Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
PAGE 3
Задачи к экзамену по физической химии по теме: «Химическая кинетика»
Задача 1.
Для реакции А+ВР второго порядка определите, как изменится скорость реакции, если концентрацию вещества А увеличить в 4 раза, а концентрацию вещества В уменьшить в 3 раза.
Решение. Т.к. реакция 2 порядка, то ее кинетическое уравнение имеет вид: w=kCACB. Если изменить концентрации исходных веществ, как указано в условии задачи, то получим уравнение: w = k4CACB/3 = 4/3kCACB = 1,33kCACB. Таким образом, скорость реакции увеличится в 1,33 раза.
Задача 2.
Химическая реакция протекает согласно кинетическому уравнению w=kCACB. Рассчитайте константу скорости реакции, если начальные концентрации веществ А и В составляли 0,25 моль/л, а за 50 мин от начала реакции израсходовалось по 0,075 моль/л веществ А и В.
Решение. Судя по кинетическому уравнению, реакция 2 порядка. Т.к. начальные концентрации веществ А и В равны (С0А=С0В), то для определения константы скорости используем уравнение: k=1/(1/C-1/C0), где С - концентрация реагирующих веществ в момент времени . Эта концентрация определяется как разность начальной концентрации и израсходованной концентрации за время , т.е. С = 0,25 - 0,075 = 0,175 моль/л. Подставляем в формулу для константы скорости и получим: k=1/50(1/0,175-1/0,25)=0,034 л/(мольмин).
Задача 3.
Для химической реакции получены кинетические данные:
|
, мин |
0 |
5 |
10 |
15 |
20 |
25 |
|
С, моль/л |
0,500 |
0,413 |
0,359 |
0,323 |
0,295 |
0,274 |
Определите порядок реакции методом подстановки.
Решение.
|
n=1, k=1/lnC0/C k1=1/5ln0,5/0,413=0,038 k2=1/10ln0,5/0,359=0,033 k3=1/15ln0,5/0,323=0,029 k4=1/20ln0,5/0,295=0,026 k5=1/25ln0,5/0,274=0,024 Реакция не 1 порядка, т.к. константа скорости монотон-но убывает |
n=2, k=1/(1/C-1/C0) k1=1/5(1/0,413-1/0,5)=0,084 k2=1/10(1/0,359-1/0,5)=0,079 k3=1/15(1/0,323-1/0,5)=0,073 k4=1/20(1/0,295-1/0,5)=0,070 k5=1/25(1/0,274-1/0,5)=0,066 Реакция не 2 порядка, т.к. константа скорости монотон-но убывает |
n=3, k=1/2(1/C2-1/C02) k1=1/25(1/0,4132-1/0,52)=0,37 k2=1/210(1/0,3592-1/0,52)=0,38 k3=1/215(1/0,3232-1/0,52)=0,37 k4=1/220(1/0,2952-1/0,52)=0,37 k5=1/225(1/0,2742-1/0,52)=0,37 Реакция 3 порядка, т.к. константа скорости практи-чески постоянна. |
Задача 4.
Для химической реакции получены следующие кинетические данные:
|
С0, моль/л |
1,25 |
1,10 |
0,50 |
0,30 |
0,10 |
|
1/2, мин |
34,33 |
39,02 |
85,84 |
143,06 |
429,19 |
Определите порядок реакции.
Решение. Порядок реакции определяем методом половинного превращения.
|
n=1, k=ln2/1/2 k1=0,693/34,33=0,02 k2=0,693/39,02=0,018 k3=0,693/85,84=0,008 k4=0,693/143,06=0,0048 k5=0,693/429,19=0,0016 Реакция не 1 порядка, т.к. константа скорости монотонно убывает |
n=2, k=1/C01/2 k1=1/1,2534,33=0,023 k2=1/1,139,02=0,023 k3=1/0,585,84=0,023 k4=1/0,3143,06=0,023 k5=1/0,1429,19=0,023 Реакция 2 порядка, т.к. константа скорости постоянна |
Задача 5.
Для химической реакции, описываемой кинетическим уравнением w=kCACB, начальные концентрации веществ А и В составляли: [СА]0=0,3 моль/л, [СВ]0=0,5 моль/л. Через 20 мин от начала реакции концентрация вещества А составила 0,15 моль/л, а концентрация вещества В - 0,35 моль/л. Рассчитайте константу скорости реакции.
