Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Лекции по ФХ 2 семестр / Задачи кинетика

.doc
Скачиваний:
116
Добавлен:
28.03.2015
Размер:
68.1 Кб
Скачать

3

Задачи к экзамену по физической химии по теме: «Химическая кинетика»

Задача 1.

Для реакции А+ВР 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 (С0А0В), 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/(мольмин).

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=1/25(1/0,4132-1/0,52)=0,37

k2=1/210(1/0,3592-1/0,52)=0,38

k3=1/215(1/0,3232-1/0,52)=0,37

k4=1/220(1/0,2952-1/0,52)=0,37

k5=1/225(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=1/1,2534,33=0,023

k2=1/1,139,02=0,023

k3=1/0,585,84=0,023

k4=1/0,3143,06=0,023

k5=1/0,1429,19=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 (САСВ). 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(0,50,15/0,30,35)=0,084 л/мольмин.

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+ВД начальные концентрации веществ А и В равны, соответственно 2,0 моль/л и 3,0 моль/л. Скорость реакции равна 0,0012 моль/лс 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 11. 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 = 0,0012/1,52,5 = 0,00032 л/мольс.

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 = 0,000321,30,3 = 0,000125 моль/лс.

Задача 8.

Константа скорости реакции при 323 К равна 0,01 л/мольс, а при 353 К - 0,067 л/мольс. 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) = [8,314323353/(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: