Wzór na współczynnik temperaturowy reakcji. Współczynnik temperaturowy szybkości reakcji chemicznej (reguła van't Hoffa)

Zadanie 336.
W temperaturze 150°C część reakcji jest zakończona w ciągu 16 minut. Przyjmując współczynnik temperaturowy szybkości reakcji równy 2,5 oblicz, jak długo zakończy się ta reakcja, jeśli zostanie przeprowadzona: a) o 20 0 °С; b) w 80°C.
Rozwiązanie:
Zgodnie z regułą van't Hoffa zależność prędkości od temperatury wyraża się równaniem:

v t i k t - szybkość i stała szybkości reakcji w temperaturze t°C; v (t + 10) i k (t + 10) te same wartości w temperaturze (t + 10 0 C); - współczynnik temperaturowy szybkości reakcji, którego wartość dla większości reakcji mieści się w przedziale 2 - 4.

a) Biorąc pod uwagę, że szybkość reakcji chemicznej w danej temperaturze jest odwrotnie proporcjonalna do czasu jej przebiegu, podstawiamy dane podane w warunku problemu do wzoru wyrażającego ilościowo regułę van't Hoffa, otrzymujemy :

b) Ponieważ reakcja ta przebiega ze spadkiem temperatury, to w danej temperaturze szybkość tej reakcji jest wprost proporcjonalna do czasu jej przebiegu, więc dane podane w warunku zadania podstawiamy do wzoru wyrażającego ilościowo reguły van't Hoffa, otrzymujemy:

Odpowiadać: a) w 200 0 С t2 = 9,8 s; b) w 80 0 С t3 = 162 h 1 min 16 s.

Zadanie 337.
Czy wartość stałej szybkości reakcji zmieni się: a) przy wymianie jednego katalizatora na inny; b) kiedy zmieniają się stężenia reagentów?
Rozwiązanie:
Stała szybkości reakcji jest wartością, która zależy od rodzaju reagentów, temperatury i obecności katalizatorów i nie zależy od stężenia reagentów. Może być równa szybkości reakcji w przypadku, gdy stężenia reagentów są równe jedności (1 mol/l).

a) Gdy jeden katalizator zostanie zastąpiony innym, szybkość danej reakcji chemicznej zmieni się lub wzrośnie. Jeśli zastosuje się katalizator, szybkość reakcji chemicznej wzrośnie, a zatem odpowiednio wzrośnie również wartość stałej szybkości reakcji. Zmiana wartości stałej szybkości reakcji nastąpi również w przypadku wymiany jednego katalizatora na inny, co spowoduje zwiększenie lub zmniejszenie szybkości tej reakcji w stosunku do pierwotnego katalizatora.

b) Gdy zmieni się stężenie reagentów, wartości szybkości reakcji zmienią się, a wartość stałej szybkości reakcji nie zmieni się.

Zadanie 338.
Czy efekt cieplny reakcji zależy od jej energii aktywacji? Uzasadnij odpowiedź.
Rozwiązanie:
Efekt cieplny reakcji zależy tylko od stanu początkowego i końcowego układu i nie zależy od pośrednich etapów procesu. Energia aktywacji to nadwyżka energii, jaką muszą mieć cząsteczki substancji, aby ich zderzenie doprowadziło do powstania nowej substancji. Energię aktywacji można zmienić, podnosząc lub obniżając temperaturę, odpowiednio ją obniżając lub zwiększając. Katalizatory obniżają energię aktywacji, podczas gdy inhibitory ją obniżają.

Zatem zmiana energii aktywacji prowadzi do zmiany szybkości reakcji, ale nie do zmiany ciepła reakcji. Efekt cieplny reakcji jest wartością stałą i nie zależy od zmiany energii aktywacji dla danej reakcji. Na przykład reakcja tworzenia amoniaku z azotu i wodoru to:

Ta reakcja jest egzotermiczna, > 0). Reakcja przebiega ze spadkiem liczby moli reagujących cząstek i liczby moli substancji gazowych, co doprowadza układ ze stanu mniej stabilnego do bardziej stabilnego, entropia maleje,< 0. Данная реакция в обычных условиях не протекает (она возможна только при достаточно низких температурах). В присутствии катализатора энергия активации уменьшается, и скорость реакции возрастает. Но, как до применения катализатора, так и в присутствии его тепловой эффект реакции не изменяется, реакция имеет вид:

Zadanie 339.
Dla której reakcji, bezpośredniej lub odwrotnej, energia aktywacji jest większa, jeśli reakcja bezpośrednia przebiega z wydzieleniem ciepła?
Rozwiązanie:
Różnica między energiami aktywacji reakcji bezpośrednich i odwrotnych jest równa efektowi termicznemu: H \u003d E a (pr.) - E a (arr.) . Reakcja ta przebiega z wydzielaniem ciepła, tj. jest egzotermiczny,< 0 Исходя из этого, энергия активации прямой реакции имеет меньшее значение, чем энергия активации обратной реакции:
E a (przykł.)< Е а(обр.) .

