Calculați cum se va modifica coeficientul de temperatură al reacției. Dependența de temperatură a vitezei de reacție

Viteza reacțiilor chimice crește odată cu creșterea temperaturii. Creșterea vitezei de reacție cu temperatura poate fi estimată folosind regula van't Hoff. Conform regulii, o creștere a temperaturii cu 10 grade crește constanta de viteză a reacției de 2-4 ori:

Această regulă nu este îndeplinită la temperaturi ridicate, când constanta de viteză se modifică cu greu cu temperatura.

Regula lui Van't Hoff vă permite să determinați rapid data de expirare a unui medicament. O creștere a temperaturii crește viteza de descompunere a medicamentului. Acest lucru scurtează timpul de determinare a datei de expirare a medicamentului.

Metoda constă în faptul că medicamentul este menținut la o temperatură ridicată T pentru un anumit timp tT, cantitatea de medicament descompus m este găsită și recalculată la o temperatură standard de depozitare de 298K. Luând în considerare procesul de descompunere a medicamentului ca o reacție de ordinul întâi, viteza este exprimată la temperatura selectată T și T = 298K:

Considerând că masa medicamentului descompus este aceeași pentru condițiile de depozitare standard și reale, ratele de descompunere pot fi exprimate prin ecuațiile:

Presupunând T=298+10n, unde n = 1,2,3…,

Obțineți expresia finală pentru perioada de valabilitate a medicamentului în condiții standard 298K:

Teoria coliziunilor active. Energie activatoare. Ecuația lui Arrhenius. Relația dintre viteza de reacție și energia de activare.

Teoria coliziunilor active a fost formulată de S. Arrhenius în 1889. Această teorie se bazează pe ideea că pentru a avea loc o reacție chimică este necesară o coliziune între moleculele substanțelor inițiale, iar numărul de ciocniri este determinat de intensitatea mișcării termice a moleculelor, adică. dependent de temperatură. Dar nu orice ciocnire de molecule duce la o transformare chimică: numai ciocnirea activă duce la aceasta.

Ciocnirile active sunt ciocniri care apar, de exemplu, între moleculele A și B cu o cantitate mare de energie. Cantitatea minimă de energie pe care trebuie să o aibă moleculele substanțelor inițiale pentru ca ciocnirea lor să fie activă se numește bariera energetică a reacției.

Energia de activare este energia în exces care poate fi comunicată sau transferată la un mol dintr-o substanță.

Energia de activare afectează semnificativ valoarea constantei vitezei de reacție și dependența acesteia de temperatură: cu cât Ea este mai mare, cu atât constanta de viteză este mai mică și o afectează mai semnificativă modificarea temperaturii.

Constanta vitezei de reacție este legată de energia de activare printr-o relație complexă descrisă de ecuația Arrhenius:

k=Ae–Ea/RT, unde A este factorul pre-exponenţial; Ea este energia de activare, R este constanta universală a gazului egală cu 8,31 j/mol; T este temperatura absolută;

e este baza logaritmilor naturali.

Cu toate acestea, constantele vitezei de reacție observate sunt în general mult mai mici decât cele calculate folosind ecuația Arrhenius. Prin urmare, ecuația pentru constanta vitezei de reacție se modifică după cum urmează:

(minus înaintea întregii fracții)

Multiplicatorul face ca dependența de temperatură a constantei de viteză să difere de ecuația lui Arrhenius. Deoarece energia de activare Arrhenius este calculată ca tangente a pantei dependenței logaritmice a vitezei de reacție față de temperatura reciprocă, atunci procedând la fel cu ecuația , primim:

Caracteristicile reacțiilor eterogene. Viteza reacțiilor eterogene și factorii care o determină. Regiunile cinetice și de difuzie ale proceselor eterogene. Exemple de reacții eterogene de interes pentru farmacie.

