Основные кинетические величины

Закон действующих масс

aA + bB → cC + dD

V = k·c Основные кинетические величины - student2.ru ·c Основные кинетические величины - student2.ru ,

где k – константа скорости.

Правило Вант-Гоффа

V Основные кинетические величины - student2.ru = V Основные кинетические величины - student2.ru · γ Основные кинетические величины - student2.ru ; k Основные кинетические величины - student2.ru = k Основные кинетические величины - student2.ru · γ Основные кинетические величины - student2.ru ,

где γ – температурный коэффициент.

Уравнение Аррениуса

k = A· e Основные кинетические величины - student2.ru ,

где А – предэкспоненциальный множитель; Еа – энергия активации;

lg k = lg A – Основные кинетические величины - student2.ru ;

lg Основные кинетические величины - student2.ru = – Основные кинетические величины - student2.ru lg Основные кинетические величины - student2.ru = – Основные кинетические величины - student2.ru

Константа равновесия

аА + bB Основные кинетические величины - student2.ru cC + dD

Kc = Основные кинетические величины - student2.ru Kp = Основные кинетические величины - student2.ru , где р – парциальное давление;

Kp = Kc(RT)Δυ ; Δυ = (c + d) – (a + b);

ΔG Основные кинетические величины - student2.ru = –2,3 RT lg Kравн.

Кинетические уравнения реакций

0-го порядка: 1 – Основные кинетические величины - student2.ru = Основные кинетические величины - student2.ru , где t – время;

1-го порядка: с = с0·еkt ; lnc = lnc0 – kt ;

2-го порядка: Основные кинетические величины - student2.ru

Решение типовых задач

Пример 4.1.Построить кинетическую кривую расходования вещества А и определить графически начальную скорость (V0), порядок реакции (n) и константу скорости (k) реакции.

Т а б л и ц а 4.1

Время, с
с·10-3, моль/л 17,8 10,6 7,1 5,4 4,6

Р е ш е н и е

1) Строим кинетическую кривую расходования вещества А в координатах «концентрация – время» (рис. 4.1), проводим касатель-ную к начальному участку кривой и определяем начальную скорость реакции

Основные кинетические величины - student2.ru

= 0,000552 моль/л·с = 5,52·10-4 моль/л·с.

Основные кинетические величины - student2.ru

Основные кинетические величины - student2.ru

Рис. 4.1. Кинетическая кривая расходования вещества А

2) Находим порядок реакции (n) и константу скорости (k) по кинетической кривой расходования вещества А. Для этого спрямляем кинетическую кривую в координатах «ln c – τ» (для реакции 1-го порядка) (рис. 4.2) или в координатах «1/c – τ» (для реакции 2-го порядка) (рис. 4.3).

Т а б л и ц а 4.2

ln c 2,9 2,4 2,0 1,7 1,5
1/c, л/моль 56,2 94,3 140,8 185,2 217,4
τ, с

 
  Основные кинетические величины - student2.ru

ln c

Основные кинетические величины - student2.ru 3,5

Основные кинетические величины - student2.ru Основные кинетические величины - student2.ru Основные кинетические величины - student2.ru Основные кинетические величины - student2.ru 3,0

lnc0

Основные кинетические величины - student2.ru 2,5

2,0

Основные кинетические величины - student2.ru Основные кинетические величины - student2.ru tg α

Основные кинетические величины - student2.ru 1,5

 
  Основные кинетические величины - student2.ru

Основные кинетические величины - student2.ru 1,0

Основные кинетические величины - student2.ru 0,5

Основные кинетические величины - student2.ru Основные кинетические величины - student2.ru Основные кинетические величины - student2.ru Основные кинетические величины - student2.ru Основные кинетические величины - student2.ru

Основные кинетические величины - student2.ru 0

20 40 60 80 100 τ, c

Рис. 4.2 . Изменение концентрации вещества А

во времени для реакции 1-го порядка

 
  Основные кинетические величины - student2.ru

       
  Основные кинетические величины - student2.ru
 
    Основные кинетические величины - student2.ru

Рис. 4.2 б. Изменение концентрации вещества А

Для реакции 1-го порядка

ln c = ln c0 – k·τ; k = Основные кинетические величины - student2.ru .

Отрезок, отсекаемый на оси ординат – ln c0, а tg α = k. Как видно из рис. 4.2, реакция расходования вещества А не является реакцией 1-го порядка.

Для реакции 2-го порядка

1/c = 1/c0 + kτ.

Отрезок, отсекаемый на оси ординат – 1/c0, tg α = Основные кинетические величины - student2.ru .

k = Основные кинетические величины - student2.ru л/моль·с.

Как видно из рис. 4.3, реакция расходования вещества А является реакцией 2-го порядка.