Odpowiadać: E a (przykł.)< Е а(обр.) .

Zadanie 340.
Ile razy wzrośnie szybkość reakcji przebiegającej w temperaturze 298 K, jeśli jej energia aktywacji zmniejszy się o 4 kJ/mol?
Rozwiązanie:
Oznaczmy spadek energii aktywacji o Ea oraz stałe szybkości reakcji przed i po spadku energii aktywacji odpowiednio o k i k. Korzystając z równania Arrheniusa otrzymujemy:

E a to energia aktywacji, k i k" to stałe szybkości reakcji, T to temperatura w K (298).
Podstawiając dane problemu do ostatniego równania i wyrażając energię aktywacji w dżulach, obliczamy wzrost szybkości reakcji:

Odpowiadać: 5 razy.

Czynniki wpływające na przebieg reakcji

W ludzkim ciele w żywej komórce zachodzą tysiące reakcji enzymatycznych. Jednak w wieloetapowym łańcuchu procesów różnica w szybkości poszczególnych reakcji jest dość duża. Tak więc synteza cząsteczek białka w komórce jest poprzedzona co najmniej dwoma kolejnymi etapami: syntezą transferowego RNA i syntezą rybosomów. Ale czas, w którym stężenie cząsteczek tRNA podwaja się, wynosi 1,7 minuty, cząsteczek białka - 17 minut, a rybosomów - 170 minut. Szybkość całego procesu powolnego (ograniczającego) etapu, w naszym przykładzie szybkość syntezy rybosomów. Obecność reakcji ograniczającej zapewnia wysoką niezawodność i elastyczność w kontrolowaniu tysięcy reakcji zachodzących w komórce. Wystarczy obserwować i regulować tylko najwolniejsze z nich. Ta metoda kontrolowania szybkości syntezy wieloetapowej nazywana jest zasadą minimum. Pozwala znacznie uprościć i uczynić bardziej niezawodnym system autoregulacji w komórce.

Podziały reakcji stosowane w kinetyce: reakcje jednorodne, heterogeniczne i mikroheterogeniczne; reakcje proste i złożone (równoległe, sekwencyjne, sprzężone, łańcuchowe). Molekularność elementarnego aktu reakcji. Równania kinetyczne. Kolejność reakcji. Pół życia

Reakcje mikroheterogeniczne -

Molekularność reakcji zależy od liczby cząsteczek, które wchodzą w interakcję chemiczną w elementarnym akcie reakcji. Na tej podstawie reakcje dzieli się na monomolekularne, dwucząsteczkowe i trójcząsteczkowe.

Wówczas reakcje typu A -> B będą jednocząsteczkowe, np.:

a) C 16 H 34 (t ° C) -> C g H 18 + C 8 H 16 - reakcja krakingu węglowodorów;

b) CaC0 3 (t ° C) -> CaO + C0 2 - rozkład termiczny węglanu wapnia.
Reakcje takie jak A + B -> C lub 2A -> C - są dwucząsteczkowe, na przykład:
a) C + 0 2 -> C0 2; b) 2Н 2 0 2 -> 2Н 2 0 + 0 2 itd.

Reakcje trójcząsteczkowe opisują ogólne równania typu:

a) A + B + C D; b) 2A + B D; c) 3A D.

Na przykład: a) 2Н 2 + 0 2 2Н 2 0; b) 2NO + H 2 N 2 0 + H 2 0.

Szybkość reakcji w zależności od cząsteczkowości wyrażą równania: a) V = k C A - dla reakcji monomolekularnej; b) V \u003d do C A C in lub c) V \u003d do C 2 A - dla reakcji dwucząsteczkowej; d) V \u003d k C C in C e) V \u003d k C 2 AC C in lub e) V \u003d k C 3 A - dla reakcji trójcząsteczkowej.

Molekularność to liczba cząsteczek, które reagują w jednym podstawowym akcie chemicznym.

Często trudno jest ustalić molekularność reakcji, dlatego stosuje się bardziej formalny znak - kolejność reakcji chemicznej.

Rząd reakcji jest równy sumie wykładników stężeń w równaniu wyrażającym zależność szybkości reakcji od stężenia reagentów (równanie kinetyczne).

Kolejność reakcji najczęściej nie pokrywa się z cząsteczkowością ze względu na fakt, że mechanizm reakcji, tj. „Akt elementarny” reakcji (patrz definicja znaku molekularności), jest trudny do ustalenia.

Rozważmy kilka przykładów ilustrujących to stanowisko.

1. Szybkość rozpuszczania kryształów opisują równania kinetyki rzędu zerowego, pomimo monomolekularnego charakteru reakcji: AgCl (TB) -> Ag + + CI", V = k C (AgCl (TB p = k „ C (AgCl (ra)) - p - gęstość i jest wartością stałą, tj. szybkość rozpuszczania nie zależy od ilości (stężenia) rozpuszczonej substancji.

2. Reakcja hydrolizy sacharozy: CO + H 2 0 -> C 6 H 12 0 6 (glukoza) + C 6 H 12 0 6 (fruktoza) jest reakcją dwucząsteczkową, ale jej kinetykę opisuje kinetyka pierwszego rzędu równanie: V \u003d k * C cax , ponieważ w warunkach eksperymentalnych, w tym w ciele, stężenie wody jest stałą wartością С(Н 2 0) - const.

3.
Reakcja rozkładu nadtlenku wodoru, przebiegająca z udziałem katalizatorów, zarówno jonów nieorganicznych Fe 3+, Cu 2+ metalicznej platyny, jak i enzymów biologicznych, takich jak katalaza, ma ogólną postać:

2H 2 0 2 -\u003e 2H 2 0 + O e, tj. jest dwucząsteczkowy.

Zależność szybkości reakcji od stężenia. Równania kinetyczne reakcji pierwszego, drugiego i zerowego rzędu. Eksperymentalne metody wyznaczania szybkości i stałej szybkości reakcji.

Zależność szybkości reakcji od temperatury. Reguła Van't Hoffa. Temperaturowy współczynnik szybkości reakcji i jego cechy dla procesów biochemicznych.

γ to współczynnik temperaturowy szybkości reakcji.

Fizyczne znaczenie wartości γ polega na tym, że pokazuje, ile razy zmienia się szybkość reakcji ze zmianą temperatury na każde 10 stopni.

15. Pojęcie teorii zderzeń aktywnych. Profil energetyczny reakcji; energia aktywacji; Równanie Arrheniusa. Rola czynnika sterycznego. Pojęcie teorii stanu przejściowego.

Zależność stałej szybkości, energii aktywacji i temperatury opisuje równanie Arrheniusa: k T \u003d k 0 *Ae ~ E / RT, gdzie k t i k 0 są stałymi szybkości w temperaturze T i T e e jest podstawą logarytm naturalny, A jest czynnikiem sterycznym.

Współczynnik steryczny A określa prawdopodobieństwo zderzenia dwóch reagujących cząstek w aktywnym centrum cząsteczki. Czynnik ten jest szczególnie ważny w przypadku reakcji biochemicznych z biopolimerami. W reakcjach kwasowo-zasadowych jon H+ musi reagować z końcową grupą karboksylową – COO.Jednakże nie każde zderzenie jonu H+ z cząsteczką białka doprowadzi do tej reakcji.Tylko te zderzenia, które przeprowadzane są bezpośrednio w pewnym efektywne będą punkty makrocząsteczek zwane centrami aktywnymi.

Z równania Arrheniusa wynika, że ​​im wyższa stała szybkości, tym mniejsza energia aktywacji E i wyższa temperatura T procesu.

Szybkość reakcji chemicznych wzrasta wraz ze wzrostem temperatury. Wzrost szybkości reakcji wraz z temperaturą można oszacować za pomocą reguły van't Hoffa. Zgodnie z regułą wzrost temperatury o 10 stopni zwiększa stałą szybkości reakcji 2-4 razy:

Zasada ta nie jest spełniona w wysokich temperaturach, gdy stała szybkości prawie nie zmienia się wraz z temperaturą.

Reguła Van't Hoffa pozwala szybko określić datę ważności leku. Wzrost temperatury zwiększa szybkość rozkładu leku. Skraca to czas ustalania daty ważności leku.

Metoda polega na utrzymywaniu leku w podwyższonej temperaturze T przez pewien czas tT, znalezieniu ilości rozłożonego leku m i przeliczeniu na standardową temperaturę przechowywania 298K. Rozpatrując proces rozkładu leku jako reakcję pierwszego rzędu, szybkość wyraża się w wybranej temperaturze T i T = 298K:

Zakładając, że masa rozłożonego leku jest taka sama w normalnych i rzeczywistych warunkach przechowywania, szybkości rozkładu można wyrazić równaniami:

Zakładając T=298+10n, gdzie n = 1,2,3…,

Uzyskaj końcowe wyrażenie na okres trwałości leku w standardowych warunkach 298K:

Teoria zderzeń aktywnych. Energia aktywacji. Równanie Arrheniusa. Zależność między szybkością reakcji a energią aktywacji.