REACȚII ETEROGENE, chimic. reacţii care implică substanţe în descomp. faze şi constituind împreună un sistem eterogen. Reacții eterogene tipice: termice. descompunerea sărurilor pentru a forma produse gazoase și solide (de exemplu, CaCO3 -> CaO + CO2), reducerea oxizilor metalici cu hidrogen sau carbon (de exemplu, PbO + C -> Pb + CO), dizolvarea metalelor în acizi (de exemplu, Zn). ++ H2SO4 -> ZnSO4 + H2), interacțiune. reactivi solizi (A12O3 + NiO -> NiAl2O4). Într-o clasă specială, se disting reacțiile catalitice eterogene care apar pe suprafața catalizatorului; în acest caz, reactanții și produșii pot să nu fie în faze diferite. Direcția, în reacția N2 + + 3H2 -> 2NH3 care are loc pe suprafața unui catalizator de fier, reactanții și produsul de reacție se află în fază gazoasă și formează un sistem omogen.

Caracteristicile reacțiilor eterogene se datorează participării fazelor condensate în ele. Acest lucru face dificilă amestecarea și transportul reactanților și produselor; activarea moleculelor de reactiv pe interfață este posibilă. Cinetica oricărei reacții eterogene este definită ca viteza substanței chimice în sine. transformări și procese de transfer (difuzie) necesare pentru a completa consumul de reactanți și pentru a elimina produsele de reacție din zona de reacție. În absența obstacolelor de difuzie, viteza unei reacții eterogene este proporțională cu dimensiunea zonei de reacție; acesta este numele vitezei de reacție specifice calculate pe unitatea de suprafață (sau volum) a reacției. zone, nu se modifică în timp; pentru reacții simple (într-un singur pas), poate fi determinată pe baza maselor actori ale legii. Această lege nu este îndeplinită dacă difuzia substanțelor se desfășoară mai lent decât cea chimică. district; în acest caz, viteza observată a reacției eterogene este descrisă de ecuațiile cineticii difuziei.

Viteza unei reacții eterogene este cantitatea de substanță care intră într-o reacție sau care se formează în timpul unei reacții pe unitatea de timp pe unitatea de suprafață a fazei.

Factori care afectează viteza unei reacții chimice:

Natura reactanților

Concentrația de reactivi,

Temperatura,

Prezența unui catalizator.

Vheterog = Δp(S Δt), unde Vheterog este viteza de reacție într-un sistem heterogen; n este numărul de moli din oricare dintre substanțele rezultate din reacție; V este volumul sistemului; t - timp; S este aria suprafeței fazei pe care are loc reacția; Δ - semn de creștere (Δp = p2 - p1; Δt = t2 - t1).

Problema 336.
La 150°C, o reacție este completă în 16 minute. Luând coeficientul de temperatură al vitezei de reacție egal cu 2,5, calculați cât timp se va termina această reacție dacă se efectuează: a) la 20°C. 0 °С; b) la 80°C.
Soluţie:
Conform regulii van't Hoff, dependenţa vitezei de temperatură este exprimată prin ecuaţia:

v t și k t - viteza și constanta de viteză a reacției la o temperatură de t°C; v (t + 10) și k (t + 10) aceleași valori la temperatură (t + 10 0 C); - coeficientul de temperatură al vitezei de reacție, a cărui valoare pentru majoritatea reacțiilor se află în intervalul 2 - 4.

a) Având în vedere că viteza unei reacții chimice la o anumită temperatură este invers proporțională cu durata cursului acesteia, înlocuim datele date în starea problemei într-o formulă care exprimă cantitativ regula van't Hoff, obținem :

b) Deoarece această reacție are loc cu o scădere a temperaturii, atunci la o anumită temperatură viteza acestei reacții este direct proporțională cu durata cursului ei, înlocuim datele date în starea problemei într-o formulă care exprimă cantitativ regula van't Hoff, obținem:

