Химическая кинетика.катализ

Реактивы и оборудование

Секундомер; пипетки 20 и 10 мл; колба коническая 500 мл; бюретка; мерный цилиндр.

КJ (сухой), 1 М раствор H2S04; 0,1 Н раствор Nа2S2O3; 0,1 Н раствор Н2О2; раствор крахмала 1%-й.

Порядок выполнения работы

1.Приготовить раствор, смешав 2 г КJ с 400 мл воды, прибавить к нему 20 мл 1 М раствора H2SO4.

2.К приготовленной смеси прибавить из бюретки 0,5 мл раствора тиосульфата натрия, немного крахмала и быстро влить 10,0 мл раствора пероксида водорода.

3.В момент появления синего окрашивания включить секундомер и не выключать его до окончания работы.

4.Быстро влить в смесь 0,5 мл раствора тиосульфата натрия и отметить время появления синей окраски. Повторить то же самое 10÷12 раз, вливая после каждого посинения раствора по 0,5 мл раствора тиосульфата натрия.

Обработка результатов измерений и содержание отчета

1. Экспериментальные данные внести в таблицу.

Таблица 6 – Экспериментальные результаты

2. Рассчитать константу скорости реакции первого порядка для каждого промежутка времени:

(15)

где а - объем раствора Н2О2 (мл); Vτ - объем добавленного к моменту времени τ раствора Nа2S2O3 (мл).

3.Рассчитать kcp, стандартное отклонение и коэффициент вариации.

4.Сделать вывод по работе.

71

Вопросы

1.Какие задачи ставит кинетика?

2.Что называется скоростью химической реакции? В каких единицах она измеряется?

3.Сформулируйте закон Гульдберга-Вааге.

4.Может ли скорость быть отрицательной величиной?

5.Как определить скорость изменения концентрации по графику?

6.Что называется молекулярностью реакции? Почему молекулярность не превыщает трех?

7.Поясните термины «порядок» реакции, «порядок реакции по данному веществу».

8.Причины несовпадения порядка реакции и молекулярности.

9.Вывести значение константы скорости, времени полураспада, текущей концентрации для реакции: а) нулевого порядка; б) первого порядка; в) второго порядка; г) третьего порядка; д) дробного порядка.

10.Методы определения порядка реакции: а) метод избытка; б) метод подстановки; в) по доле превращения; г) метод Вант-Гоффа.

11.Зависимость скорости реакции от температуры. Уравнение Аррениуса, правило Вант-Гоффа.

12.Энергия активации. Связь ее с тепловым эффектом.

13.Используя кривую распределения по энергиям, покажите, что скорость увеличивается с ростом температуры.

14.Методы расчета энергии активации из экспериментальных данных.

15.Сложные реакции. В чем состоит их отличие от простых реакций?

16.Последовательные реакции.

17.Обратимые реакции.

18.Параллельные реакции.

19.Сопряженные реакции.

20.Цепные реакции.

21.Теория активных столкновений.

22.Теория активированного комплекса.

23.Скорость гетерогенного процесса.

24.Стадии гетерогенного процесса.

25.Диффузия как способ массопереноса. Законы Фика.

26.Фотохимические реакции.

27.Явление катализа.

28.Энергия активации катализируемых реакций.

29.Явление автокатализа.

30.Гомогенный катализ.

31.Гетерогенный катализ. Теория активных ансамблей.

32.Мультиплетная теория гетерогенного катализа.

72

33.Ферментативный катализ.

34.Кинетика ферментативного катализа.

Задачи

1.На сколько градусов надо повысить температуру, чтобы скорость реакции (температурный коэффициент реакции равен 2) увеличилась в

100 раз?

2.Скорость химической реакции при 200С равна 1 моль/(л·с). Вычислите скорость этой реакции при 600С, если температурный коэффициент реакции равен 3.

3.Во сколько раз увеличится скорость реакции взаимодействия водорода и брома, если концентрации исходных веществ увеличить в 2 раза?

4.На сколько градусов надо повысить температуру реакции проходящей в газовой фазе, чтобы ее скорость увеличилась в 729 раз? Температурный коэффициент реакции равен 3.

5.Как изменится скорость химической реакции 2Fe + 3Cl2 = 2FeCl3, если давление системы увеличить в 5 раз?

6.При увеличении температуры на 500С скорость реакции возросла в 1200 раз. Вычислите температурный коэффициент реакции.

7.Во сколько раз уменьшится скорость реакции, если температуру смеси газов понизить со 140 до 1000С? Температурный коэффициент реакции равен 3.

8.Две реакции протекают с такой скоростью, что за единицу времени образуется: а) в первой реакции – 3 г сероводорода; б) во второй реакции – 10 г йодоводорода. Какая из этих реакций протекает с большей скоростью?