Teorię zderzeń aktywnych sformułował S. Arrhenius w 1889 roku. Teoria ta opiera się na założeniu, że do zajścia reakcji chemicznej konieczne jest zderzenie cząsteczek substancji wyjściowych, a o liczbie zderzeń decyduje intensywność ruchu termicznego cząsteczek, tj. zależne od temperatury. Ale nie każde zderzenie cząsteczek prowadzi do przemiany chemicznej: prowadzi do niej tylko zderzenie aktywne.

Aktywne zderzenia to zderzenia, które zachodzą np. między cząsteczkami A i B z dużą ilością energii. Minimalna ilość energii, jaką muszą mieć cząsteczki substancji wyjściowych, aby ich zderzenie było aktywne, nazywana jest barierą energetyczną reakcji.

Energia aktywacji to nadwyżka energii, która może być przekazana lub przeniesiona do jednego mola substancji.

Energia aktywacji istotnie wpływa na wartość stałej szybkości reakcji i jej zależność od temperatury: im większa Ea, tym mniejsza stała szybkości i tym większy wpływ na nią ma zmiana temperatury.

Stała szybkości reakcji jest powiązana z energią aktywacji złożoną zależnością opisaną równaniem Arrheniusa:

k=Ae–Ea/RT, gdzie A jest czynnikiem przedwykładniczym; Ea to energia aktywacji, R to uniwersalna stała gazowa równa 8,31 j/mol; T to temperatura bezwzględna;

e jest podstawą logarytmów naturalnych.

Jednak obserwowane stałe szybkości reakcji są na ogół znacznie mniejsze niż te obliczone za pomocą równania Arrheniusa. Dlatego równanie na stałą szybkości reakcji jest modyfikowane w następujący sposób:

(minus przed całym ułamkiem)

Mnożnik powoduje, że zależność stałej szybkości od temperatury różni się od równania Arrheniusa. Ponieważ energię aktywacji Arrheniusa oblicza się jako tangens nachylenia logarytmicznej zależności szybkości reakcji od odwrotności temperatury, to robiąc to samo z równaniem , otrzymujemy:

Cechy reakcji heterogenicznych. Szybkość reakcji heterogenicznych i czynniki ją determinujące. Obszary kinetyczne i dyfuzyjne procesów heterogenicznych. Przykłady heterogenicznych reakcji interesujących farmację.

REAKCJE HETEROGENICZNE, chem. reakcje z udziałem substancji w rozkładzie. faz i stanowiących razem system heterogeniczny. Typowe reakcje heterogeniczne: termiczne. rozkład soli na produkty gazowe i stałe (np. CaCO3 -> CaO + CO2), redukcja tlenków metali wodorem lub węglem (np. PbO + C -> Pb + CO), rozpuszczanie metali w kwasach (np. Zn + + H2SO4 -> ZnSO4 + H2), oddziaływanie. odczynniki stałe (A12O3 + NiO -> NiAl2O4). W specjalnej klasie wyróżnia się heterogeniczne reakcje katalityczne zachodzące na powierzchni katalizatora; w takim przypadku reagenty i produkty nie mogą znajdować się w różnych fazach. Kierunek, w reakcji N2++3H2 -> 2NH3 zachodzącej na powierzchni katalizatora żelazowego, reagenty i produkt reakcji znajdują się w fazie gazowej i tworzą układ jednorodny.

Cechy reakcji heterogenicznych wynikają z udziału w nich faz skondensowanych. Utrudnia to mieszanie i transport reagentów i produktów; możliwa jest aktywacja cząsteczek odczynnika na interfejsie. Kinetykę każdej heterogenicznej reakcji definiuje się jako szybkość samej substancji chemicznej. przemiany i procesy przenoszenia (dyfuzja) niezbędne do uzupełnienia zużycia reagentów i usunięcia produktów reakcji ze strefy reakcji. W przypadku braku przeszkód dyfuzyjnych szybkość heterogenicznej reakcji jest proporcjonalna do wielkości strefy reakcji; jest to nazwa właściwej szybkości reakcji obliczonej na jednostkę powierzchni (lub objętości) reakcji. strefy, nie zmienia się w czasie; w przypadku prostych (jednoetapowych) reakcji może tak być ustalona na podstawie obowiązujących mas prawa. To prawo nie jest spełnione, jeśli dyfuzja substancji przebiega wolniej niż dyfuzja chemiczna. dzielnica; w tym przypadku obserwowana szybkość reakcji heterogenicznej jest opisana równaniami kinetyki dyfuzji.

Szybkość reakcji heterogenicznej to ilość substancji, która wchodzi w reakcję lub powstaje podczas reakcji w jednostce czasu na jednostkę powierzchni fazy.

Czynniki wpływające na szybkość reakcji chemicznej:

Natura reagentów

Stężenie odczynników,

Temperatura,

Obecność katalizatora.