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

Problema 337.
Se va modifica valoarea constantei vitezei de reacție: a) la înlocuirea unui catalizator cu altul; b) când se modifică concentraţiile reactanţilor?
Soluţie:
Constanta vitezei de reacție este o valoare care depinde de natura reactanților, de temperatură și de prezența catalizatorilor și nu depinde de concentrația reactanților. Poate fi egală cu viteza de reacție în cazul în care concentrațiile reactanților sunt egale cu unitatea (1 mol/l).

a) Când un catalizator este înlocuit cu altul, viteza unei anumite reacții chimice se va modifica sau va crește. Dacă se folosește un catalizator, viteza unei reacții chimice va crește, apoi, în consecință, va crește și valoarea constantei vitezei de reacție. O modificare a valorii constantei vitezei de reacție va avea loc și atunci când un catalizator este înlocuit cu altul, ceea ce va crește sau scade viteza acestei reacții în raport cu catalizatorul original.

b) Când se modifică concentrația reactanților, valorile vitezei de reacție se vor schimba, iar valoarea constantei vitezei de reacție nu se va modifica.

Problema 338.
Efectul termic al unei reacții depinde de energia de activare a acesteia? Justificați răspunsul.
Soluţie:
Efectul termic al reacției depinde doar de starea inițială și finală a sistemului și nu depinde de etapele intermediare ale procesului. Energia de activare este energia în exces pe care trebuie să o aibă moleculele de substanțe pentru ca ciocnirea lor să ducă la formarea unei noi substanțe. Energia de activare poate fi modificată prin creșterea sau scăderea temperaturii, respectiv scăderea sau creșterea acesteia. Catalizatorii scad energia de activare, în timp ce inhibitorii o scad.

Astfel, o modificare a energiei de activare duce la o modificare a vitezei de reacție, dar nu la o modificare a căldurii reacției. Efectul termic al unei reacții este o valoare constantă și nu depinde de o modificare a energiei de activare pentru o anumită reacție. De exemplu, reacția de formare a amoniacului din azot și hidrogen este:

Această reacție este exotermă, > 0). Reacția decurge cu o scădere a numărului de moli de particule care reacţionează și a numărului de moli de substanţe gazoase, ceea ce aduce sistemul de la o stare mai puţin stabilă la una mai stabilă, entropia scade,< 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:

Problema 339.
Pentru care reacție, directă sau inversă, energia de activare este mai mare dacă reacția directă are loc cu eliberarea de căldură?
Soluţie:
Diferența dintre energiile de activare ale reacțiilor directe și inverse este egală cu efectul termic: H \u003d E a (pr.) - E a (arr.) . Această reacție are loc cu eliberarea de căldură, adică. este exotermă,< 0 Исходя из этого, энергия активации прямой реакции имеет меньшее значение, чем энергия активации обратной реакции:
E a(ex.)< Е а(обр.) .

Răspuns: E a(ex.)< Е а(обр.) .

Problema 340.
De câte ori va crește viteza unei reacții la 298 K dacă energia sa de activare este redusă cu 4 kJ/mol?
Soluţie:
Să notăm scăderea energiei de activare cu Ea, iar constantele de viteză ale reacției înainte și după scăderea energiei de activare, respectiv, prin k și k. Folosind ecuația lui Arrhenius, obținem:

E a este energia de activare, k și k" sunt constantele vitezei de reacție, T este temperatura în K (298).
Înlocuind datele problemei în ultima ecuație și, exprimând energia de activare în jouli, calculăm creșterea vitezei de reacție:

Răspuns: de 5 ori.

