2.3. Контрольные вопросы

1. Почему различаются тепловые эффекты реакции нейтрализации с разными кислотами и основаниями?

2. Докажите, что по схеме, предложной в работе 3.2.2 могут идти реакции в открытой системе. Как создать стационарные условия в этой реакционной системе?

3. Определить от каких факторов зависит размер ячейки Бенара.

4. Объясните за счет каких сил (каких химических связей) образовываются упорядоченные структуры. В какой жидкости – воде или минеральном масле – эти связи сильнее?

5. Почему лучше использовать минеральное масло, а не воду?

3. Кинетика химической реакции

3.1. Семинар: Скорость химических реакций и химическое равновесие

1. Скорость химической реакции (средняя, истинная). Закон действующих масс.

2. Зависимость скорости реакции от концентрации реагирующих веществ.

3. Зависимость скорости реакции от температуры. Уравнение Аррениуса. Энергия активации. Константа скорости. Размерность константы скорости. Молекулярность и порядок реакции. Способы определения порядка реакции.

4. Условие равновесия. Константа равновесия. Ее физический смысл принцип Ле-Шателье.

Скорость химической реакции определяется изменением концентрации реагирующих веществ (или продуктов) в единицу времени. Скорость химической реакции в общем случае не является постоянной в течении всего времени ее протекании. Скорость прямой реакции уменьшается по мере расходования исходных веществ, а скорость обратной реакции увеличивается по мере накопления продуктов.

Средняя скорость:

Истинная скорость (первая производная по времени):

Зависимость скорости химической реакции от концентрации описывается кинетическим уравнением. Например, для реакции:

a+b – порядок реакции (более 3 порядка не существует).

Для реакций первого порядка можно вычислить период полураспада:

Скорость реакции зависит от температуры. В соответствии с эмпирическим правилом Вант-Гоффа скорость реакции большинства реакций увеличивается в 2-4 раза при увеличении температуры на 10⁰С:

Более точную зависимость скорости химической реакции от температуры устанавливает уравнение Аррениуса:

Уравнение Аррениуса для двух температур имеет следующий вид:

Пример. При повышении температуры от 20 до 40⁰С скорость реакции увеличилась в 6 раз. Вычислить температурный коэффициент и энергию активации реакции.

.

Задания для самостоятельной подготовки

1. Для реакции: H₂ + J₂ = 2HJ K=50 при 444°С. Определите направление процесса, если исходная смесь имеет следующий состав: [Н₂]=2 моль/л, [J₂]=5моль/л, [HJ] =10 моль/л.

2. В результате взаимодействия 1 моля H₂ и 1 моля J₂ равновесная смесь содержит 1,56 моль HJ. Вычислите K при 450°С.

3. Вычислите энергию активации при реакции, скорость которой при повышении температуры от 27°С до 37°С возрастает точно в два раза.

4. Вычислите температурный коэффициент, если при повышении температуры системы на 80°С скорость реакции возросла в 3000 раз.

5. Увеличение концентрации вещества в 2 раза приводит к возрастанию скорости реакции в 4 раза. Каков порядок реакции по этому веществу?

6. Радиоактивность природных вод в основном связана с присутствием в ней естественных радиоактивных изотопов калия, радона, радия, урана и некоторых искусственных, образовавшихся при ядерных взрывах и авариях изотопов. Их периоды полураспада составляют:

40K	1,3·109лет	226Ra	1600 лет
222Rn	3,8 сут	90Sr	28,7 лет
238U	4,5·109лет	137Cs	30,2 года

Как изменится содержание каждого вещества (нуклида) в образце воды:

1) через год;

2) 10 лет;

3) 500 лет;

4) 1 млн лет.

7. Период полураспада изотопа углерода-14 составляет 5730 лет. В лабораторию принесли образец древесины, содержание углерода-14 в котором составляет 6,25% от современного уровня. Каков возраст образца древесины? 2) Зависимость константы скорости химической реакции от температуры выражается уравнением Аррениуса:

,

где А - константа (предэкспоненциальный множитель),

E_акт - энергия активации данной реакции,

R - газовая постоянная,

T - абсолютная температура.

В каком из двух случаев скорость реакции увеличится в большее число раз: при нагревании от -11^oС до 0^oС или при нагревании от 0^oС до +11^oС? Ответ обоснуйте расчетной формулой.

8. Константа равновесия системы СО + Н₂О⇄CO₂ + H₂ при некоторой температуре равна 1. Вычислите объемный процентный состав смеси в состоянии равновесия, если начальные концентрации СО и Н₂О равны 1 моль/л.

9. Исходные концентрации окиси азота и хлора в системе: 2 NO + Cl₂ ⇄2 NOCl составляют соответственно 0,5 моль/л и 0,2 моль/л. Вычислите константу равновесия, если к моменту наступления равновесия прореагировало 20% окиси азота.

10. Вычислите константу равновесия реакции 3 H₂ + N₂ ⇄2 NH₃ при комнатной температуре и при 500^оС.