Vheterog = Δp(S Δt), gdzie Vheterog jest szybkością reakcji w układzie heterogenicznym; n to liczba moli dowolnej substancji powstałej w wyniku reakcji; V to objętość systemu; t - czas; S jest polem powierzchni fazy, na której zachodzi reakcja; Δ - znak przyrostu (Δp = p2 - p1; Δt = t2 - t1).

Zadanie # 1. Interakcja z wolnym tlenem prowadzi do powstania wysoce toksycznego dwutlenku azotu / /, chociaż reakcja ta przebiega powoli w warunkach fizjologicznych i przy niskich stężeniach nie odgrywa znaczącej roli w toksycznym uszkodzeniu komórek, ale efekty patogenne gwałtownie rosną wraz z jego hiperprodukcja. Określ, ile razy wzrośnie szybkość interakcji tlenku azotu (II) z tlenem, gdy ciśnienie w mieszaninie gazów początkowych podwoi się, jeśli szybkość reakcji jest opisany równaniem ?

Rozwiązanie.

1. Podwojenie ciśnienia jest równoważne podwojeniu stężenia ( Z) oraz . Dlatego współczynniki interakcji odpowiadają i przyjmą, zgodnie z prawem akcji masowych, wyrażenia: oraz

Odpowiadać. Szybkość reakcji wzrośnie 8 razy.

Zadanie # 2. Uważa się, że stężenie chloru (zielonkawy gaz o ostrym zapachu) w powietrzu powyżej 25 ppm jest niebezpieczne dla życia i zdrowia, ale istnieją dowody na to, że jeśli pacjent wyzdrowiał po ostrym ciężkim zatruciu tym gazem, wtedy nie obserwuje się efektów resztkowych. Określ, jak zmieni się szybkość reakcji: , przebiegająca w fazie gazowej, jeśli wzrośnie o współczynnik 3: stężenie , stężenie , 3) ​​​​ciśnienie / /?

Rozwiązanie.

1. Jeżeli oznaczymy stężenia i odpowiednio przez i , to wyrażenie na szybkość reakcji przyjmie postać: .

2. Po trzykrotnym zwiększeniu stężeń będą one równe dla i dla . Zatem wyrażenie na szybkość reakcji przyjmie postać: 1) 2)

3. Wzrost ciśnienia zwiększa zatem stężenie reagentów gazowych o tę samą wartość

4. O przyroście szybkości reakcji w stosunku do początkowej decyduje odpowiednio stosunek: 1) , 2) , 3) .

Odpowiadać. Szybkość reakcji wzrośnie: 1) , 2) , 3) ​​razy.

Zadanie nr 3. Jak zmienia się szybkość interakcji substancji wyjściowych ze zmianą temperatury od do, jeśli współczynnik temperaturowy reakcji wynosi 2,5?

Rozwiązanie.

1. Współczynnik temperaturowy pokazuje, jak zmienia się szybkość reakcji ze zmianą temperatury dla każdego (reguła van't Hoffa):

2. Jeżeli zmiana temperatury wynosi: , to biorąc pod uwagę fakt, że , otrzymujemy: . Stąd, .

3. Zgodnie z tabelą antylogarytmów znajdujemy: .

Odpowiadać. Wraz ze zmianą temperatury (tj. ze wzrostem) prędkość wzrośnie 67,7 razy.

Zadanie nr 4. Oblicz współczynnik temperaturowy szybkości reakcji, wiedząc, że wraz ze wzrostem temperatury szybkość wzrasta 128-krotnie.

Rozwiązanie.

1. Zależność szybkości reakcji chemicznej od temperatury wyraża praktyczna reguła van't Hoffa:

.Rozwiązując równanie dla , znajdujemy: , . Dlatego =2

Odpowiadać. =2.

Zadanie numer 5. Dla jednej z reakcji wyznaczono dwie stałe szybkości: 0,00670 i 0,06857. Wyznacz stałą szybkości tej samej reakcji w .

Rozwiązanie.

1. Na podstawie dwóch wartości stałych szybkości reakcji, korzystając z równania Arrheniusa, wyznaczamy energię aktywacji reakcji: . W tym przypadku: Stąd: J/mol.

2. Oblicz stałą szybkości reakcji w , korzystając ze stałej szybkości w i równania Arrheniusa w obliczeniach: . W tym przypadku: i biorąc pod uwagę, że: , otrzymujemy: . W konsekwencji,

Odpowiadać.

Obliczanie stałej równowagi chemicznej i wyznaczanie kierunku przesunięcia równowagi zgodnie z zasadą Le Chateliera .