Problema 336.
La 150°C, o reacție este completă în 16 minute. Luând coeficientul de temperatură al vitezei de reacție egal cu 2,5, calculați cât timp se va termina această reacție dacă se efectuează: a) la 20°C. 0 °С; b) la 80°C.
Soluţie:
Conform regulii van't Hoff, dependenţa vitezei de temperatură este exprimată prin ecuaţia:

v t și k t - viteza și constanta de viteză a reacției la o temperatură de t°C; v (t + 10) și k (t + 10) aceleași valori la temperatură (t + 10 0 C); - coeficientul de temperatură al vitezei de reacție, a cărui valoare pentru majoritatea reacțiilor se află în intervalul 2 - 4.

a) Având în vedere că viteza unei reacții chimice la o anumită temperatură este invers proporțională cu durata cursului acesteia, înlocuim datele date în starea problemei într-o formulă care exprimă cantitativ regula van't Hoff, obținem :

b) Deoarece această reacție are loc cu o scădere a temperaturii, atunci la o anumită temperatură viteza acestei reacții este direct proporțională cu durata cursului ei, înlocuim datele date în starea problemei într-o formulă care exprimă cantitativ regula van't Hoff, obținem:

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

Problema 337.
Se va modifica valoarea constantei vitezei de reacție: a) la înlocuirea unui catalizator cu altul; b) când se modifică concentraţiile reactanţilor?
Soluţie:
Constanta vitezei de reacție este o valoare care depinde de natura reactanților, de temperatură și de prezența catalizatorilor și nu depinde de concentrația reactanților. Poate fi egală cu viteza de reacție în cazul în care concentrațiile reactanților sunt egale cu unitatea (1 mol/l).

a) Când un catalizator este înlocuit cu altul, viteza unei anumite reacții chimice se va modifica sau va crește. Dacă se folosește un catalizator, viteza unei reacții chimice va crește, apoi, în consecință, va crește și valoarea constantei vitezei de reacție. O modificare a valorii constantei vitezei de reacție va avea loc și atunci când un catalizator este înlocuit cu altul, ceea ce va crește sau scade viteza acestei reacții în raport cu catalizatorul original.

b) Când se modifică concentrația reactanților, valorile vitezei de reacție se vor schimba, iar valoarea constantei vitezei de reacție nu se va modifica.

Problema 338.
Efectul termic al unei reacții depinde de energia de activare a acesteia? Justificați răspunsul.
Soluţie:
Efectul termic al reacției depinde doar de starea inițială și finală a sistemului și nu depinde de etapele intermediare ale procesului. Energia de activare este energia în exces pe care trebuie să o aibă moleculele de substanțe pentru ca ciocnirea lor să ducă la formarea unei noi substanțe. Energia de activare poate fi modificată prin creșterea sau scăderea temperaturii, respectiv scăderea sau creșterea acesteia. Catalizatorii scad energia de activare, în timp ce inhibitorii o scad.

Astfel, o modificare a energiei de activare duce la o modificare a vitezei de reacție, dar nu la o modificare a căldurii reacției. Efectul termic al unei reacții este o valoare constantă și nu depinde de o modificare a energiei de activare pentru o anumită reacție. De exemplu, reacția de formare a amoniacului din azot și hidrogen este:

Această reacție este exotermă, > 0). Reacția decurge cu o scădere a numărului de moli de particule care reacţionează și a numărului de moli de substanţe gazoase, ceea ce aduce sistemul de la o stare mai puţin stabilă la una mai stabilă, entropia scade,< 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:

Problema 339.
Pentru care reacție, directă sau inversă, energia de activare este mai mare dacă reacția directă are loc cu eliberarea de căldură?
Soluţie:
Diferența dintre energiile de activare ale reacțiilor directe și inverse este egală cu efectul termic: H \u003d E a (pr.) - E a (arr.) . Această reacție are loc cu eliberarea de căldură, adică. este exotermă,< 0 Исходя из этого, энергия активации прямой реакции имеет меньшее значение, чем энергия активации обратной реакции:
E a(ex.)< Е а(обр.) .

Răspuns: E a(ex.)< Е а(обр.) .

Problema 340.
De câte ori va crește viteza unei reacții la 298 K dacă energia sa de activare este redusă cu 4 kJ/mol?
Soluţie:
Să notăm scăderea energiei de activare cu Ea, iar constantele de viteză ale reacției înainte și după scăderea energiei de activare, respectiv, prin k și k. Folosind ecuația lui Arrhenius, obținem:

E a este energia de activare, k și k" sunt constantele vitezei de reacție, T este temperatura în K (298).
Înlocuind datele problemei în ultima ecuație și, exprimând energia de activare în jouli, calculăm creșterea vitezei de reacție:

Răspuns: de 5 ori.

Pe măsură ce temperatura crește, viteza unui proces chimic crește de obicei. În 1879, omul de știință olandez J. Van't Hoff a formulat o regulă empirică: cu o creștere a temperaturii cu 10 K, viteza majorității reacțiilor chimice crește de 2-4 ori.

Notarea matematică a regulii I. van't Hoff:

γ 10 \u003d (k t + 10) / k t, unde k t este constanta de viteză a reacției la temperatura T; k t+10 - constanta vitezei de reacție la temperatura T+10; γ 10 - Coeficientul de temperatură Van't Hoff. Valoarea sa variază de la 2 la 4. Pentru procesele biochimice, γ 10 variază de la 7 la 10.

Toate procesele biologice au loc într-un anumit interval de temperatură: 45-50°C. Temperatura optimă este de 36-40°C. În corpul animalelor cu sânge cald, această temperatură este menținută constantă datorită termoreglării biosistemului corespunzător. La studierea biosistemelor se folosesc coeficienții de temperatură γ 2 , γ 3 , γ 5 . Pentru comparație, acestea sunt aduse la γ ​​10 .

Dependența vitezei de reacție de temperatură, în conformitate cu regula van't Hoff, poate fi reprezentată prin ecuația:

V 2 /V 1 \u003d γ ((T 2 -T 1) / 10)

Energie activatoare. O creștere semnificativă a vitezei de reacție cu creșterea temperaturii nu poate fi explicată doar printr-o creștere a numărului de ciocniri între particulele de substanțe care reacţionează, deoarece, în conformitate cu teoria cinetică a gazelor, numărul de ciocniri crește ușor odată cu creșterea temperaturii. Creșterea vitezei de reacție cu creșterea temperaturii se explică prin faptul că o reacție chimică nu are loc cu nicio coliziune a particulelor de substanțe care reacţionează, ci doar cu o întâlnire a particulelor active care au excesul de energie necesar în momentul ciocnirii.

Energia necesară pentru a transforma particulele inactive în particule active se numește energia de activare (Ea). Energia de activare - exces, în comparație cu valoarea medie, energia necesară pentru intrarea substanțelor care reacţionează într-o reacție atunci când se ciocnesc. Energia de activare este măsurată în kilojuli pe mol (kJ/mol). De obicei, E este de la 40 la 200 kJ/mol.

Diagrama energetică a reacțiilor exoterme și endoterme este prezentată în fig. 2.3. Pentru orice proces chimic, este posibil să se distingă stările inițiale, intermediare și finale. În partea de sus a barierei energetice, reactanții se află într-o stare intermediară numită complex activat sau stare de tranziție. Diferența dintre energia complexului activat și energia inițială a reactanților este Ea, iar diferența dintre energia produselor de reacție și a materiilor prime (reactivi) este ΔН, căldura reacției. Energia de activare, spre deosebire de ΔH, este întotdeauna o valoare pozitivă. Pentru o reacție exotermă (Fig. 2.3, a), produsele sunt situate la un nivel energetic mai scăzut decât reactanții (Ea< ΔН).

Orez. 2.3. Diagrame energetice ale reacțiilor: A - exotermic B - endotermic

A B

Ea este principalul factor care determină viteza de reacție: dacă Ea > 120 kJ/mol (barieră energetică mai mare, mai puține particule active în sistem), reacția este lentă; şi invers, dacă Ea< 40 кДж/моль, реакция осуществляется с большой скоростью.