Таким образом V0 = 5,52·10-4 моль/л·с; k = 2,08 л/моль·с.

Пример 4.2.Вычислить графически энергию активации (ЕА) и предэкспоненциальный множитель А по значениям констант скоростей реакций k1 и k2 при температурах Т1 и Т2, записать в аналитической форме зависимость константы скорости от температуры и рассчитать константу скорости k3 при температуре Т3 для реакции

2 HI → H2 + I2.

Т а б л и ц а 4.3

Т1, К k1, л/моль·с Т2, К k2, л/моль·с Т3, К
3,11·10-7 1,18·10-6

Р е ш е н и е

Вычисляем энергию активации (ЕА) и предэкспоненциальный множитель, строя зависимость в координатах «ln k – 1/T».

Исходя из уравнения Вант-Гоффа-Аррениуса

ln k = ln A – Основные кинетические величины - student2.ru ,

отрезок, отсекаемый на оси ординат – ln A, а tg α = Основные кинетические величины - student2.ru (рис. 4.4).

Основные кинетические величины - student2.ru

Рис. 4.4. Зависимость константы скорости реакции

от температуры

Т а б л и ц а 4.4

k·107 3,11 11,8
ln k -14,98 -13,65
T, K
1/T·10-3, K-1 1,80 1,74

По графику определяем: ln A = 16,5; A = 14,7·106.

tg α = EA/R = Основные кинетические величины - student2.ru

EA = 17440·R = 17440·8,31 Дж/моль = 144926 Дж/моль =

= 144,9 кДж/моль.

Для реакции 2 HI → H2 + I2 предэкспоненциальный множитель А = 14,7·106 и энергия активации ЕА = 144,9 кДж/моль.

Аналитическая форма зависимости константы скорости от температуры будет иметь вид

ln A = ln 14,7·106 - Основные кинетические величины - student2.ru

и ln k3 = ln 14,7·106 - Основные кинетические величины - student2.ru

Тогда k3 = 1,37·10-5 л/моль·с.

Пример 4.3.Определить порядок и молекулярность реакции. Написать выражение для определения скорости реакции:

а) Н2 (г) + S (к) = Н2S (г);

б) С2Н6 (г) = Н2 (г) + С2Н4 (г);

в) Н2 (г) + О2 (г) = 2Н2О (ж);

г) СаСО3 (тв) = СаО (тв) + СО2 (г);

д) Fe (тв) + S (тв) = FeS (тв).

Р е ш е н и е

Порядок реакции определяется суммой величин показателей степени при значениях концентраций исходных веществ в кинетическом уравнении:

а) V1 = k1 [H2] – реакция 1-го порядка;

б) V2 = k2 [C2H6] – реакция 1-го порядка;

в) V3 = k3 [H2][O2] – реакция 2-го порядка;

г) V4 = k4 – реакция 0-го порядка;

д) V5 = k5 – реакция 0-го порядка.

Молекулярность реакции определяется числом молекул, одно-временным взаимодействием которых осуществляется акт химичес-кого взаимодействия.

а), в), д) – реакции двухмолекулярные;

б), г) – реакции одномолекулярные.

Выражения для определения скорости:

реакция 0-го порядка: V = – Основные кинетические величины - student2.ru

реакция 1-го порядка: V = – Основные кинетические величины - student2.ru ;

реакция 2-го порядка: V = k·c1·c2; V = k·c2 (c1 = c2).

Пример 4.4.а) Вычислить, во сколько раз увеличивается (уменьшается) скорость химической реакции при повышении температуры Δt = 70 оС и γ = 2.

б) При температуре 20 оС реакция заканчивается за 24 мин (γ = = 2). Определить время протекания реакции при температуре 50 оС.

в) На сколько градусов надо повысить температуру, чтобы скорость реакции возросла в 32 раза при γ = 2.

Р е ш е н и е

а) Основные кинетические величины - student2.ru Скорость реакции увеличивается в 128 раз.

б) V50 = V20·γ Основные кинетические величины - student2.ru = V20·23 = 8V20.

Таким образом, скорость реакции при повышении температуры от 20 до 50 оС увеличивается в 8 раз, а следовательно для проведения реакции потребуется в 8 раз меньше времени, т.е. 24 мин : 8 = 3 мин.

в) Основные кинетические величины - student2.ru = 32. ln 2 Основные кинетические величины - student2.ru = ln 32.

Основные кинетические величины - student2.ru ; Δt = 5·10 = 50 оС.

Таким образом, чтобы скорость реакции возросла в 32 раза при γ = 2, необходимо повысить температуру на 50 градусов.