Zadanie numer 6. Dwutlenek węgla // w przeciwieństwie do tlenku węgla / / nie narusza funkcji fizjologicznych i integralności anatomicznej żywego organizmu, a ich duszące działanie wynika jedynie z obecności w wysokich stężeniach i spadku procentowej zawartości tlenu we wdychanym powietrzu. Co jest równe stała równowagi reakcji / /: w temperaturze wyrażonej jako: a) ciśnienia cząstkowe reagentów; b) ich stężenia molowe , wiedząc, że skład mieszaniny równowagowej jest wyrażony w ułamkach objętościowych: , i , a całkowite ciśnienie w układzie wynosi Pa?

Rozwiązanie.

1. Ciśnienie cząstkowe gazu jest równe iloczynowi ciśnienia całkowitego i ułamka objętościowego gazu w mieszaninie, więc:

2. Podstawiając te wartości do wyrażenia na stałą równowagi, otrzymujemy:

3. Zależność między i ustala się na podstawie równania Mendelejewa Clapeyrona dla gazów doskonałych i wyraża się równością: , gdzie jest różnica między liczbą moli gazowych produktów reakcji a gazowymi substancjami wyjściowymi. Dla tej reakcji: Następnie: .

Odpowiadać. Rocznie. .

Zadanie numer 7. W jakim kierunku przesunie się równowaga następujących reakcji:

3. ;

a) ze wzrostem temperatury, b) ze spadkiem ciśnienia, c) ze wzrostem stężenia wodoru?

Rozwiązanie.

1. Równowaga chemiczna w układzie ustalana jest przy stałości parametrów zewnętrznych (itp.). Jeżeli te parametry ulegają zmianie, to układ wychodzi ze stanu równowagi i zaczyna dominować reakcja bezpośrednia (w prawo) lub odwrotna (w lewo). Wpływ różnych czynników na przesunięcie równowagi odzwierciedla zasada Le Chateliera.

2. Rozważ wpływ na powyższe reakcje wszystkich 3 czynników wpływających na równowagę chemiczną.

a) Wraz ze wzrostem temperatury równowaga przesuwa się w kierunku reakcji endotermicznej, tj. reakcja zachodząca z pochłanianiem ciepła. Pierwsza i trzecia reakcja są egzotermiczne / /, dlatego wraz ze wzrostem temperatury równowaga przesunie się w kierunku reakcji odwrotnej, aw drugiej reakcji / / - w kierunku reakcji bezpośredniej.

b) Gdy ciśnienie maleje, równowaga przesuwa się w kierunku wzrostu liczby moli gazów, tj. w kierunku wyższego ciśnienia. W pierwszej i trzeciej reakcji lewa i prawa strona równania będą miały taką samą liczbę moli gazów (odpowiednio 2-2 i 1-1). A więc zmiana ciśnienia nie spowoduje przesunięcia równowagi w systemie. W drugiej reakcji po lewej stronie znajdują się 4 mole gazów, a po prawej 2 mole, dlatego wraz ze spadkiem ciśnienia równowaga przesunie się w kierunku reakcji odwrotnej.

w) Wraz ze wzrostem stężenia składników reakcji równowaga przesuwa się w kierunku ich zużycia. W pierwszej reakcji wodór znajduje się w produktach, a zwiększenie jego stężenia nasili reakcję odwrotną, podczas której zostanie zużyty. W 2. i 3. reakcji wodór jest jedną z substancji wyjściowych, dlatego wzrost jego stężenia przesuwa równowagę w kierunku reakcji przebiegającej ze zużyciem wodoru.

Odpowiadać.

a) Wraz ze wzrostem temperatury w reakcjach 1 i 3 równowaga przesunie się w lewo, aw reakcji 2 - w prawo.

b) Na reakcje 1 i 3 nie wpłynie spadek ciśnienia, aw reakcji 2 równowaga przesunie się w lewo.

c) Wzrost temperatury w reakcjach 2 i 3 spowoduje przesunięcie równowagi w prawo, aw reakcji 1 w lewo.

1.2. Zadania sytuacyjne №№ od 7 do 21 w celu utrwalenia materiału (wykonać w zeszycie protokolarnym).

Zadanie numer 8. Jak zmieni się szybkość utleniania glukozy w organizmie wraz ze spadkiem temperatury od do, jeśli współczynnik temperaturowy szybkości reakcji wynosi 4?

Zadanie numer 9 Korzystając z przybliżonej reguły van't Hoffa, oblicz, o ile należy podnieść temperaturę, aby szybkość reakcji wzrosła 80-krotnie? Przyjmij współczynnik temperaturowy prędkości równy 3.

Zadanie numer 10. Aby praktycznie zatrzymać reakcję, stosuje się szybkie schłodzenie mieszaniny reakcyjnej („zamrożenie reakcji”). Określ, ile razy zmieni się szybkość reakcji, gdy mieszanina reakcyjna zostanie schłodzona od 40 do , jeśli współczynnik temperaturowy reakcji wynosi 2,7.

