1. Основные понятия химической кинетики:

• истинная и средняя скорость химической реакции и математическое выражение скорости реакции;

• простые и сложные реакции (параллельные, последовательные, сопряженные, цепные);

• гомогенные и гетерогенные реакции;

• молекулярность и порядок реакции.

1.2. Зависимость скорости реакции от концентрации. Кинетические уравнения реакций нулевого, первого и второго порядков. Константа скорости реакции. Период полупревращения.

1.3. Зависимость скорости реакции от температуры. Температурный коэффициент скорости реакции. Уравнение Аррениуса. Энергии активации. Энергетический профиль реакции. Теория активных соударений и переходного состояния.

1.4. Гомогенный и гетерогенный катализ. Энергетический профиль каталитической реакции. Ферментативный катализ в биологических системах. Уравнение Михаэлиса-Ментен.

1.5. Константа химического равновесия. Смещение химического равновесия. Принцип Ле-Шателье.

Учебная карта темы.

1. Практическая часть:

1.1. Примеры решение ситуационных задач.

1.2. Вопросы и ситуационные задачи для закрепления материала.

1.3. Контрольные вопросы.

2. Экспериментальная часть (лабораторная работа).

3. Контроль усвоения темы (тесты текущего уровня).

1. Практическая часть

1.1.Ситуационные задачи (№№ с 1 по 7)с алгоритмами их решений, эталонами ответов и с комментариями.

Вычисление скорости, константы и температуры коэффициента скорости реакции

Задача № 1. Взаимодействие со свободным кислородом приводит к образованию высокотоксичного диоксида азота //, хотя эта реакция в физиологических условиях протекает медленно и при низких концентрацияхне играет существенной роли в токсическом повреждении клеток, но, однако патогенные эффекты резко возрастают при его гиперпродукции. Определите, во сколько раз возрастает скорость взаимодействия оксида азота (II) c кислородом при увеличении давления в смеси исходных газов в два раза, если скорость реакции описывается уравнением?

Решение.

1. Увеличение давления вдвое равноценно двойному увеличению концентрации (с) и . Поэтому скорости взаимодействия, соответствующие и , примут в соответствии с законом действия масс выражения: и

Ответ. Скорость реакции увеличится в 8 раз.

Задача № 2. Считается, что концентрация хлора (зеленоватый газ с резким запахом) в воздухе выше 25 ppm опасна для жизни и здоровья, но, имеются данные, что если пациент восстановился после острого тяжелого отравления этим газом, то остаточных явлений не наблюдается. Определите, как изменится скорость реакции: , протекающей в газовой фазе, если увеличить в 3-и раза: концентрацию, концентрацию, 3) давление //?

Решение.

1. Если обозначить концентрации исоответственно черези, то выражение для скорости реакции примет вид:.

2. После увеличения концентраций в 3-и раза они будут равны дляидля. Поэтому выражение для скорости реакции примет вид: 1)2)

3. Увеличение давления во столько же раз увеличивает концентрацию газообразных реагирующих веществ, поэтому

4. Увеличение скорости реакции по отношению к первоначальной определяется отношением соответственно: 1) , 2), 3).

Ответ. Скорость реакции увеличится в: 1) , 2) , 3)раза.

Задача № 3. Как изменяется скорость взаимодействия исходных веществ при изменении температуры с до, если температурный коэффициент реакции равен 2,5?

Решение.

1. Температурный коэффициент показывает, как меняется скорость реакции при изменении температуры на каждые (правило Вант-Гоффа): .

2. Если же изменение температуры: , то с учетом того, что, получаем:. Отсюда,.

3. По таблице антилогарифмов находим: .

Ответ. При изменении температуры (т.е. при повышении) скорость увеличится в 67,7 раз.

Задача № 4. Вычислите температурный коэффициентскорости реакции, зная, что с повышением температуры наскорость возрастает в 128 раз.

