Контрольна робота

1. Для наведеної в таблиці 2 рідини розрахувати температуру кипіння при тиску Р. Дані по теплотам випаровування та нормальним температурам кипіння наведені у таблиці.

2. Визначити, при якій температурі буде твердіти розплав чи водний розчин при певному масовому % розчиненої речовини. Температура кристалізації чистих речовин, кріоскопічні сталі та молекулярні маси розчинених речовин наведені у таблиці 3.

4. Кінетика хімічних реакцій.

При незмінному об’ємі під швидкістю хімічної реакції розуміють зміну концентрації будь –якого з її учасників в одиницю часу:

(4.1)

Відповідно закону діючих мас, швидкість елементарної хімічної реакції

аА + вВ → еЕ + fF

в будь який момент часу виражається рівнянням

чи , (4.2)

К₁, К₂ – константи швидкості реакції, які чисельно дорівнюють швидкості при одиничних концентраціях (чи тисках);

С_А, С_В – концентрації реагуючих речовин;

Р_А, Р_В – парціальні тиски речовин.

Математична залежність швидкості хімічної реакції від концентрації (парціальних тисків) реагуючих речовин зветься кінетичним рівнянням і має вигляд степеневого рівняння, в якому показники степеня при добутках, які виражають концентрацію, називають порядком реакції по даній речовині. Сума показників степеня в кінетичному рівнянні, являє собою загальний порядок реакції.

Якщо реакція елементарна, проста, одностадійна, механізм її перебігу розкривається хімічним рівнянням реакції, то порядок реакції по речовинам дорівнює відповідним стехіометричним коефіцієнтам рівняння реакції.

(4.3)

Якщо реакція складна, багатостадійна то показники степеня при концентрації реагентів відрізняються від стехіометричним коефіцієнтів, тоді

(4.4)

Швидкість таких реакцій визначає сама повільна стадія.

За порядком хімічні реакції поділяються – першого, другого, третього, нульового та дробового. Порядок складних хімічних реакцій можна визначити тільки експериментально. Найчастіше зустрічаються реакції другого порядку, першого, більш рідко третього.

Константа швидкості хімічної реакції є індивідуальною характеристикою швидкості даної реакції, не залежить від концентрації, визначається природою реагуючих речовин і при даній температурі є величина стала.

На основі закону діючих мас для реакцій різних порядків можуть бути виведені рівняння для обчислювання константи швидкості реакції.

Для першого порядку . (4.5)

Для другого порядку . (4.6)

Для третього порядку . (4.7)

В цих формулах τ – час, С₀ – початкова концентрація, С - концентрація в даний момент часу τ.

Одиниці виміру константи швидкості визначаються кінетичним рівнянням даної реакції. Одиниці виміру константи швидкості реакції першого порядку [τ^-1], другого [τ^-1·С^-1], третього [τ^-1·С^-2].

Задача 13.

В реакції першого порядку 20% вихідної речовини прореагувало за 4 години. Скільки відсотків речовини прореагує за 7 годин.

Рішення.

Оскільки реакція першого порядку, то .

С₀ = 1, С = 0,8 ( оскільки реакція пройшла на 20%), тоді

год^-1. Звідси . Оскільки початкова концентрація С₀ = 1, то С = 1- 0,67 = 0,33. За 7 годин реакція пройде на 33%.

Вплив температури на швидкість хімічної реакції.

З підвищенням температури швидкість хімічної реакції збільшується.

Для приблизної оцінки впливу температури на швидкість хімічної реакції використовується емпіричне правило Вант-Гоффа:

підвищення температури на кожні 10 К збільшує швидкість більшості реакцій в 2-4 рази.

чи , (4.8)

γ – температурний коефіцієнт швидкості хімічної реакції;

n – будь яке ціле чи дробове число.

Температурний коефіцієнт можна визначити, якщо відомі константи швидкості для двох будь яких температур:

. (4.9)

Використовуючи це рівняння, якщо відомий температурний коефіцієнт та константа швидкості при одній температурі, можна визначити константу швидкості хімічної реакції при іншій температурі.

Температурний коефіцієнт має постійне значення для невеликих інтервалів температур. З підвищенням температури γ зменшується.

В більш широкому інтервалі температур залежність константи швидкості хімічної реакції від температури може бути проілюстровано рівнянням Арреніуса:

чи , (4.10)

де Е_А – енергія активації реакції, яка дорівнює надлишковій енергії, яка необхідна для здійснення елементарного акту реакції. Вона мало залежить від температури і є величиною сталою для даної реакції.

Якщо відомі константи швидкості для двох температур, рівняння (4.10) дозволяє розрахувати енергію активації, а потім і константу швидкості при іншій температурі.

За величиною енергії активації можна робити висновки о швидкості перебігу процесу. Чим менше значення енергії активації, ти більше швидкість процесу. Для більшості реакцій величина енергії активації знаходиться у межах 80 - 240 .

Задача 14. Розрахувати енергію активації та константу швидкості при 800 К, якщо константа швидкості цієї реакції при 629 та 716 К відповідно складають 2,5·10 ^-3 та 0,14 .

Рішення. З рівняння (4.10) отримуємо

; .

З цього ж рівняння (4.10) отримуємо

, приймаємо, що Т₁ = 716 К, Т₂ = 800 К, розраховуємо

.

Можна також розрахувати константу швидкості при даній температурі через температурний коефіцієнт, попередньо визначивши γ за рівнянням (4.9) з двох відомих констант швидкості. Але такий розрахунок дає менш точне значення.

Задача 15. Визначити в скільки разів збільшиться швидкість хімічної реакції при підвищенні температури від 20 до 50 ⁰С, якщо температурний коефіцієнт складає 2,2.

Рішення. З рівняння (4.9) отримаємо

рази.

Задача 16. При якій температурі, яка відрізняється від стандартної, необхідно проводити реакцію, щоб її швидкість збільшилась 40 разів? Температурний коефіцієнт складає 3,2.

Рішення. Якщо рівняння (4.9) пролагарифмувати, отримаємо

, тоді

, звідси Т₂ = 35,6 ⁰С.