Пример 4.5. Написать выражение и вычислить константу равновесия (Кс) обратимой реакции Х (г) + 3Y (г) Основные кинетические величины - student2.ru 2 Z (г), если равновесная концентрация сZ = 0,2 моль/л, а исходные концентрации сX = 0,5 моль/л и сY = 0,8 моль/л. Определить, в какую сторону сместится равновесие при повышении температуры (ΔН > 0) и как изменятся скорости прямой и обратной реакций, если объем газовой смеси увеличить в 2 раза.

Р е ш е н и е

1) Составим схему:

Уравнение реакции Х (г) + 3Y (г) Основные кинетические величины - student2.ru 2 Z (г);

Исходные концентрации: 0,5 0,8 0

Прореагировало А В -

Равновесные концентрации Б Г 0,2

По уравнению реакции 1 моль Х дает 2 моль Z, следовательно, для 0,2 моль Z нужно 0,1 моль Х, т.е. А = 0,1 моль. Рассчитываем Б = = 0,5 – А = 0,5 – 0,1 = 0,4 моль/л.

Если 3Y переходят в 2Z, то для образования 0,2 моль Z нужно 0,3 моль Y, т.е. В = 0,3 моль. Определяем Г = 0,8 – В = 0,8 – 0,3 = = 0,5 моль/л.

С помощью равновесных концентраций определяем константу равновесия

Кс = с Основные кинетические величины - student2.ruХ·с Основные кинетические величины - student2.ru = 0,22/0,4·0,53 = 0,8.

2) Так как ΔН > 0, то данная реакция является эндотермической и при повышении температуры равновесие сместится вправо.

3) Запишем выражение для скорости прямой реакции до изменения объема газовой смеси

Основные кинетические величины - student2.ru = Основные кинетические величины - student2.ruХ)0·(сY) Основные кинетические величины - student2.ru .

Увеличение объема газовой смеси в 2 раза равносильно уменьшению давления и концентрации в 2 раза:

cX = ½ (cX)0; cY = ½ (cY)0.

Тогда скорость реакции после изменения объема газовой смеси будет определяться следующим выражением

Основные кинетические величины - student2.ru = Основные кинетические величины - student2.ru ½ (cX)0·(½ (cY)0)3 = 1/16 Основные кинетические величины - student2.ruX)0 (cY) Основные кинетические величины - student2.ru ,

скорость прямой реакции уменьшится в 16 раз.

Скорость обратной реакции определяется формулой

Основные кинетические величины - student2.ruZ) Основные кинетические величины - student2.ru .

Если сZ = ½ (cZ)0, то

Основные кинетические величины - student2.ru = Основные кинетические величины - student2.ru (½ (cZ)0)2 = ¼ Основные кинетические величины - student2.ru (cZ) Основные кинетические величины - student2.ru ,

скорость обратной реакции уменьшится в 4 раза.

Таким образом, при увеличении объема газовой смеси в 2 раза, скорость прямой реакции уменьшается в 16 раз, а обратной в 4 раза.

В целом равновесие данной обратимой реакции сместится влево.

Задачи

4.1. Постройте кинетическую кривую расходования вещества А и определите графически начальную скорость (V0), порядок (n) и константу скорости (k) для реакции вашего варианта (табл. 4.5, 4.6).

Т а б л и ц а 4.5

Вариант     [A] = f (τ)  
τ·103, с [A], моль/л 5,000 1,0 4,950 2,5 4,877 4,0 4,804 5,5 4,732
τ·105, с [A], моль/л 5,000 0,4 4,980 1,0 4,950 1,6 4,921 1,9 4,907
τ·104, с [A], моль/л 1,000 0,5 0,995 1,1 0,989 2,0 0,980 5,0 0,951
τ·103, с [A], моль/л 5,000 0,4 4,808 0,7 4,673 1,0 4,545 1,6 4,310
τ·103, с [A], моль/л 5,000 4,980 4,965 4,950 4,921
Окончание табл. 4.1
τ, с [A], моль/л 5,000 0,03 4,985 0,06 4,970 0,09 4,955 0,12 4,940
τ, с [A], моль/л 1,000 0,4 0,992 0,7 0,986 1,0 0,980 1,6 0,969
τ, с [A], моль/л 5,000 0,9 4,955 1,5 4,926 3,0 4,852 4,5 4,780
τ·102, с [A], моль/л 5,000 0,4 4,980 0,7 4,965 1,0 4,950 1,3 4,935
τ·102, с [A], моль/л 1,00 2,4 0,98 4,8 0,95 7,2 0,93 9,0 0,91
τ, с [A], моль/л 1,000 1,5 0,985 3,0 0,970 6,0 0,942 9,0 0,914
τ, с [A], моль/л 1,000 0,04 0,996 0,07 0,993 0,10 0,990 0,13 0,987
τ, с [A], моль/л 1,000 0,4 0,926 0,7 0,877 1,0 0,833 1,3 0,794
τ, мин [A], моль/л 56,0 55,3 54,2 52,5 49,0
τ, час [A], моль/л 0,1214 6,6 0,1148 19,0 0,1064 26,2 0,1020 42,8 0,0945