Решение.

1. Зависимость скорости химической реакции от температуры выражается эмпирическим правилом Вант-Гоффа:

.Решая уравнение относительно, находим:,. Следовательно,=2

Ответ. =2.

Задача № 5. Для одной из реакций были определены две константы скорости: при 0,00670 и при0,06857. Определите константу скорости этой же реакции при.

Решение.

1. По двум значениям констант скорости реакции, используя уравнение Аррениуса, определяем величину энергии активации реакции: . Для данного случая:Отсюда:Дж/моль.

2. Рассчитаем константу скорости реакции при , используя в расчетах константу скорости прии уравнение Аррениуса:. Для данного случая:и с учетом того, что:, получаем:. Следовательно,

Ответ.

Вычисление константы химического равновесия и определение направление смещения равновесия по принципу Ле-Шателье.

Задача №6. Двуокись углерода // в отличие от моноксида углерода // не нарушает физиологических функций и анатомической целостности живого организма и удушающий эффект их обусловлен лишь присутствием в высокой концентрации и снижением процентного содержания кислорода во вдыхаемом воздухе. Чему равнаконстанта равновесия реакции //:при температуре, выраженная через: а) парциальные давления реагирующих веществ; б) их молярные концентрации, зная, что состав равновесной смеси выражается объемными долями:,и, а общее давление в системе составляетПа?

Решение.

1. Парциальное давление газа равно общему давлению, умноженному на объемную долю газа в смеси, поэтому:

а) Па;

б) Па;

в) Па;

2. Подставляя эти значения в выражение константы равновесия, получим:

Па.

3. Взаимосвязь между иустанавливается на основе уравнения Менделеева ­ Клапейрона для идеальных газов и выражается равенством:, где– разность между числом молей газообразных продуктов реакции и газообразных исходных веществ. Для данной реакции:. Тогда:.

Ответ.Па..

Задача № 7. В каком направлении сместится равновесие в следующих реакциях:

1. ;

2. ;

3. ;

а) при повышении температуры, б) при понижении давления, в) при увеличении концентрации водорода?

Решение.

1. Химическое равновесие в системе устанавливается при постоянстве внешних параметров (и др.). Если эти параметры меняются, то система выходит из состояния равновесия и начинает преобладать прямая (вправо) или обратная реакции (влево). Влияние различных факторов на смещение равновесия отражено в принципе Ле Шателье.

2. Рассмотрим влияние на вышеуказанные реакции всех 3-х факторов, влияющих на химическое равновесие.

а) При повышении температуры равновесие смещается в сторону эндотермической реакции, т.е. реакции, идущей с поглощением тепла. 1-я и 3-я реакции – экзотермические //, следовательно, при повышении температуры равновесие сместится в сторону обратной реакции, а во 2-ой реакции // – в сторону прямой реакции.

б) При понижении давления равновесие смещается в сторону возрастания числа молей газов, т.е. в сторону большего давления. В 1-ой и 3-ей реакциях в левой и правой частях уравнения будет одинаковое число молей газов (2-2 и 1-1 соответственно). Поэтому изменение давления не вызовет смещения равновесия в системе. Во 2-ой реакции в левой части 4 моля газов, в правой – 2 моля, поэтому при понижении давления равновесие сместится в сторону обратной реакции.

в) При увеличении концентрации компонентов реакции равновесие смещается в сторону их расхода. В 1-ой реакции водород находится в продуктах, и увеличение его концентрации усилит обратную реакцию, в ходе которой он расходуется. Во 2-ой и 3-ей реакциях водород входит в число исходных веществ, поэтому увеличение его концентрации смещает равновесие в сторону реакции, идущей с расходом водорода.

Ответ.

а) При повышении температуры в реакциях 1 и 3 равновесие будет смещено влево, а в реакции 2 – вправо.

б) На реакции 1 и 3 понижение давления не повлияет, а в реакции 2 – равновесие будет смещено влево.

