15. Скорость химической реакции. Основной постулат химической кинетики

Скоростью химической реакции v называется количество молекул данного сорта, реагирующих в единицу времени в единице объёма; v = моль/(м³с). Основной постулат химической кинетики: скорость химической реакции прямо пропорциональна концентрациям реагирующих веществ в некоторых степенях:

v = k ,

n_i  порядок реакции по данному веществу;

k  константа скорости химической реакции, k зависит от природы реакции и является функцией температуры; v = k , если , то есть константа скорости химической реакции есть скорость реакции при условии, что концентрации реагирующих веществ равны 1; k иногда называют удельной скоростью химической реакции. Размерность константы скорости зависит от порядка реакции.

Средняя скорость реакции

,

и  число молей одного из веществ в начальный t и конечный t моменты времени; V  объем системы. Знак «» в выражении стоит тогда, когда мы следим за ходом реакции по изменению количества одного из исходных веществ, знак «+» используют, если скорость реакции определяют по ее продукту.

Если tt  0 , то получим истинную скорость реакции (скорость реакции в данный момент времени), рассчитанную на единицу стехиометрического коэффициента

v =  .

Если V = const, то v =  .

Задачи

15.1. Напишите выражения для скорости реакции разложения метана

СН_{4 газ}  С _тв + 2Н_{2 газ}

через парциальные давления метана и водорода.

15.2. Как изменится скорость реакции синтеза аммиака

1/2 N₂ + 3/2 H₂  NH₃

если уравнение реакции записать в виде N₂ + 3H₂  2NH₃ ?

15.3. Чему равен общий порядок элементарных реакций

а) Cl + H₂  HCl + H ; б) 2NO + Cl₂  2NOCl ?

15.4. Какие из перечисленных величин могут принимать а) отрицательные; б) дробные значения: скорость реакции, порядок реакции, молекулярность реакции, константа скорости реакции, стехиометрический коэффициент?

15.5. Как выражается скорость элементарной реакции

C₂H₅Br + OH^–  C₂H₅OH + Br^–

через концентрации этанола и щелочи?

15.6. Может ли скорость сложной реакции зависеть от концентрации продуктов реакции?

15.7. Во сколько раз увеличится скорость прямой и обратной элементарных реакций А  2В в газовой фазе при увеличении давления в 3 раза?

15.8. В некоторый момент времени скорость сгорания циклогексана в избытке кислорода равна 0,350 моль/(лс). Чему равны скорость образования СО₂ и скорость расходования кислорода в этот момент?

15.9. Скорость реакции образования NO в реакции

2NOBr _газ  2NO _газ + Br_{2 газ}

равна 1,610^–4 моль/(лс). Чему равна скорость реакции и скорость расходования NOBr? (v = 8,010^–5 моль/(лс); dNOBr /dt = – dNO /dt = – 1,610^–4 моль/(лс))

15.10. Определите размерность константы скорости для реакций первого, второго и третьего порядка, если концентрация выражена в моль/л.

15.11. Определите общий порядок сложной реакции, если константа скорости имеет размерность л^1/2моль^–1/2с^–1 .

15.12. Реакция термического распада метана СН₄  С + 2Н₂ описывается кинетическим уравнением

.

Определите порядок реакции по метану и по водороду, а также общий порядок реакции.

15.13. Константы скорости прямой и обратной элементарных реакций равны 2,2 и 3,8 л/(мольс). По какому из перечисленных ниже механизмов могут протекать эти реакции:

а) A + В  D; б) A + В  2D; в) A  В + D; г) 2A  В ?

15.14. Реакция образования фосгена COCl₂ из CO и Cl₂ описывается кинетическим уравнением

.

Определите общий порядок реакции при: а) высоких; б) низких концентрациях хлора.

15.15. Реакция разложения бромметана 2CH₃Br  C₂H₆ + Br₂ описывается кинетическим уравнением

.

Определите общий порядок реакции при: а) высоких; б) низких концентрациях бромметана.

15.16. Рассчитайте константу скорости в см³ /(мольс), л/(мольс), л/(мольмин), если скорость реакции 2-го порядка равна 4,510^–7 моль/(см³с) при концентрации одного реагента 0,015 моль/л и другого 0,0025 моль/л.

(k = 12000 см³ /(мольс); 12 л/(мольс); 720 л/(мольмин))

15.17. Разложение Н₂О₂ в спиртовом растворе – реакция 1-го порядка. Начальная скорость реакции при концентрации перекиси 0,156 М равна 1,1410^–5 моль/(лс). Рассчитайте константу скорости. (k = 7,3110^–5 с^–1 )

15.18. Скорость реакции 2-го порядка А + В  С равна 2,710^–7 моль/(лс) при концентрациях веществ А и В 0,003 моль/л и 2,0 моль/л, соответственно. Рассчитайте константу скорости. (k = 4,510^–5 л/(мольс))

15.19. В реакции 2-го порядка А + В  2С начальные концентрации веществ А и В равны по 1,5 моль/л. Скорость реакции равна 2,010^–4 моль/(лс) при А = 1,0 моль/л. Рассчитайте константу скорости и скорость реакции при В = 0,2 моль/л. (k = 210^–4 л/(мольс); v = 810^–6 моль/(лс))

15.20. При изучении инверсии (гидролиза) сахарозы были получены следующие данные:

Время, мин	0	30	90	130	180
C12H22О11 , М	0,500	0,451	0,363	0,315	0,267

Рассчитайте: 1) начальную скорость реакции; 2) истинную (мгновенную) скорость через 90 мин; 3) среднюю скорость за 180 мин. Реакция первого порядка.

(v_о = 1,7210^–3; v₉₀ = 1,2510^–3; = 1,2910^–3 моль/(лмин))

15.21. При изучении скорости реакции (C₂H₅)₃N + CH₃J  Р получены следующие данные (х – количество триэтиламина или иодистого метила, прореагировавшее за время t):

Время t , с	1200	1800	2400	3600	4500
х , моль	0,00876	0,01065	0,01208	0,01392	0,01476

Рассчитайте: 1) константу скорости реакции (реакция 2-го порядка); 2) начальную скорость реакции; 3) истинную скорость через 2400 с; 4) среднюю скорость за 1 час. Начальные концентрации амина и иодистого метила равны 0,0198 моль/л. (k = л/(мольмин); v_о = ; v₂₄₀₀ = ; = моль/(лмин))