Т а б л и ц а 4.6

Вариант     [A] = f (τ)  
1’ τ·104, с [A], моль/л 5,000 1,0 4,950 2,5 4,877 4,0 4,804 5,5 4,732
2’ τ, с [A], моль/л 5,000 0,4 4,808 0,7 4,673 1,0 4,545 1,6 4,310
3’ τ·103, с [A], моль/л 1,000 0,3 0,994 0,6 0,988 1,2 0,977 3,0 0,940
4’ τ·103, с [A], моль/л 1,00 0,32 0,94 0,80 0,86 1,07 0,82 1,40 0,78
5’ τ·103, с [A], моль/л 1,000 0,8 0,992 2,0 0,980 3,5 0,966 5,0 0,951
6’ τ, с [A], моль/л 1,000 0,861 0,741 0,638 0,549
7’ τ, с [A]·103, моль/л 10,00 0,3 5,83 0,6 3,40 0,9 1,98 1,2 1,15
Окончание табл. 4.6
8’ τ, с [A]·103, моль/л 10,00 0,14 7,56 0,28 5,71 0,42 4,32 0,56 3,26
9’ τ, с [A], моль/л 0,370 0,274 0,203 0,151
10’ τ, мин [A], моль/л 35,35 4,75 30,5 10,0 27,0 20,0 23,2 35,0 20,3
11’ τ, мин [A], моль/л 0,0234 0,0193 0,0171 0,0139 0,0130
12’ τ, мин [A], моль/л 16,4 15,0 13,4 12,8 11,5
13’ τ, с [A], моль/л 2,000 1,527 1,165 0,890 0,679
14’ τ·10-2, с [A], моль/л 4,500 1,2 3,140 2,4 2,190 3,6 1,528 4,8 1,066
15’ τ·103, с [A]·104, моль/л 5,000 2,5 3,704 5,0 2,744 7,5 2,033 10,0 1,506

4.2. Вычислите графически энергию активации (ЕА) и предэкспоненциальный множитель (А) по значениям констант скоростей реакции k1 и k2 при температурах Т1 и Т2; запишите в аналитической форме зависимость константы скорости от температуры: ln k = f (T); рассчитайте константу скорости k3 при температуре Т3 для реакции вашего варианта (табл. 4.7, 4.8).

Т а б л и ц а 4.7

Вариант     Реакция     Т1   k1   Т2   k2   Т3
СН3С6Н4N2Cl+H2O→ →CH3C6H4OH+N2+HCl 9·10-3 мин-1 13·10-3 мин-1
HBr + O2→ HO Основные кинетические величины - student2.ru + Br Основные кинетические величины - student2.ru 5,1 см3/моль·с 46,2 см3/моль·с
CH3COOH → C2H4 + + H2 + CO2 2,59·10-2 мин-1 3,43·10-2 мин-1
C2H5ONa + CH3I → → C2H5OCH3 + NaI 0,0336 л/моль·мин 2,125 л/моль·мин
С12Н22О11 + Н2О → С6Н12О6 (глюкоза) + + С6Н12О6 (фруктоза) 5,03·10-2 мин-1 2,1·10-2 мин-1
Окончание табл. 4.7
N2O5 → N2O4 + ½ O2 0,203·102 л/моль·мин 0,475·10-3 л/моль·мин
2NO → N2 + O2 4,76·104 л/моль·мин 1,07·103 л/моль·мин
2CH2O + NaOH → → HCO2Na + CH3OH 9,166·10-5 л/моль·с 4,9·10-3 л/моль·с
NaBO3 + H2O → → NaH2BO3 + ½ O2 2,2·10-3 мин-1 4,1·10-3 мин-1
CH2OHCH2Cl+ KOH→ →CH2OHCH2OH+KCl 1,13·10-2 л/моль·с 8,72·10-2 л/моль·с
(C2H5)3N + CH3I → → [(C2H5)3CH3N]I 3,29·10-2 л/моль·с 8,1·10-2 л/моль·с
2HI → H2 + I2 0,942·10-6 л/моль·мин 0,31·10-2 л/моль·мин
H2 + Br2 → 2HBr 1,59·10-2 л/моль·мин 2,6·10-3 л/моль·мин
(CH3)2SO4 + NaI → → CH3I + Na(CH3)SO4 4,83·10-4 л/моль·с 1,73·10-2 л/моль·с
H2 + Br2 → 2HBr 3,6·10-4 л/моль·мин 8,6·10-2 л/моль·мин