Zadanie numer 11. Izotop stosowany w leczeniu niektórych nowotworów ma okres półtrwania wynoszący 8,1 dnia. Po jakim czasie zawartość radioaktywnego jodu w organizmie pacjenta zmniejszy się 5-krotnie?

Zadanie numer 12. Hydroliza jakiegoś syntetycznego hormonu (farmaceutycznego) jest reakcją pierwszego rzędu ze stałą szybkości 0,25 (). Jak zmieni się stężenie tego hormonu po 2 miesiącach?

Zadanie numer 13. Okres półtrwania substancji promieniotwórczych wynosi 5600 lat. W żywym organizmie utrzymywana jest stała ilość dzięki metabolizmowi. W szczątkach mamuta zawartość pochodziła z oryginału. Kiedy żył mamut?

Zadanie numer 14. Okres półtrwania insektycydu (pestycydu stosowanego do zwalczania owadów) wynosi 6 miesięcy. Pewna jego ilość dostała się do zbiornika, gdzie ustalono stężenie mol/l. Po jakim czasie stężenie insektycydu spadnie do poziomu mol/L?

Zadanie numer 15. Tłuszcze i węglowodany utleniają się w zauważalnym tempie w temperaturze 450 - 500 °, aw organizmach żywych - w temperaturze 36 - 40 °. Jaki jest powód gwałtownego spadku temperatury wymaganej do utleniania?

Zadanie nr 16. Nadtlenek wodoru rozkłada się w roztworach wodnych na tlen i wodę. Reakcję przyspiesza zarówno katalizator nieorganiczny (jon), jak i bioorganiczny (enzym katalaza). Energia aktywacji reakcji bez katalizatora wynosi 75,4 kJ/mol. Jon redukuje ją do 42 kJ/mol, a enzym katalaza do 2 kJ/mol. Oblicz stosunek szybkości reakcji bez katalizatora w przypadku obecności katalizatora i katalazy. Jaki wniosek można wyciągnąć na temat aktywności enzymu? Reakcja przebiega w temperaturze 27°C.

Zadanie numer 17 Stała szybkości rozpadu penicyliny w krótkofalówce J/mol.

1.3. pytania testowe

1. Wyjaśnij, co oznaczają terminy: szybkość reakcji, stała szybkości?

2. Jak wyraża się średnią i prawdziwą szybkość reakcji chemicznych?

3. Dlaczego sensowne jest mówienie o szybkości reakcji chemicznych tylko w danym momencie?

4. Sformułuj definicję reakcji odwracalnych i nieodwracalnych.

5. Zdefiniuj prawo akcji masowej. Czy równanie wyrażające to prawo odzwierciedla zależność szybkości reakcji od charakteru reagentów?

6. Jak szybkość reakcji zależy od temperatury? Jaka jest energia aktywacji? Co to są cząsteczki aktywne?

7. Jakie czynniki determinują szybkość reakcji jednorodnej i niejednorodnej? Daj przykłady.

8. Jaka jest kolejność i molekularność reakcji chemicznych? W jakich przypadkach nie pasują?

9. Jakie substancje nazywane są katalizatorami? Jaki jest mechanizm przyspieszania działania katalizatora?

10. Czym jest pojęcie „zatrucia katalizatora”? Jakie substancje nazywane są inhibitorami?

11. Co nazywa się równowagą chemiczną? Dlaczego nazywa się to dynamicznym? Jakie stężenia reagentów nazywamy równowagą?

12. Co nazywa się stałą równowagi chemicznej? Czy zależy to od charakteru reagujących substancji, ich stężenia, temperatury, ciśnienia? Jakie są cechy zapisu matematycznego stałej równowagi w układach heterogenicznych?

13. Jaka jest farmakokinetyka leków?

14. Procesy zachodzące z lekiem w organizmie charakteryzują się ilościowo szeregiem parametrów farmakokinetycznych. Podaj główne.

Zadanie 336.
W temperaturze 150°C część reakcji jest zakończona w ciągu 16 minut. Przyjmując współczynnik temperaturowy szybkości reakcji równy 2,5 oblicz, jak długo zakończy się ta reakcja, jeśli zostanie przeprowadzona: a) o 20 0 °С; b) w 80°C.
Rozwiązanie:
Zgodnie z regułą van't Hoffa zależność prędkości od temperatury wyraża się równaniem:

v t i k t - szybkość i stała szybkości reakcji w temperaturze t°C; v (t + 10) i k (t + 10) te same wartości w temperaturze (t + 10 0 C); - współczynnik temperaturowy szybkości reakcji, którego wartość dla większości reakcji mieści się w przedziale 2 - 4.

a) Biorąc pod uwagę, że szybkość reakcji chemicznej w danej temperaturze jest odwrotnie proporcjonalna do czasu jej przebiegu, podstawiamy dane podane w warunku problemu do wzoru wyrażającego ilościowo regułę van't Hoffa, otrzymujemy :

b) Ponieważ reakcja ta przebiega ze spadkiem temperatury, to w danej temperaturze szybkość tej reakcji jest wprost proporcjonalna do czasu jej przebiegu, więc dane podane w warunku zadania podstawiamy do wzoru wyrażającego ilościowo reguły van't Hoffa, otrzymujemy:

Odpowiadać: a) w 200 0 С t2 = 9,8 s; b) w 80 0 С t3 = 162 h 1 min 16 s.

