5.2. Задачі за темою «Кінетика хіміко-технологічних процесів»

Задача 1. При 400⁰С швидкість хімічної реакції в 10 раз менше, ніж при 450⁰С. Яка енергія активації процесу, якщо рушійна сила не змінилася зі зміною температури?

Задача 2. Пероксид водню, початкова концентрація якого 25,4 моль/л, каталітично розкладається. Через 10 хв у розчині залишається 13,4 моль/л Н₂О₂, через 20 хв — 7,08 моль/л, а через 30 хв — 3,81 моль/л. Визначити порядок реакції і підрахувати константу швидкості реакції.

Задача 3. Перетворення пероксиду бензолу в діетиловий ефір (реакція першого порядку) при 60⁰С пройшло за 10 хв на 75,2%. Обчислити константу швидкості реакції.

Задача 4. Відомо, що при взаємодії 3,5638 моль гідроксиду натрію з 0,3114 моль оцтовоетилового ефіру кількості N_ цих речовин у реакційній суміші змінюються в такий спосіб:

Час , с	0	393	669	1010	1265
гідроксид натрію, моль	0,5638	0,4866	0,4467	0,4113	0,3879
оцтовоетиловий ефір, моль	0,3114	0,2342	0,1943	0,1589	0,1354

Потрібно визначити порядок реакції і знайти константу швидкості цієї реакції.

Задача 5. Визначити енергію активації окиснення SO₂ до SO₃ на ванадієвому каталізаторі, якщо константа швидкості процесу рівна:

6,3 с^-1 при 455⁰С,

12 с^-1 при 470⁰С та

26,2 с^-1 при 490⁰С.

Задача 6. Константа швидкості реакції окиснення двоокису сірки на залізооксидному каталізаторі при 680⁰С рівна 7,18 с^-1. Знайти константу швидкості реакції при 650⁰С, якщо енергія активації реакції рівна 184000 кДж/кмоль.

Задача 7. Речовини А і В вступають між собою в хімічну взаємодію. Визначити порядок реакції по речовині А, знаючи, що за 0; 10 і 30 хв прореагувало відповідно 19,8; 46,7 і 74,0% речовини А.

Задача 8. Визначити енергію активації реакції, якщо швидкість реакції при 500⁰С у 7 раз більше, ніж при 430⁰С.

Задача 9. Швидкість реакції 2А+В→D описується рівнянням першого порядку по кожному компоненту. Через 20 хв прореагувало 20% речовини А. Яка частина речовини А залишиться через 40 хв?

Задача 10. Визначити енергію активації і температурну залежність константи швидкості для реакції розкладання речовини А, що протікає у водяному розчині. При 10⁰С К₁ = 1,1·10-⁴ с^-1, при 60⁰С К₂ = 5,5·10^-2 с^-1_.

Задача 11. При нагріванні розчин дибромянтарної кислоти розпадається на броммалеїнову кислоту і бромистий водень. При титруванні розчину стандартним розчином лугу через τ хвилин титр її в об’ємі розчину змінювався в такий спосіб:

час, хв	0	214	380
Об’єм лугу, см3	12,11	12,44	12,68

Обчислити константу швидкості реакції і час напіврозпаду.

Задача 12. Визначити порядок реакції А(г)=В(г)+С(г)+Д(г). По зміні тиску в ході реакції обчислити середнє значення константи швидкості реакції (Об’єм постійний, температура 298 К), якщо:

час, хв	0	6,5	13	19,9
Тиск P.10-3, Па	41,6	54,5	63,7	74,2

Задача 13. У присутності іонів ціаніду бензальдегід перетворюється в бензоіл. Визначити енергію активації цього перетворення, якщо відомі наступні дані:

Температура, К	313,2	323,1	333,2
k, хв-1	0,026	0,048	0,089

Задача 14. Визначити енергію активації реакції одержання сульфату міді, якщо при різних температурах отримані наступні значення констант швидкостей реакції:

Температура, К	293,2	313,2	333,2
k.103, л/(моль.хв)	9,6	18,16	39,96

Задача 15. Для вивчення кінетики реакції приготували розчин з вихідними концентраціями 0,007574 моль/г хлорної кислоти і 0,12 моль/л окису етилену. При температурі 293 К отримані наступні дані:

час, хв	0	30	60	135	300	
Зміна об’єму, л	18,48	18,05	17,62	16,71	15,22	12,29

Визначити порядок реакції по етилену і константу швидкості реакції.

Задача 16. Для вивчення розкладання щавлевої кислоти в концентрованій сірчаній кислоті при температурі 323 К приготували 1/40 М розчин щавлевої кислоти в 99,5% сірчаній кислоті. Одержані наступні дані:

время, с	0	120	240	420	600	900	1440
Объем , мл	11,45	9,63	8,11	6,22	4,79	2,97	1,44

Визначити порядок реакції і константу швидкості.