Т а б л и ц а 4.8

Вариант     Реакция     Т1   k1   Т2   k2   Т3
1’ СН3СО2СН3 + Н2О → →СН3СО2Н + СН3ОН 1,609·10-2 л/(моль·мин) 3,784·10-2 л/(моль·мин)
2’ НСНО + Н2О2 → → НСООН + Н2О 0,75 л/(моль·ч) 0,94 л/(моль·ч)
3’ С6Н5СН2Br+C2H5OH→ →C6H5CH2OC2H5+HBr 1,44 л/(моль·мин) 2,01 л/(моль·мин)
4’ H2 + I2 → 2HI 666,8 15,59 см3/(моль·с) 698,6 67,0 см3/(моль·с)
5’ 2NO2 → N2 + 2O2 6,72 л/(моль·мин) л/(моль·мин)
6’ СО(СН2СООН)2 → → СО(СН3)2 + 2СО2 2,46·10-5 мин-1 5,76·10-3 мин-1
7’ SO2Cl2 → SO2 + Cl2 1,02·10-6 л/(моль·с) 2,2·10-5 л/(моль·с)
Окончание табл. 4.8
8’ C6H5N2Cl → → C6H5Cl + N2 1,8·102 с-1 3,2·102 с-1
9’ 2HI → H2 + I2 666,8 0,256 см3/(моль·с) 698,6 1,242 см3/(моль·с)
10’ CH2ClCOOH+H2O → → CH2OHCOOH+HCl 0,222·10-4 л/(моль·мин) 0,237·10-2 л/(моль·мин)
11’ C2H6 → C2H4 + H2 2,5·105 с-1 141,5·105 с-1
12’ СН3СО2СН32О Основные кинетические величины - student2.ru → СН3СО2Н + СН3ОН 0,653·10-3 л/(моль·мин) 1,663·10-3 л/(моль·мин)
13’ Cu + (NH4)2S2O8 → → CuSO4 + (NH4)2SO4 9,6·10-3 л/(моль·мин) 39,96·10-3 л/(моль·мин)
14’ РН3 → Р (г) + 3/2 Н2 3,05·10-4 л/(моль·с) 6,33·10-5 л/(моль·с)
15’ CH3CO2C2H5+NaOH → → CH3CO2Na + C2H5OH 2,37 л/(моль·мин) 3,204 л/(моль·мин)

4.3. Определите порядок и молекулярность реакции для вашего варианта. Напишите выражение для вычисления скорости реакции (табл. 4.9).

Т а б л и ц а 4.9

Номер варианта Уравнение реакции
СО2 (г) + С (к) = 2 СО (г)
2 NH3 (г) = N2 (г) + 3 Н2 (г)
СО (г) + Н2 (г) = С (к) + Н2О (г)
SO2 (г) + Cl2 (г) = SO2Cl2 (г)
СН4 (г) + Н2О (г) = СО (г) + 3Н2 (г)
2 NO (г) + О2 (г) = 2 NO2 (г)
PCl5 (г) = PCl3 (г) + Cl2 (г)
2NO2 (г) = N2O4 (г)
FeO (к) + CO (г) = Fe (к) + CO2 (г)
2H2S (г) + SO2 (г) = 3S (к) + 2H2O (г)
С (к) + 2Н2 (г) = СН4 (г)
СН4 (г) + 2Н2О = СО2 (г) + 4Н2 (г)
СО (г) + Н2О (г) = СО2 (г) + Н2 (г)
2N2 + O2 = 2N2O
SO2 (г) + NO2 (г) = SO3 (г) + NO (г)
1’ СН4 (г) + 2О2 (г) = СО2 (г) + 2Н2О (г)
Окончание табл. 4.5
2’ CO (г) + Cl2 (г) = СOCl2 (г)
3’ 2SO2 (г) + O2 (г) = 2SO3 (г)
4’ С2Н4 (г) + Н2О (г) = С2Н5ОН (г)
5’ H2 (г) + I2 (г) = 2HI (г)
6’ CHCl3 (г) + Cl2 (г) = CCl4 (г) + HCl (г)
7’ С2Н4 (г) + Н2О (г) = С2Н5ОН (г)
8’ CaO (к) + CO2 (г) = CaCO3 (к)
9’ Cl2 (г) + 2HI (г) = 2HCl (г) + I2 (г)
10’ I2 (г) + H2S (г) = 2HI (г) + S (к)
11’ С2Н4 (г) + Н2 (г) = С2Н6 (г)
12’ СаО (к) + Н2О (г) = Са(ОН)2 (к)
13’ 2Ag (к) + Cl2 (г) = 2AgCl (к)
14’ Mg (к) + 2H2O (г) = Mg(OH)2 (к) + H2 (г)
15’ CuO (к) + H2 (г) = Cu (к) + Н2О (г)

4.4.1. Вычислите, во сколько раз увеличивается (уменьшается) скорость химической реакции для вашего варианта при повышении температуры на Δt при данном значении γ (табл. 4.10).