Zadanie 337.
Czy wartość stałej szybkości reakcji zmieni się: a) przy wymianie jednego katalizatora na inny; b) kiedy zmieniają się stężenia reagentów?
Rozwiązanie:
Stała szybkości reakcji jest wartością, która zależy od rodzaju reagentów, temperatury i obecności katalizatorów i nie zależy od stężenia reagentów. Może być równa szybkości reakcji w przypadku, gdy stężenia reagentów są równe jedności (1 mol/l).

a) Gdy jeden katalizator zostanie zastąpiony innym, szybkość danej reakcji chemicznej zmieni się lub wzrośnie. Jeśli zastosuje się katalizator, szybkość reakcji chemicznej wzrośnie, a zatem odpowiednio wzrośnie również wartość stałej szybkości reakcji. Zmiana wartości stałej szybkości reakcji nastąpi również w przypadku wymiany jednego katalizatora na inny, co spowoduje zwiększenie lub zmniejszenie szybkości tej reakcji w stosunku do pierwotnego katalizatora.

b) Gdy zmieni się stężenie reagentów, wartości szybkości reakcji zmienią się, a wartość stałej szybkości reakcji nie zmieni się.

Zadanie 338.
Czy efekt cieplny reakcji zależy od jej energii aktywacji? Uzasadnij odpowiedź.
Rozwiązanie:
Efekt cieplny reakcji zależy tylko od stanu początkowego i końcowego układu i nie zależy od pośrednich etapów procesu. Energia aktywacji to nadwyżka energii, jaką muszą mieć cząsteczki substancji, aby ich zderzenie doprowadziło do powstania nowej substancji. Energię aktywacji można zmienić, podnosząc lub obniżając temperaturę, odpowiednio ją obniżając lub zwiększając. Katalizatory obniżają energię aktywacji, podczas gdy inhibitory ją obniżają.

Zatem zmiana energii aktywacji prowadzi do zmiany szybkości reakcji, ale nie do zmiany ciepła reakcji. Efekt cieplny reakcji jest wartością stałą i nie zależy od zmiany energii aktywacji dla danej reakcji. Na przykład reakcja tworzenia amoniaku z azotu i wodoru to:

Ta reakcja jest egzotermiczna, > 0). Reakcja przebiega ze spadkiem liczby moli reagujących cząstek i liczby moli substancji gazowych, co doprowadza układ ze stanu mniej stabilnego do bardziej stabilnego, entropia maleje,< 0. Данная реакция в обычных условиях не протекает (она возможна только при достаточно низких температурах). В присутствии катализатора энергия активации уменьшается, и скорость реакции возрастает. Но, как до применения катализатора, так и в присутствии его тепловой эффект реакции не изменяется, реакция имеет вид:

Zadanie 339.
Dla której reakcji, bezpośredniej lub odwrotnej, energia aktywacji jest większa, jeśli reakcja bezpośrednia przebiega z wydzieleniem ciepła?
Rozwiązanie:
Różnica między energiami aktywacji reakcji bezpośrednich i odwrotnych jest równa efektowi termicznemu: H \u003d E a (pr.) - E a (arr.) . Reakcja ta przebiega z wydzielaniem ciepła, tj. jest egzotermiczny,< 0 Исходя из этого, энергия активации прямой реакции имеет меньшее значение, чем энергия активации обратной реакции:
E a (przykł.)< Е а(обр.) .

Odpowiadać: E a (przykł.)< Е а(обр.) .

Zadanie 340.
Ile razy wzrośnie szybkość reakcji przebiegającej w temperaturze 298 K, jeśli jej energia aktywacji zmniejszy się o 4 kJ/mol?
Rozwiązanie:
Oznaczmy spadek energii aktywacji o Ea oraz stałe szybkości reakcji przed i po spadku energii aktywacji odpowiednio o k i k. Korzystając z równania Arrheniusa otrzymujemy:

E a to energia aktywacji, k i k" to stałe szybkości reakcji, T to temperatura w K (298).
Podstawiając dane problemu do ostatniego równania i wyrażając energię aktywacji w dżulach, obliczamy wzrost szybkości reakcji:

Odpowiadać: 5 razy.