Pentru reacțiile care implică biomolecule complexe, ar trebui să se țină cont de faptul că într-un complex activat format în timpul ciocnirii particulelor, moleculele trebuie să fie orientate în spațiu într-un anumit mod, deoarece doar regiunea de reacție a moleculei suferă transformare, care este mic în raport cu dimensiunea sa.

Dacă constantele de viteză k 1 şi k 2 sunt cunoscute la temperaturile T 1 şi T 2 , se poate calcula valoarea lui Ea.

În procesele biochimice, energia de activare este de 2-3 ori mai mică decât în ​​cele anorganice. În același timp, Ea reacțiilor care implică substanțe străine, xenobiotice, depășește semnificativ Ea proceselor biochimice convenționale. Acest fapt este bioprotecția naturală a sistemului de influența substanțelor străine, adică. reacțiile naturale pentru organism apar în condiții favorabile cu Ea scăzut, iar pentru reacțiile străine, Ea este mare. Aceasta este o barieră genică care caracterizează una dintre principalele trăsături ale cursului proceselor biochimice.

Din considerente calitative, este clar că viteza reacțiilor ar trebui să crească odată cu creșterea temperaturii, deoarece în acest caz, energia particulelor care se ciocnesc crește și probabilitatea ca în timpul coliziunii să aibă loc o transformare chimică. Pentru o descriere cantitativă a efectelor temperaturii în cinetica chimică, sunt utilizate două relații de bază - regula van't Hoff și ecuația Arrhenius.

Regula lui Van't Hoff constă în faptul că atunci când este încălzit cu 10 ° C, viteza majorității reacțiilor chimice crește de 2-4 ori. Din punct de vedere matematic, aceasta înseamnă că viteza de reacție depinde de temperatură într-o manieră a legii puterii:

, (4.1)

unde este coeficientul de temperatură al vitezei ( = 24). Regula lui Van't Hoff este foarte aspră și este aplicabilă doar într-un interval de temperatură foarte limitat.

Mult mai precis este Ecuația lui Arrhenius care descrie dependența de temperatură a constantei de viteză:

, (4.2)

Unde R- constanta universala a gazului; A- factor pre-exponenţial, care nu depinde de temperatură, ci este determinat doar de tipul de reacţie; E A - energie activatoare, care poate fi caracterizată ca o energie de prag: aproximativ vorbind, dacă energia particulelor care se ciocnesc este mai mică decât E A, atunci reacția nu va avea loc în timpul coliziunii dacă energia depășește E A, reacția va avea loc. Energia de activare nu depinde de temperatură.

Dependența grafică k(T) după cum urmează:

La temperaturi scăzute, reacțiile chimice aproape nu au loc: k(T) 0. La temperaturi foarte ridicate, constanta de viteză tinde spre valoarea limită: k(T)A. Aceasta corespunde faptului că toate moleculele sunt active din punct de vedere chimic și fiecare ciocnire duce la o reacție.

Energia de activare poate fi determinată prin măsurarea constantei de viteză la două temperaturi. Ecuația (4.2) implică:

. (4.3)

Mai precis, energia de activare este determinată din valorile constantei de viteză la mai multe temperaturi. Pentru a face acest lucru, ecuația Arrhenius (4.2) este scrisă în formă logaritmică

și scrieți datele experimentale în coordonatele ln k - 1/T. Tangenta pantei dreptei rezultate este - E A / R.

Pentru unele reacții, factorul pre-exponențial depinde doar puțin de temperatură. În acest caz, așa-numitul energie de activare experimentală:

. (4.4)

Dacă factorul pre-exponențial este constant, atunci energia de activare experimentală este egală cu energia de activare Arrhenius: E op = E A.

Exemplul 4-1. Folosind ecuația Arrhenius, estimați la ce temperaturi și energii de activare este valabilă regula van't Hoff.