Т а б л и ц а 4.10

Вариант Δt γ Вариант Δt γ
1’ –40
–30 2’
3’
–50 4’ –60
5’

4.4.2. В табл. 4.11 приведен температурный коэффициент химической реакции для вашего варианта. При температуре 15 оС реакция заканчивается за τ мин. Определите время протекания реакции при температуре 35 оС.

Т а б л и ц а 4.11

Вариант γ τ Вариант γ τ
6’ 2,5
2,5 12,5 7’
8’
9’
10’

4.4.3. На сколько градусов надо повысить температуру, чтобы скорость реакции для вашего варианта возросла в n раз при данном значении γ (табл. 4.12)?

Т а б л и ц а 4.12

Вариант n γ Вариант n γ
11’ 2,5
12’
2,5 13’
14’
15’

4.5. Напишите выражение и вычислите константу равновесия обратимой реакции, исходные и равновесные концентрации компонентов в системах (величины, которые нужно вычислить, обозначены через Х). Определите, в какую сторону сместится равновесие обратимой реакции при повышении температуры; как изменится скорость прямой и обратной реакций, если объем газовой смеси изменить в n раз (табл. 4.13).

Т а б л и ц а 4.13

Вариант     Уравнение реакции     Кс Равновес-ные концентра-ции, моль/л   Исходные концентра- ции, моль/л   ΔН Основные кинетические величины - student2.ru , кДж/моль n  
 
2SO2 + O2 ↔ ↔ 2SO3 X [SO2]=0,04; [O2]= 0,06; [SO3] = 0,02 [SO2] = X1; [O2] = X2 –196,6 увеличить в 3 раза  
N2 + 3H2 ↔ ↔ 2NH3 X [N2] = 0,03; [H2] = 0,1; [NH3] = 0,4 [N2] = X1; [H2] = X2 –92,5 уменьшить в 3 раза  
2CO + O2 ↔ ↔ 2CO2 X [CO]=4[O2]; [CO2] = 2 [CO] = X1; [O2] = X2 –566,0 увеличить в 2 раза  
CO + Cl2 ↔ ↔ COCl2 39,4 [CO] = 0,2; [COCl2]=0,8 [Cl2] = X –112,5 увеличить в 4 раза  
Продолжение табл. 4.13  
 
CO+H2O (г) ↔ ↔ CO2 + H2 [CO] = X1; [CO2] = X2; [H2O] = X3; [H2] = X4 [CO]= 0,01; [H2O]=0,03 –41,2 уменьшить в 3 раза  
2NO2 ↔ N2O4 7,15 [NO2] = X [NO2] = 3 –58,0 увеличить в 4 раза  
H2 + I2 (г) ↔ ↔ 2HI X [H2] = 0,1; [I2] = 0,2; [HI] = 0,6 [H2] = X1; [I2] = X2 51,9 уменьшить в 2 раза  
4HCl + O2 ↔ ↔ 2H2O + 2Cl2 X [H2O]= =[Cl2]=0,14; [HCl] = 0,2; [O2] = 0,32 [HCl] = X1; [O2] = X2 –114,5 увеличить в 2 раза  
Н2S + 4O2 ↔ ↔ SO3 + H2O X [H2S]= 0,72; [O2] = 1,12; [SO3]=0,84 [H2S] = X1; [O2] = X2 163,1 увеличить в 3 раза  
2NO + O2 ↔ ↔ 2NO2 X [NO]=0,02; [O2]=0,3; [NO2]=0,06 [NO] = X1; [O2] = X2 –113,0 уменьшить в 2 раза
CO + Cl2 ↔ ↔ COCl2 X [COCl2]= =0,45 [CO]=[Cl2]= =2 –112,5 уменьшить в 3 раза
H2 + CO2 ↔ ↔ CO + H2O (г) [H2O] = X [H2]=[CO2]==2 41,2 увеличить в 4 раза
PCl5 (г) ↔ ↔PCl3 (г) + Cl2 0,041 [Cl2]=0,1 [PCl5]=X 399,0 уменьшить в 4 раза
C(к)+H2O(г) ↔ ↔ CO + H2 X [H2]=0,2 [H2O](г)=1 131,0 увеличить в 2 раза
N2O4↔ 2NO2 X [NO2]=0,8 [N2O4]=X 58,0 увеличить в 4 раза
Кр
1’ SO3 + CO ↔ ↔ SO2 + CO2   1,89 [SO3]=X [CO]=X2 [SO2]=X3 [CO2]=X4 [SO3]=[CO]= = 0,95 ΔH>0 уменьшить в 2 раза
2’ 2HI ↔ H2 + I2 0,25 [HI]=X1 [I2]=X2 [HI] = 2,0 –51,9 увеличить в 3 раза
3’ SO2 + NO2 ↔ ↔ SO3 + NO X [SO2]=0,6 [NO2]=0,2 [SO2]=X1 [SO3]=0 [NO2]=X2 ΔH>0 уменьшить в 4 раза
           