Решение. По виду кинетического уравнения определяем, что реакция 2 порядка, причем начальные концентрации веществ А и В не равны (САСВ). Тогда для расчета константы скорости используем уравнение: k=1/(a-b) ln[b(a-x)/a(b-x)], где a и b - начальные концентрации веществ А и В, (a-x) и (b-x) - концентрации веществ А и В в момент времени . Подставляем данные в уравнение и получаем:
k=1/20(0,3-0,5)ln(0,50,15/0,30,35)=0,084 л/мольмин.
Задача 6.
Для химической реакции, описываемой кинетическим уравнением w=kCA, начальная концентрация вещества А составляла 0,7 моль/л, а за 60 мин от начала реакции концентрация его уменьшилась на 0,5 моль/л. Рассчитайте время полупревращения вещества А.
Решение. По кинетическому уравнению определяем, что реакция 1 порядка. Рассчитаем константу скорости реакции:
k=1/lnC0/C=1/60ln0,7/(0,7-0,5)=0,0209 мин-1.
Определим время полупревращения:
1/2=ln2/k=0,693/0,0209=33,19 мин.
Задача 7.
В реакции 2 порядка А+ВД начальные концентрации веществ А и В равны, соответственно 2,0 моль/л и 3,0 моль/л. Скорость реакции равна 0,0012 моль/лс при концентрации вещества А 1,5 моль/л. Рассчитайте константу скорости и скорость реакции при концентрации вещества В 1,3 моль/л.
Решение. Кинетическое уравнение реакции 2 порядка w=kCACB. Вещества А и В реагируют в стехиометрическом соотношении 11. Если концентрация вещества А в момент времени составляет 1,5 моль/л, то его прореагировало 2,0-1,5=0,5 моль/л. Тогда вещества В прореагировало также 0,5 моль/л, и его концентрация в момент времени составит 3,0-0,5=2,5 моль/л. Выразим из кинетического уравнения константу скорости реакции:
k= w/CACB = 0,0012/1,52,5 = 0,00032 л/мольс.
Определим скорость реакции при концентрации вещества В 1,3 моль/л. Для этого нам нужно определить, сколько вещества В прореагировало к данному моменту времени: 3,0-1,3=1,7 моль/л. Столько же прореагировало вещества А и его к этому моменту времени осталось: 2,0-1,7=0,3 моль/л. Определим скорость:
w = kCACB = 0,000321,30,3 = 0,000125 моль/лс.
Задача 8.
Константа скорости реакции при 323 К равна 0,01 л/мольс, а при 353 К - 0,067 л/мольс. Определите температурный коэффициент скорости и энергию активации реакции.
Решение. Температурный коэффициент определяем по формуле: kT+M10/kT=M 0,067/0,01=3 =1,89. Энергия активации равна:
E = [RT1T2/(T2-T1)]ln(k2/k1) = [8,314323353/(353-323)]ln(0,067/0,01) = 60104 Дж/моль.
Задача 9.
Во сколько раз увеличится скорость газовой реакции при 400 К, если в кинетическую систему ввести твердый катализатор. Энергия активации реакции без катализатора равна Е1=29824 Дж/моль, а с катализатором - Е2=26000 Дж/моль. Предэспоненциальные множители в уравнении Аррениуса в обоих случаях равны.
Решение. Для решения задачи используем уравнение Аррениуса: k=k0e-E/RT. Константа скорости реакции без катализатора будет равна: k1=k0e-29824/8,314400=0,0001274k0. Константа скорости реакции с участием твердого катализатора равна: k2=k0e-26000/8,314400=0,000402k0. Определим, во сколько раз изменится скорость реакции при добавлении катализатора: k2/k1=0,000402k0/0,0001274k0=3,16. Таким образом, скорость реакции увеличится в 3,16 раза.
Задача 10.
Реакция А + В Д протекает по следующему механизму:
А* - промежуточная неустойчивая частица. Используя метод стационарных концентраций Боденштейна, выразите скорость процесса через концентрацию промежуточного вещества, если лимитирующей является вторая стадия.
Решение. Запишем скорость процесса по неустойчивому веществу А*, используя следующий прием: на стадиях, где данное вещество образуется, кинетическое уравнение записываем со знаком «+», а там, где оно расходуется - со знаком «-». Затем приравниваем эту скорость к нулю:
w = k1CA - k2CA* - k3CA*CB = 0.
Составляем выражение для концентрации вещества А*:
Подставляем полученную концентрацию в кинетическое уравнение лимитирующей стадии процесса и получаем искомую скорость процесса: