівняння Арреніуса

2. Реакція розкладу перекису водню в водному розчині протікає як реакція першого порядку. Період полу розпаду при даних умовах дорівнює 15,86 хв. Визначити який час потрібен для розкладу (при даних умовах) 99% перекису водню.

3. Визначити за правилом Вант-Гоффа, на скільки можна збільшити температуру, щоб швидкість реакції збільшилась у 80 разів, якщо температурний коефіцієнт рівний 3.

4 варіант

1. Швидкість хімічної реакції одномолекулярних реакцій.

2. В зачиненому сосуді знаходиться суміш газів, які складаються з 1 моль азоту і 3 моль водню, яка реагує по рівнянню

N₂ + 3H₂ → 2NH₃

У скільки разів зменшиться швидкість прямої реакції після того, як прореагує 0,65 моль азоту?

3. Вирахуйте по правилу Вант – Гоффа, при якій температурі реакція закінчується за 25 хвилин, якщо при 20 ^о С на це потрібно 2 години. Температурний коефіцієнт швидкості прийняти рівним 3.

5 варіант

1. Основний закон кінетики

2. Розклад закису азоту на поверхні золота при високих температурах проходить за порівнянням

N₂О→ N₂+ О

Константа швидкості даної реакції 0,0005 при 900 С. Початкова концентрація закису азоту 3,2моль/л. Визначити швидкість реакції при вказаній температурі в початковий момент та коли пройде розклад 78 % закису азоту.

3. Для даної реакції дослідним шляхом були визначені дві константи швидкості: при 443 С -0,0067, а при 508 С -0,1059. Визначити енергію активації даної реакції.

6 варіант

1. Швидкість хімічної реакції двухмолекулярних реакцій

2. Реакція між речовинами А і В дорівнює рівнянням

А + 2В → С

Концентрація речовини А дорівнює 1,5 моль/л, а речовина В- 3 моль/л. Константа швидкості реакції 0,4. Визначити швидкість хімічної реакції в початковий момент часу і по закінченню часу, коли прореагує 75% А.

3. Визначити на скільки градусів необхідно збільшити температуру, щоб швидкість реакції зросла в 50 разів, в 100 разів, якщо температурний коефіцієнт швидкості реакції дорівнює 3.

7 варіант

1. Швидкість хімічної реакції трехмолекулярних реакцій

2. Реакція між речовинами А і В дорівнює рівнянням

А + 2В → С

Концентрація речовини А дорівнює 1,5 моль/л, а речовина В- 3 моль/л. Константа швидкості реакції 0,4. Визначити швидкість хімічної реакції в початковий момент часу і по закінченню часу, коли прореагує 75% А.

3. Температурний коефіцієнт швидкості реакції розкладу йодистого водню в області вказаних нижче температур дорівнює 2. Визначити по правилу Ваіт-Гоффа константу швидкості цієї реакції при 374 С. якщо при 355 С вона дорівнює 0,000837.

8 варіант

1. Константа швидкості хімічної реакції першого порядку

2. Розклад перекіс водню в водному розчині підчиняється закону одномолекулярних реакцій. Константа швидкості даної реакції дорівнює 0,05 хв^-1. Визначити час, за який перекис водню розпадається на 50% та 99,9%.

3. Температурний коефіцієнт швидкості реакції розкладу йодистого водню в області вказаних нижче температур дорівнює 2. Визначити по правилу Ваіт-Гоффа константу швидкості цієї реакції при 374 С. якщо при 356 С вона дорівнює 0,000839.

9 варіант

1. Константа швидкості хімічної реакції другого порядку

2. Константа розпаду РаА дорівнює 3,79*10^-3(сек.). Визначити період полу розпаду та час, за який радій розпадається на 30%.

3. Мурашина кислота на двоокис вуглецю та водню на поверхні золота. Константа швидкості цієї реакції при 100 С дорівнює 5,5*10^-4, а при 185 С- 9,2*10^-3 . Визначити температурний коефіцієнт реакції в даному інтервалі температур.

10 варіант

1. Константа швидкості хімічної реакції двухмолекулярних реакцій, якщо А=В.

2. В сосуді міститься 0,025г радону. Період полу розпаду радону дорівнює 3,82 днів. Яку кількість радону R(%) залишається в сосуді через 14 днів.

3. Константа швидкості омилення етилацетату їдким натрієм при 9,4 С дорівнює 2,37, а при 14,4 С- 3,204. Вирахувати температурний коефіцієнт швидкості реакції у вказаних межах температур та енергію активації.

11 варіант

1. Константа швидкості хімічної реакції третього порядку для трехмолекулярної реакції, якщо концентрація усіх трьох речовин однакова

2. Є 5 мг радія С, період полу розпаду якого дорівнює 19,7 хв. Яка кількість радія С залишиться через 2,5 години?

3. При 150 С деяка реакція закінчиться за 16 хв. Прийнявши температурний коефіцієнт швидкості дорівнює 2,5. Визначити через скільки хвилин закінчилась би ця реакція при 180 С та 130 С.

12 варіант

1. Що таке період напів розпаду? Константа швидкості для реакції першого порядку, якщо відомий період полу розпаду.

2.Період напів розпаду теорія С дорівнює 0,5 хв. Через який час активність теорія С буде складати 20% від початкової.

3. Вирахуйте по правилу Ваіт – Гоффа, при якій температурі реакція закінчується в проміжку часу 20 хвилин, якщо при 20 ^о С на це потрібно 3 години. Температурний коефіцієнт швидкості прийнять рівним 2.

13 варіант

1. Що таке період полу розпаду? Константа швидкості для реакції другого порядку, якщо відомий період полу розпаду.

2. В зачиненому сосуді знаходиться суміш газів, які складаються з 1моль і 3 моль водню, яка реагує по рівнянню

N₂ + 3H₂ → 2NH₃

У скільки разів зменшиться швидкість прямої реакції після того, як прореагує 0,65 моль азоту?

3. В скільки раз збільшиться час, необхідний для завершення реакції, якщо понизити температуру на 45^о? Температурний коефіцієнт швидкості реакції прийняти рівним 3.

14 варіант

1. Справжня середня швидкість реакції

2. Розклад закису азоту на поверхні золота при високих температурах протикає по рівнянню

N₂О→ N₂+ О

Константа швидкості даної реакції 0,0005 при 900 С. Початкова концентрація закису азоту 3,2моль/л. Визначити швидкість реакції при вказаній температурі в початковий момент та коли пройде розклад 78 % закису азоту.

3. Визначити по правилу Вант-Гоффа, на скільки можна збільшити температуру, щоб швидкість реакції збільшилась у 80 разів, якщо температурний коефіцієнт рівний 3.

15 варіант

1. Основний закон кінетики

2. Константа розпаду РаА дорівнює 3,79*10^-3(сек.). Визначити період полу розпаду та час, за який радій розпадається на 90%.

3. Вирахуйте по правилу Ваіт – Гоффа, при якій температурі реакція закінчується в проміжку часу 25 хвилин, якщо при 20 ^о С на це потрібно 2 години. Температурний коефіцієнт швидкості прийнять рівним 3.