Окончание табл. 4.13
Кр
4’ SO2 + Cl2 ↔ ↔ SO2Cl2 X [SO2Cl2]=1,5 [SO2]=5,0 [Cl2]=4,0 ΔH>0 увеличить в 2 раза
5’ 2NO + O2↔ ↔ 2NO2 2,2 [NO]=0,02 [NO2]=0,03 [O2]=X –113,0 увеличить в 3 раза
6’ CH2O Основные кинетические величины - student2.ru H2+CO X [H2]=0,2 [CH2O]=1,0 ΔH>0 уменьшить в 2 раза
7’ H2+I2↔ 2HI [HI]=X [H2]=2,0 [I2]=1,0 51,9 увеличить в 2 раза
8’ 3H2 + N2 ↔ ↔ 2NH3 X [NH3]=1,6 [H2]=2,0 [N2]=1,0 [NH3]=0,4 –91,5 увеличить в 2 раза
9’ CO2 + H2 ↔ ↔ CO + H2O 0,84 [CO2]=X1 [H2]=X2 [CO]=X3 [H2O]=X4 [CO2]=1,0 [H2]=1,5 41,2 уменьшить в 3 раза
10’ 2NO2 ↔ 2NO + + O2 X [NO2]=0,006 [NO]=0,024 [NO2]=X 113,0 уменьшить в 2 раза
11’ CO + H2O ↔ ↔ CO2 + H2 0,04 [B]=0,05 [C]=0,02 [A]=X1 [B]=X2 –41,2 увеличить в 3 раза
12’ CO2 + 2H2 ↔ ↔ CH3OH (г) [CO2]=X1 [H2]=X2 [CH3OH]=X3 [CO2]= =[H2]=0,02 –161,3 уменьшить в 3 раза
13’ 2N2O ↔ 2N2 + + O2 0,65 [N2O]=X1 [N2]=X2 [O2]=X3 [N2O]=0,81 –161,3 увеличить в 4 раза
14’ 2H2S + 3O2 ↔ ↔ 2H2O + 2SO2 1,0 [H2S]=X1 [O2]=X2 [H2O]=X3 [SO2]=X4 [H2S]=1,0 [O2]=3,0 –561,1 уменьшить в 2 раза
15’ N2 + 2O2 ↔ ↔ 2NO2 X [NO2]=0,2 [N2]=0,5 [O2]=0,8 67,5 увеличить в 3 раза
                                   

4.6. При нормальных условиях константа скорости реакции рав-на 1,18 моль/(л·мин), а при стандартных условиях – 6,56 моль/(л·мин). Определите температурный коэффициент скорости реакции.

4.7. Константа скорости реакции разложения N2O5 при 50 оС равна 6,2·10-4. Вычислите константу скорости этой реакции при 90 оС, исходя из того, что Еа равна 102 кДж/моль.

4.8. Средняя скорость реакции А (г) + В (г) = С (г) равна 0,004 моль/(л·с). Какова будет концентрация вещества А и В через 20 с, если их начальная концентрация была соответственно 2 и 3 моль/л?

4.9. В 10 л содержится 4 моль вещества А и 5 моль вещества В. Какова будет концентрация этих веществ через 4 с, если средняя скорость реакции А (г) + В (г) = С (г) равна 0,05 моль/(л·с)?

4.10. По какому веществу и во сколько раз скорость реакции А + 2В = С будет меньше, если концентрация вещества [A] уменьшилась на 0,05 моль/л?

4.11. По какому веществу и во сколько раз скорость реакции 2А + 3В = С будет меньше, если концентрация вещества [A] уменьшилась на 0,06 моль/л? Как при этом изменилась концентрация вещества [B]?

4.12. Во сколько раз необходимо повысить давление в газовой химической системе 2А + В = С, чтобы скорость образования вещества С возросла в 64 раза?

4.13. Средняя скорость гомогенной реакции составляет 10-3 моль/(л·с). С повышением температуры на каждые 10о она увеличивается в 2 раза. Какова будет концентрация продукта реакции после 10 с протекания реакции при условии, что температура повышена на 70 оС?

4.14. Реакция между веществами А и В выражается уравнением

А + 2В → С.