Задача 17. При внесенні в реакційну суміш води N,N-диметилкарбодиїмід перетворюється в N,N-диметилмочевину. Визначити енергію активації цього перетворення, якщо відомі наступні дані:

Температура, 0С	40,2	50,1	60,2
k, хв-1	0,013	0,024	0,045

Задача 18. У розчин перекису водню внесли каталізатор розкладання цієї речовини. Через певні проміжки часу із суміші відбирали проби і визначали об’єм розчину перманганату калію, необхідний для титрування 10 мл розчину перекиси водню. Отримані наступні дані:

час, с	0	60	120	210	300	450	720
об’єм, мл	11,45	9,63	8,11	6,22	4,79	2,97	1,44

Визначити порядок реакції і константу швидкості.

Задача 19. Для вивчення взаємодії між іонами Br^- і ClО^- при температурі 298 К змішували 100 мл 0,1 н NaСlО, 45 мл 0,5 н NaОН і 21 мл дистильованої води. До суміші додали 81 мл 1% розчину броміду калію. Через певні проміжки часу відбирали проби і визначали в них зміст іона BrО^-Результати аналізів зведено в таблиці:

час, хв	0	3,56	7,65	15,05	26,00	47,60	90,60
Концентрація моль/л	0	0,0560	0,0953	0,1420	0,1800	0,2117	0,2360

Концентрація NaСlО і KВr у реакційній суміші при τ = 0 були рівні 0,003230 і 0,002508 моль/л відповідно, pН розчину 11,28. Визначити порядок реакції і константу швидкості.

Задача 20. При зміненні тиску в ході реакції обчисліть середнє значення константи швидкості реакції А(г)=В(г)+З(г)+Д(г). Визначите порядок реакції якщо об’єм і температура постійні

час, хв	0	13	26	39,8
тиск, кПа	41,6	54,5	63,7	74,2

Задача 21. Вивчена взаємодія між іонами I^- і BrО^- при температурі 278 К. Для чого змішували водні лужні розчини йодиду і гіпоброміту калію. Через певні проміжки часу відбирали проби і визначали в них вміст іона IO^-. Результати аналізів:

час, хв	0	215	460	905	1560	2860	5440
Концентрація моль/л	0	0,0560	0,0953	0,1420	0,1800	0,2117	0,2360

Концентрація KВrО і KI у реакційній суміші при τ = 0 були рівні 0,3230 і 0,2508 моль/л відповідно. Визначити порядок реакції і константу швидкості.

Задача 22. Синтез HСl ведуть при 10% надлишку H₂ проти стехіометрії. На виході виходить суміш, що містить 80% газоподібного HСl. Визначити константу рівноваги?

Задача 23. Визначите склад суміші, що утворюється на виході в результаті синтезу HСl, якщо константа рівноваги дорівнює 67,84.

Задача 24. У результаті синтезу аміаку отримана суміш наступного складу: азот – 11,0%, аміак – 17%, водень – 72%. Визначити константу рівноваги і склад вихідної суміші.

Задача 25. При реакції кисню з оксидом вуглецю рівноважний вихід двоокису вуглецю при 80⁰С та 1 атм становить 90%. Визначити константу рівноваги процесу у цих умовах.

Задача 26. Визначите константу рівноваги реакції NОСl₂(г)+NO(г)=2NОСl(г),  якщо при деякій температурі рівноважні концентрації речовин становлять  [NСl₂]=0,05; [NO]=0,55;  [NОСl]=0,08 моль/л.

Задача 27. Для реакції конверсії оксиду вуглецю: СО+Н₂О=СО₂+Н₂ константа рівноваги дорівнює 1. Визначити рівноважний склад газу, якщо у вихідній суміші на 1 моль СО доводилося 2 моля Н₂ О

Задача 28. Для реакції конверсії оксиду вуглецю: СО+Н₂ О=СО₂+Н₂ вихідна суміш містить % мас: СО = 20, Н₂О = 80, кількість водяної пари 1кг. При 800⁰С константа рівноваги процесу дорівнює 4,12. Визначити:

1) склад рівноважної реакційної суміші у % об і по масі;

2) ступінь перетворення СО;

3) вихід Н₂ по масі;

Задача 29. CH₃COOH + C₂H₅OH = CH₃COOC₂H₅ + H₂O. При 25⁰С константа рівноваги дорівнює 4. Скільки вийде оцтовоетилового ефіру в рівноважній суміші, якщо брати вихідні продукти в кількості:

1) по 1 моль кислоти і спирту;

2) 2 моля кислоти 1 моль спирту.

Задача 30. Якщо нагріти 0,746 кг йоду і 0,0162 кг водню в закритій судині ємністю 1 м³ до 693 К, то при досягненні рівноваги утворюється 0,721 кг йодистого водню. Визначити кількість йодистого водню, яка вийде, якщо до вихідної суміші додати 0,1 кг йоду та 0,005 кг водню.