Вопросы для подготовки

• Кинетика гомогенных реакций. Факторы, влияющие на скорость реакции.

• Кинетическая классификация химических реакций: молекулярность и порядок реакции.

• Кинетические уравнения реакций первого и второго порядка.

• Методы определения порядка реакции.

• Энергия активации.

Литература: [1 –§§ 10.1, 10.2, 10,5]; [2 – работа 4, 5].

Примеры решения типовых задач

Задача 1. Докажите, что реакция, протекающая по уравнению CaO + CO₂ → CaCO₃, является реакцией второго порядка. Изменение концентрации реагирующих веществ по времени следующее:

время τ, с: 0; 1800; 4500; 5400;

концентрация с, моль/л: 0,0198; 0,00815; 0,00504; 0,00442.

Решение. Запишем выражение закона действия масс для реакции:

υ = k · с(СаО) · с(СО₂₎.

Поскольку порядок реакции равен сумме показателей степеней концентрации веществ в выражении закона действия масс, то порядок реакции карбонизации извести равен 2. Подтвердить или опровергнуть данный вывод можно, воспользовавшись методом подстановок определения порядка реакции.

Для расчета константы скорости данной реакции воспользуемся кинетическим уравнением для реакций второго порядка (2):

.

Как показал расчет, величина константы скорости реакции при различных концентрациях имеет практически одно и то же значение, следовательно, данное уравнение описывает изучаемую реакцию. Это доказывает, что реакция является реакцией второго порядка.

Задача 2. Активность атомов полония за 14 дней уменьшилась на 6,85 %. Определите константу скорости и время периода полураспада полония, зная, что это реакция первого порядка.

Решение. Примем начальную концентрацию полония за 100 %. Реакция распада полония является реакцией первого порядка. Для вычисления константы скорости используем уравнение (2):

,

.

Зная константу скорости, рассчитываем время периода полураспада, воспользовавшись формулой (4) для реакций первого порядка τ_1/2 = ∙ln2:

τ_1/2 = ∙ln2 = 136,98 дней.

Задача 3. Определите энергию активации разложения уксусного альдегида, если известно, что константа скорости этого процесса при 460 ^оС равна 0,035 л/моль·мин, а при 518 ^оС – 0,343 л/моль·мин.

Решение. Воспользуемся уравнением Аррениуса (6):

;

T₁ = 273 + 460 = 733 К; T₂ = 273 + 518 = 791 К;

Дж/моль или Е_акт = 180,6 кДж/моль.

Задачи для самостоятельного решения

1. Определите константу скорости и порядок реакции разложения N₂О₅ в ССl₄ при температуре 303 К, пользуясь приведенными ниже данными изменения концентрации N₂О₅ во времени:

концентрация с, кг/м³: 0,0400; 0,0180; 0,0150; 0,0125;

время τ, с: 0; 9600; 12000; 14000.

2. Вычислите энергию активации реакции гидролиза сахара, если известно, что константы скорости при температуре 25,2 ^оС и 55,2 ^оС соответственно равны 0,765 и 35,5 л/моль·мин.

3. Графическим методом определите порядок реакции гидролиза сахара, протекающей по уравнению С₁₂Н₂₂О₁₁ + Н₂О → С₆Н₁₂О₆ + С₆Н₁₂О₆,

если изменения концентрации сахара во времени следующие:

время τ, мин: 0; 1435; 4315; 7070; 11360; 141704;

концентрация с, кмоль/м³: 0, 650; 0, 601; 0,513; 0,440; 0,355; 0,307.

Вычислите константу скорости реакции.