Начальные концентрации А и В соответственно равны 0,3 и 0,5 моль/л. Константа скорости k равна 0,4 л2/(моль2·с), реакция третьего порядка, тримолекулярная. Вычислите скорость химической реакции в начальный момент и в тот момент, когда концентрация вещества А уменьшится на 0,1 моль/л.

4.15. В гетерогенной системе

Si (к) + 2Н2О (г) ↔ SiO2 (к) + 2Н2 (г)

установилось равновесие с Кс = 0,1. Определите равновесные концентрации Н2О и Н2, если в начале реакции в реакторе объемом 20 л находилось 18 г паров воды.

4.16. Температурный коэффициент реакции равен 3,5. Константа скорости этой же реакции при 15 оС равна 0,2 с-1. Какова будет константа скорости реакции при 40 оС?

4.17. Как увеличить выход продуктов реакций

а) 2СО (г) ↔ СО2 (г) + С (к), ΔН Основные кинетические величины - student2.ru = –172,5 кДж/моль

б) Н2 (г) + I2 (г) ↔ 2HI (г), ΔН Основные кинетические величины - student2.ru = 51,9 кДж/моль

за счет изменения концентраций реагентов, давления, температуры?

4.18. Рассчитайте энергию активации реакции, если константы скорости этой реакции при 25 и 45 оС соответственно равны 3,43·10-5 и 4,73·10-4 моль/(л·с).

4.19. Рассчитайте энергию активации реакции 2HI (г) → Н2 (г) +

+ I2 (г), если при 302 оС константа скорости этой реакции равна 1,18·10-5 моль/(л·с), а при 374 оС – 8,94·10-5 л/(моль·с).

4.20. Во сколько раз следует увеличить давление в системе

Н2 (г) + I2 (г) = 2HI (г),

чтобы скорость образования HI возросла в 100 раз?

4.21. При повышении температуры на 30 оС скорость хими-ческой реакции увеличилась в 64 раза. Вычислите, во сколько раз увеличится скорость этой реакции при повышении температуры на каждые 10 о.

4.22. Рассчитайте температурный коэффициент реакции, если при нагревании системы от 40 до 80 оС скорость возросла в 64 раза.

4.23. Начальные концентрации веществ, участвующих в реакции

2NO (г) + O2 (г) = 2NO2 (г),

равны: [NO] = 0,50 моль/л; [O2] = 0,30 моль/л. Чему равна средняя скорость реакции, если через 15 с прореагировало 90 % NO?

4.24. Как изменится скорость реакции 2NO (г) + O2 (г)=2NO2 (г), кинетическое уравнение которой: v = k[NO]2[O2], при увеличении общего давления в 3 раза?

4.25. Определите энергию активации Еа реакции, для которой при повышении температуры от 22 до 32 оС скорость удваивается.

4.26. Вычислите энергию активации реакции, для которой константа скорости при 35 оС в два раза больше, чем при 25 оС.

4.27. Разложение вещества А происходит по двум параллельным стадиям:

1) А → В и 2) А → С.

Какова разница в энергиях активации реакций этих стадий, если при 20 оС k1/k2 = 0,1. Какая из реакций имеет более высокую энергию активации?

4.28. В сосуде объемом 10 л находится 12,8 г йодоводорода. После нагревания до некоторой температуры по реакции 2HI (г) = = H2 (г) + I2 (г) образовалось 5,12 г йода. Рассчитайте константу равновесия Кс.

4.29. В реакции, протекающей по уравнению 2HCl = H2 + Cl2, исходное давление рHCl = 1,3·105 Па. К моменту достижения равновесия парциальное давление водорода достигло 0,17·105 Па. Определите константу равновесия Кр.

4.30. Рассчитайте константу равновесия Кр для реакции

2SO2 (г) + O2 (г) = 2SO3 (г)

при Т1 = 1000 К и Т2 = 1100 К.

4.31. При постоянной температуре в гомогенной системе А + + В = 2D установилось равновесие с равновесными концентрациями [A] = 0,8 моль/л, [B] = 0,6 моль/л и [D] = 1,2 моль/л. Определите новые равновесные концентрации, если в систему дополнительно введено 0,6 моль/л вещества В.

4.32. Рассчитайте константу равновесия химической реакции при 1000 К, если стандартная энергия Гиббса при этой температуре равна –392 кДж/моль.

4.33. Стандартное изменение энергии Гиббса для реакции А+В Основные кинетические величины - student2.ru АВ при 298 К равно 8 кДж/моль. Начальные концентрации [A]0 = [B]0 = 1 моль/л. Найдите константу равновесия реакции.

4.34. Вычислите температурный коэффициент скорости реак-ции, если константа скорости ее при 100 оС составляет 6.10-4, а при 150 оС – 7,2.10-2.

Наши рекомендации