Soluţie. Să reprezentăm regula van't Hoff (4.1) ca o dependență de lege de putere a constantei ratei:

,

Unde B- o valoare constantă. Să comparăm această expresie cu ecuația lui Arrhenius (4.2), luând valoarea ~ e = 2.718:

.

Să luăm logaritmul natural al ambelor părți ale acestei egalități aproximative:

.

Diferențiând relația obținută față de temperatură, găsim relația dorită între energia de activare și temperatură:

Dacă energia de activare și temperatura satisfac aproximativ această relație, atunci regula van't Hoff poate fi utilizată pentru a estima efectul temperaturii asupra vitezei de reacție.

Exemplul 4-2. Reacția de ordinul întâi la 70°C este 40% completă în 60 de minute. La ce temperatură va fi reacția 80% completă în 120 de minute dacă energia de activare este de 60 kJ/mol?

Soluţie. Pentru o reacție de ordinul întâi, constanta vitezei este exprimată în termeni de gradul de conversie după cum urmează:

,

unde a = X/A- gradul de transformare. Scriem această ecuație la două temperaturi, ținând cont de ecuația Arrhenius:

Unde E A= 60 kJ/mol, T 1 = 343K, t 1 = 60 min, a 1 = 0,4, t 2 = 120 min, a 2 = 0,8. Împărțiți o ecuație la cealaltă și luați logaritmul:

Înlocuind cantitățile de mai sus în această expresie, găsim T 2 \u003d 333 K \u003d 60 o C.

Exemplul 4-3. Viteza de hidroliză bacteriană a mușchilor peștilor se dublează la trecerea de la o temperatură de -1,1 o C la o temperatură de +2,2 o C. Estimați energia de activare a acestei reacții.

Soluţie. Creșterea vitezei de hidroliză de 2 ori se datorează creșterii constantei vitezei: k 2 = 2k 1 . Energia de activare în raport cu constantele vitezei la două temperaturi poate fi determinată din ecuația (4.3) cu T 1 = t 1 + 273,15 = 272,05K T 2 = t 2 + 273,15 = 275,35K:

130800 J/mol = 130,8 kJ/mol.

4-1. Folosind regula van't Hoff, calculați la ce temperatură se va termina reacția după 15 minute, dacă la 20 ° C durează 2 ore. Coeficientul de temperatură al ratei este 3. (răspuns)

4-2. Timpul de înjumătățire al unei substanțe la 323 K este de 100 de minute, iar la 353 K este de 15 minute. Determinați coeficientul de temperatură al vitezei (Răspuns)

4-3. Care ar trebui să fie energia de activare pentru ca viteza de reacție să crească de 3 ori cu o creștere a temperaturii cu 10 0 С a) la 300 K; b) la 1000 K? (răspuns)

4-4. Reacția de ordinul întâi are o energie de activare de 25 kcal/mol și un factor pre-exponențial de 5 . 10 13 sec -1. La ce temperatură va fi timpul de înjumătățire pentru această reacție: a) 1 min; b) 30 de zile? (răspuns)

4-5. În care dintre cele două cazuri constanta de viteză a reacției crește de mai multe ori: când este încălzită de la 0 o C la 10 o C sau când este încălzită de la 10 o C la 20 o C? Justifică-ți răspunsul folosind ecuația lui Arrhenius. (Răspuns)

4-6. Energia de activare a unei reacții este de 1,5 ori mai mare decât energia de activare a unei alte reacții. Când este încălzit de la T 1 la T 2 constanta de viteză a celei de-a doua reacții a crescut în A o singura data. De câte ori a crescut constanta de viteză a primei reacții la încălzire din T 1 la T 2? (răspuns)

4-7. Constanta de viteză a unei reacții complexe este exprimată în termenii constantelor de viteză ale etapelor elementare, după cum urmează:

Exprimați energia de activare și factorul pre-exponențial al reacției complexe în termenii cantităților corespunzătoare legate de etapele elementare (Răspuns)