9.Для химической реакции А→В константа скорости К=0,5. Исходная концентрация вещества А (С0А) равна 1 моль/л. Вычислите степень превращения вещества А за время 1 час, если реакция: а) нулевого порядка; б) первого порядка; в) второго порядка.

10.Превращение пероксида бензоила в диэтиловый эфир (реакция первого порядка) при 333 К прошло за 10 мин на 75,2 %. Вычислите константу скорости реакции.

11.Начальная скорость реакции 2А В (измерена по накоплению продукта В) равна 0,00025 моль/(л·с). Через 800 с она снизилась в 2 раза, а еще через 1160 с – снова в 2 раза. Найти константу скорости реакции 2-го порядка. Изменится ли ответ, если скорость реакции измеряли по исчезновению исходного вещества А?

73

12. Реакция 2А + В С имеет первый порядок по каждому реагенту. Найти аналитическую зависимость концентрации каждого реагента от времени при [A]0 [B]0.

13.В одной из задач Соросовской олимпиады по химии 1996 г. говорилось о том, что поваренную соль в Москве иодируют из-за того, что во время чернобыльской аварии 1986 г. в атмосферу было выброшено

большое количество радиоактивного иода-131 (t1/2 = 8 суток), суммарная активность которого соответствовала почти 1 т радия. Прокомментируйте эти сведения.

14.Для реакций 1-го, 2-го и 3-го порядка А Р, А + В Р и А + В +

СР (начальные концентрации всех реагентов равны) найти, во сколько раз медленнее достигается глубина превращения на 99% по сравнению с временем полупревращения.

15.Гидролиз этилацетата щелочью изучали титрованием реакционной смеси раствором НСl (0,05 моль/л). Вначале на титрование 10 мл смеси пошло 9,75 мл НСl, через 10,4 мин – 3,26 мл, а после завершения реакции

– 1,20 мл. Найти константу скорости 2-го порядка.

16.Одна из самых быстрых известных реакций 2-го порядка –

рекомбинация ионов Н+ и ОН в водных растворах: для нее константа скорости равна 2 1011 л/(моль·с). Найти среднее время жизни атома водорода в составе молекулы воды в жидкой фазе. Диссоциирует ли вода

вгазовой фазе?

17.Гидратация СО2 медленная реакция с временем полупревращения ~ 5 с при температуре тела человека. Константа скорости обратной реакции распада угольной кислоты в 500 раз больше константы скорости

прямой реакции. Найти равновесную концентрацию Н2СО3 в крови, если концентрация СО2 в ней равна 0,0012 моль/л.

18.На упаковке импортного замороженного продукта написано:

Storage: Refrigerator (0 oC) 1 day

*Freezer (–6 oC)	1 week
**Freezer (–12 oC)	2 weeks
***Freezer (–18 oC)	9 months.

Найдите ошибку в надписи и исправьте ее. Определите, при какой температуре следует хранить продукт в течение 4 месяцев. Указание: считать, что скорость порчи продукта подчиняется обычным кинетическим закономерностям, в том числе закону Аррениуса.

19.Как изменится скорость реакции N2+3H2 →2NH3, если увеличить концентрацию [N2] и [H2] в два раза?

20.Реакция идет по уравнению: 2NO + O2 = 2NO2. Концентрация исходных веществ: [NO] =0,03 моль/л, [O2] = 0,05 моль/л. Как изменится

74

скорость реакции, если увеличить концентрацию кислорода до 0,1 моль/л,

аконцентрацию NO до 0,06 моль/л.

21.Чему равна скорость химической реакции 2Ст+ О2 →2СО2, если [O2]=2,8 моль/л, константа скорости k=0,5?

Список использованной литературы

1.Стромберг А.Г., Семченко Д.П. Физическая химия. – М.: Высшая школа, 2009. – 528 с.

2.Практическая химическая кинетика. Химическая кинетика в задачах с решениями/Под ред. Мельникова М.Я. – М., - СПб.: Издательство МГУ, Издательство СПбГТУ, 2006 г., - 592 с.

3.Физическая химия / Под ред. Краснова К.С. – М.: Высшая школа,

1982. – 685 с.

4.Практические работы по физической химии / Под ред. Мищенко К.П., Равделя А.А. – Л.: Химия, 1982. – 154 с.

5.Акулова Ю.П. Практические работы по физической химии/ Акулова Ю.П., Афанасьев Б.Н. и др. СПб: Изд-во «Профессия», 2002. – 96 с.

6.Ерѐмин В.В. Задачи по физической химии/ Ерѐмин В.В., Каргов С.И. и др. М.: Изд-во «Экзамен», 2003.- 19 с.

7.Гельфман М.И. Практикум по физической химии. СПб.-М.- Краснодар: Лань, 2004. - 57 с.

75

76