Тема 4. Элементы химической кинетики

Определения и утверждения

Выберите правильное(ые) утверждение(я) или определение(я). Ваш выбор обоснуйте путем критики всех остальных утверждений или определений.

4.1. Скорость химической реакции — это

1) количество реагента, испытывающего превращение в единицу времени.

2) количество продукта, образующегося в единицу времени.

3) изменение концентрации одного из участников реакции в единицу времени.

4) изменение количества какого-либо участника реакции в единицу времени в единице реакционного пространства.

5) изменение количества какого-либо участника реакции в единицу времени в единице реакционного пространства, деленное на стехиометрический коэффициент перед формулой этого вещества в уравнении реакции.

4.2. Порядок химической реакции — это

1) то же, что молекулярность.

2) сумма стехиометрических коэффициентов.

3) сумма показателей степеней в кинетическом уравнении.

4) число частиц, принимающих участие в элементарном акте.

5) понятие, не имеющее физического смысла (а зачем вводится?)

4.3. Скорость химической реакции

1) увеличивается с увеличением концентраций реагентов (однако концентрированная уксусная кислота медленнее реагирует с цинком, чем 20%-ная!?).

2) увеличивается с увеличением площади соприкосновения веществ-реагентов.

3) не зависит от степени измельчения реагентов.

4) зависит от количеств веществ-реагентов.

5) не зависит от количеств веществ-реагентов.

4.4. Скорость химической реакции

1) уменьшается с повышением температуры, если реакция экзотермическая, и увеличивается в эндотермической реакции.

2) всегда увеличивается при повышении температуры.

3) всегда увеличивается при повышении температуры, но только в том случае, если реакция идет в одну стадию.

4) с повышением температуры иногда может уменьшаться.

Вопросы и задачи

4.5. В промышленном производстве необходимо, чтобы скорость реакции была

1) максимальна.

2) минимальна.

3) оптимальна.

4.6. Ответьте на вопросы.

1. Что такое кинетическое уравнение?

2. В каком случае показатели степени при концентрациях реагентов в кинетическом уравнении равны стехиометрическим коэффициентам? Какова максимальная сумма величин степеней в этом случае?

3. В каких пределах заключена возможная величина порядка реакции?

4. В каких (двух) случаях порядок реакции по какому-либо реагенту может равняться 0?

5. Зависит ли скорость реакции от материала реактора, в котором она проводится? Ответ мотивируйте.

6. Зависит ли скорость реакции от концентрации катализатора? От его количества?

7. “Скорость любой химической реакции возрастает с повышением температуры.” Чего не хватает в этом определении, чтобы быть правильным?

8. В каком случае скорость одной и той же химической реакции сильнее зависит от температуры — в присутствие или отсутствие катализатора?

С (NО), ммоль/л	3,0	1,0	0,3	1,0
С (O₂), ммоль/л	3,0	3,0	0,3	0,3
r, 10^-5 ммоль/л·с	27,0	3,0	0,027	2,7

4.7. Составьте кинетическое уравнение реакции 2NО + O₂ = 2NO₂ по экспериментальным данным, полученным при некоторой температуре и приведенным в таблице. Вычислите константу скорости реакции.

р (NO)_исх, атм	0,50	0,25	1,0	0,50
p (Cl₂)_исх, атм	0,50	0,25	1,0	1,0
r _нач, 10^–2 атм/с	0,51	0,06	4,0	1,0

4.8. Для реакции

2NO_г + Cl_2,г = 2NOCl_г

в четырех экспериментах получены данные, приведенные в таблице. Составьте кинетическое уравнение. Вычислите константу скорости реакции.

4.9. Вычислите энергию активации и коэффициент Ван-Гоффа и определите порядок реакции, если константы скорости реакции

1. N + O₂= NO + O

при 637 и 313°С равны соответственно 1,8·10⁸ и 1,6·10⁷ л·моль^–1·с^–1.

2. цис-бутен-2 ® транс-бутен-2

при 390 и 418°С равны соответственно 1,0·10^–6 и 1,7·10^–6 с^–1.

3. пиролиза метана при 735 и 800°С равны 1,2·10^-7 и 6,0·10^-5 с^-1, соответственно.

4. разложения оксида азота (V) 2N₂O₅ 4NO + O₂

при 0 и 25°С равны соответственно 7,87·10^-7 и 3,46·10^-5 с^-1.

5. 2NO + Сl₂ = 2NOCl, если константы скорости этой реакции при температурах 0 и 30°С равны 2,6·10^-7 и 6,0·10^-5л²·моль^-2·с^-1, соответственно.

6. гидрирования этилена, если константы скорости этой реакции при температурах 475 и 500°С равны 0,47·10^-2 и 1,14·10^-2 л/(моль·с), соответственно.

4.10. При 20°С скорость некоторой реакции равна 9,0 ммоль/(л·с), а при 0°С — 1,0 ммоль/(л·с). Вычислите скорость этой реакции при 100°С. Обсудите достоверность полученного результата.

4.11. Во сколько раз возросли скорости прямой и обратной реакций, если введенный в реакционную смесь катализатор понизил энергию активации прямой реакции с

1. 200 до 50 кДж/моль?

2. 20 до 5 кДж/моль?

4.12. Как изменится константа равновесия, а также константы скоростей прямой и обратной реакций (уменьшатся или увеличатся) в равновесной системе (а) при повышении температуры, (б) при понижении давления, (в) при замене катализатора

1. 2SO₂ + O₂ Û 2SO₃ (при замене Fe₂O₃ на V₂O₅)?

2. N₂ + 3H₂ Û 2NH₃ (при замене Fe на Fe + Al₂O₃)

4.13. Ответьте на следующие вопросы для нижеприведенных реакций: (1) Чему равна константа скорости реакции при комнатной температуре? (2) Укажите размерность константы скорости. (3) Вычислите ее скорость при комнатной температуре и концентрациях реагентов по 0,01 моль/л. (4) Какое влияние окажет повышение температуры на скорости прямой и обратной реакций? (5) Тот же вопрос для давления. (6) Тот же вопрос для катализатора. (7) Какое влияние окажут повышение температуры и давления на состояние равновесия в этой системе (если оно устанавливается)?

Известно, что скорость реакции

1. цис- ® транс- изомеризации бутена-2 при 390°С описывается уравнением . Энергия активации этой реакции составляет 75 кДж/моль.

2. цис- ® транс -изомеризации фенилнитрилэтилена при 352°С описывается уравнением . Энергия активации этой реакции составляет 193 кДж/моль.

3. хлорметана со щелочью при 37,8°С описывается уравнением . Энергия активации этой реакции составляет 101,7 кДж/моль.

4. для реакции обмена лигандами Fe(H₂O)₆³⁺+ Fe(D₂O)₆²⁺ Û Fe(D₂O)₆³⁺ + Fe(H₂O)₆²⁺энергия активации Е ^# = 46 кДж/моль, а константа скорости при 25°С k = 3,5 л·моль^–1·с^–1.