4-8. În reacția ireversibilă de ordinul I în 20 min la 125°C, gradul de conversie a materiei prime a fost de 60%, iar la 145°C același grad de conversie a fost atins în 5,5 min. Găsiți constantele vitezei și energia de activare a acestei reacții (Răspuns)

4-9. Reacția de ordinul 1 la o temperatură de 25 ° C este finalizată cu 30% în 30 de minute. La ce temperatură va fi reacția 60% completă în 40 de minute dacă energia de activare este de 30 kJ/mol? (Răspuns)

4-10. Reacția de ordinul 1 la o temperatură de 25 ° C este finalizată cu 70% în 15 minute. La ce temperatură va fi reacția 50% completă în 15 minute dacă energia de activare este de 50 kJ/mol? (Răspuns)

4-11. Constanta de viteză a reacției de ordinul întâi este 4,02. 10 -4 s -1 la 393 K și 1,98. 10 -3 s -1 la 413 K. Calculați factorul pre-exponențial pentru această reacție (Răspuns)

4-12. Pentru reacția H 2 + I 2 2HI, constanta de viteză la o temperatură de 683 K este de 0,0659 l / (mol. min), iar la o temperatură de 716 K - 0,375 l / (mol. min). Aflați energia de activare a acestei reacții și constanta de viteză la o temperatură de 700 K. (Răspuns)

4-13. Pentru reacția 2N 2 O 2N 2 + O 2, constanta de viteză la o temperatură de 986 K este de 6,72 l / (mol. min), iar la o temperatură de 1165 K - 977,0 l / (mol. min). Aflați energia de activare a acestei reacții și constanta de viteză la o temperatură de 1053,0 K. (Răspuns)

4-14. Ionul tricloracetat din solvenții ionizanți care conțin H + se descompune conform ecuației

H + + CCl3COO - CO2 + CHCI3

Etapa care determină viteza este scindarea monomoleculară a legăturii C-C în ionul tricloracetat. Reacția se desfășoară în primul rând, iar constantele vitezei au următoarele valori: k= 3,11 . 10 -4 s -1 la 90 o C, k= 7,62. 10 -5 s -1 la 80 o C. Calculați a) energia de activare, b) constanta de viteză la 60 o C. (răspuns)

4-15. Pentru reacția CH 3 COOC 2 H 5 + NaOH * CH 3 COONa + C 2 H 5 OH, constanta de viteză la o temperatură de 282,6 K este de 2,307 l / (mol. min), iar la o temperatură de 318,1 K - 21,65 l /(mol. min). Aflați energia de activare a acestei reacții și constanta de viteză la o temperatură de 343 K. (Răspuns)

4-16. Pentru reacția C 12 H 22 O 11 + H 2 O C 6 H 12 O 6 + C 6 H 12 O 6, constanta de viteză la o temperatură de 298,2 K este de 0,765 l / (mol. min), și la o temperatură de 328,2 K - 35,5 l/(mol min). Aflați energia de activare a acestei reacții și constanta de viteză la o temperatură de 313,2 K. (Răspuns)

4-17. Substanța se descompune în două căi paralele cu constante de viteză k 1 și k 2. Care este diferența dintre energiile de activare ale acestor două reacții, dacă la 10 o C k 1 /k 2 = 10 și la 40 o C k 1 /k 2 = 0,1? (răspuns)

4-18. În două reacții de același ordin, diferența de energii de activare este E 2 - E 1 = 40 kJ/mol. La o temperatură de 293 K, raportul constantelor de viteză este k 1 /k 2 \u003d 2. La ce temperatură vor deveni egale constantele ratei? ​​(Răspuns)

4-19. Descompunerea acidului aceton dicarboxilic în soluție apoasă este o reacție de ordinul întâi. Constantele de viteză ale acestei reacții au fost măsurate la diferite temperaturi:

Calculați energia de activare și factorul pre-exponențial. Care este timpul de înjumătățire la 25°C?