в) Повышение температуры в реакциях 2 и 3 повлечет за собой смещение равновесия вправо, а в реакции 1 – влево.

1.2. Ситуационные задачи №№ с 8 по 21 для закрепления материала (выполнить в протокольной тетради).

Задача № 8. Как изменится скорость окисления глюкозы в организме при снижении температуры сдо, если температурный коэффициент скорости реакции равен 4 ?

Задача № 9. Используя приближенное правило Вант-Гоффа, вычислить, на сколько нужно повысить температуру, чтобы скорость реакции возросла в 80 раз? Температурный коэффициент скорости принять равным 3.

Задача № 10. Для практической остановки реакции применяют быстрое охлаждение реакционной смеси («замораживание реакции»). Определите, во сколько раз изменится скорость реакции при охлаждении реакционной смеси с 40 до , если температурный коэффициент реакции равен 2,7.

Задача № 11. Изотоп, применяющийся для лечения некоторых опухолей, имеет период полураспада 8,1 суток. Через какое время содержание радиоактивного йода в организме пациента уменьшится в 5 раз?

Задача № 12. Гидролиз некоторого синтетического гормона (фармпрепарата) является реакцией первого порядка с константой скорости 0,25(). Как изменится концентрация этого гормона через 2 месяца?

Задача №13. Период полураспада радиоактивногоравен 5600 лет. В живом организме за счет обмена веществ поддерживается постоянное количество. В останках мамонта содержаниесоставилоот исходного. Определите, когда жил мамонт?

Задача № 14. Период полураспада инсектицида (ядохимиката, применяемого для борьбы с насекомыми) составляет 6 месяцев. Некоторое количество его попало в водоем, где установилась концентрация моль/л. За какое время концентрация инсектицида понизится до уровнямоль/л?

Задача №15. Жиры и углеводы окисляются с заметной скоростью при температуре 450 — 500°, а в живых организмах — при температуре 36 — 40°. В чем причина резкого уменьшения температуры, необходимой для окисления?

Задача № 16. Пероксид водорода разлагается в водных растворах на кислород и воду. Реакцию ускоряют как неорганический катализатор (ион ), так и биоорганический (фермент каталаза). Энергия активации реакции в отсутствие катализатора 75,4 кДж/моль. Ионснижает ее до 42 кДж/моль, а фермент каталаза — до 2 кДж/моль. Рассчитайте соотношение скоростей реакции в отсутствие катализатора в случаях присутствияи каталазы. Какой вывод можно сделать об активности фермента? Реакция протекает при температуре 27 °С.

Задача № 17 Константа скорости распада пенициллина приравна, а при. Определите температурный коэффициент скорости и энергию активации реакции.

Задача №16. Раствор лекарственного вещества содержит 1500 активных единиц в 1 мл. Через 20 дней концентрация активных единиц снижается до 120 единиц в мл. Рассчитайте константу скорости и период полупревращения, если реакция протекает по первому порядку.

Задача №18. Рассчитайте изменение константы скорости реакции, имеющей энергию активации 191 кДж/моль, при увеличении температуры от 330 до 400 К.

Задача № 19. Какими способами в системе можно смещать равновесие в сторону большого выходапри заданной концентрации ?

Задача №20. При состоянии равновесия системыконцентрация азота 0,3 моль/л; водорода 0,9 моль/л; аммиака 0,4 моль/л. Вычислите константу равновесия реакции и исходные концентрации азота и водорода.

Задача № 21. Метанол является сильным нервно - сосудистым ядом, обладающим выраженными кумулятивными свойствами и при поступлении в желудочно-кишечный тракт быстро всасывается и через 1 ч. начинает циркулировать в крови, где может быть обнаружен в течение 3-4 дней. Вычислите константу равновесия реакции образования метилового спирта:при стандартных условиях, еслиикДж/моль;,иДж/моль.