Файл: ФIленко О.Г. ЗбIрник задач з фIзичноI химII навчальний посiбник для студентiв металлургiйних спецiальностей вузiв.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 18.06.2024
Просмотров: 156
Скачиваний: 0
2. Константа швидкості |
реакції |
|
||
|
|
А + 25 = |
АВ2 |
|
дорівнює 5 • 10 - 3 кмоль2 |
• м6 |
• с — 1 . |
СА = 0,5 кмоль • м~3 і Св = |
|
Визначити |
швидкість |
реакції при |
||
= 0,4 кмоль |
• м — 3 . |
|
|
|
Відповідь: 4 • 10 - 4 кмоль • м~~3 • с — 1 .
3. Обчислити константу швидкості реакції утворення фосгену СО + С12 = СОС12,
якщо при 300 К кількість реагуючих речовин змінюється так:
t, хв |
0 |
12 |
24 |
С—концентрація CO або С1 2 , кмоль • м ~ 3 |
. . 0,01873 |
0,01794 |
0,01734 |
Визначити концентрацію початкових речовин через 3 год після по
чатку |
реакції. |
|
|
|
Відповідь: 0,1872 кмоль • м~3 |
• х в - 1 ; |
1,15 • 10~~2 кмоль |
• м _ 3 . |
|
4. |
Константа швидкості реакції |
першого |
порядку дорівнює |
5,2 X |
X 10~2 х в - 1 .
Визначити, скільки процентів вихідної речовини розкладеться за 10 хв і скільки часу потрібно для розкладу 99% вихідної речовини.
Відповідь: 40,57%; 88 хв 36 с.
5. У медицині для лікування раку застосовують радіоактивний
кобальт |°Со з періодом піврозпаду 1826 діб.
Визначити константу розпаду ізотопу кобальту і число атомів ко бальту, які розпалися протягом доби в 1 мг Co.
Відповідь: 3,797 • 10~4 доби; 5,11 • 1016 атомів.
6. Активність ізотопу полонію І4° Ро за 35 діб зменшилася на 16,1 %• Визначити константу розпаду, період піврозпаду і час, протягом
якого розпадається 90% вихідної кількості ізотопу полонію. Відповідь: 5,15 • 10_ 3 доби; 138,2 доби; 460,3 доби.
7. Зразок ураніту містить 61,14% урану I f U і 18,10% свинцю. Атомна маса свинцю дорівнює 206,06.
Визначити вік мінералу (мінімальний вік земної кори), якщо пе- •ріод піврозпаду урану І28 U становить 1,644 • 1012 доби.
Відповідь: 6,981 • 10" доби.
8. Речовину А змішано в рівних кількостях з речовинами В і С. Через 10 хв половина речовини А прореагувала.
Скільки залишиться речовини через 20 хв, якщо відповідна реак
ція: 1) першого порядку, 2) другого |
порядку, 3) третього порядку і |
|
4) нульового |
порядку. |
|
Відповідь: |
25%; 33,3%; 37,8% і |
100%. |
6 2-2682 |
153 |
9. Окислення FeCl2 за допомогою КС103 при наявності Н О є реакці єю третього порядку. Якщо час виражати в хвилинах, а концентрацію в кіломолях на 1 м3 , то константа швидкості цієї реакції приблизно дорівнює одиниці.
Визначити, яка буде концентрація FeCi2 через 20 хв після початку реакції, якщо початкові концентрації всіх реагуючих речовин дорів нюють 0,1 кмоль • м—3.
Відповідь: 0,08 кмоль • м~3 .
10. |
Перекис |
водню при наявності колоїдальної |
платини розкла |
|
дається |
з виділенням кисню: |
|
|
|
|
|
2 Н 2 0 2 = 2Н 2 0 + 0 2 . |
|
|
В одному з дослідів дістали такі результати: |
|
|
||
|
t, хв |
10 |
30 |
оо |
|
F O „ C M 8 |
3,3 |
8,1 |
15,6 |
Визначити порядок реакції, константу швидкості реакції і знайти
час, протягом якого розкладеться 50% |
початкової |
кількості |
Н 2 0 2 . |
|||||||||
Відповідь: |
Перший; 2,409 • 10~2 |
хв"1; |
28,78 хв. |
|
|
|
|
|
||||
11. Відновлення оксиду азоту (II) воднем протікає |
за таким |
рів |
||||||||||
нянням: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2NO -4- 2Н 2 |
N 2 + 2 Н 2 0 (рід.). |
|
|
|
|
|
||||
Якщо вихідні гази |
взяти в |
еквівалентних |
кількостях |
при |
р = |
|||||||
= 0,454 • 106 |
Па, то протягом 102 с тиск їх зменшується вдвічі; якщо ж |
|||||||||||
початковий тиск дорівнює 0,384 - 105 Па, то він зменшується |
вдвічі |
|||||||||||
через |
140 с. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Визначити |
порядок |
реакції. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Відповідь: |
Третій. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
12. |
Було знайдено, що в деякій |
реакції при зміні початкової |
кон |
|||||||||
центрації від 0,502 до 1,007 кмоль |
• м~3 |
період піврозпаду |
зменшує |
|||||||||
ться від 51 до 26 с. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Визначити порядок і константу швидкості цієї реакції. |
|
|
|
|||||||||
Відповідь: |
Другий; |
0,0386 кмоль- 1 • м3 • с - |
1 . |
|
|
|
|
|
||||
13. |
Перетворення |
роданіду |
амонію |
NH4NCS в тіосечовину |
||||||||
(NH2 )2 CS є оборотною одномолекулярною |
реакцією. Для цієї |
реакції |
||||||||||
знайдено такі експериментальні дані: |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
t, хв |
|
|
|
|
|
0 |
|
19 |
38 |
|
60 |
|
Кількість прореагованого |
N H 4 N C S , |
% |
|
2,0 |
6,9 |
10,4 |
13,6 |
|||||
Після досягнення стану рівноваги 21,2% роданіду амонію перетво рюється в тіосечовину.
Визначити константу рівноваги і константи швидкості прямої і зворотної реакцій.
Відповідь: 0,269; 1,62 - К Г 3 і 6,0 • К Г 3 хв.
ЗАЛЕЖНІСТЬ ШВИДКОСТІ РЕАКЦІЇ ВІД ТЕМПЕРАТУРИ. ЕНЕРГІЯ АКТИВАЦІЇ
Залежність константи швидкості реакції від температури визна чають за рівнянням Арреніуса
\пК = - ^ - + В, |
(VII.22) |
де Е* — енергія активації реакції, Дж • кмоль- 1 ; |
R — універсальна |
газова стала (8,314 кДж • кмоль- "1 • К~1); В — стала.
Енергія активації — це мінімальний (порівняно з середньою вели чиною) надлишок енергії частинок реагуючої речовини в момент їх участі в акті хімічного перетворення.
Енергію активації можна обчислити за формулою
|
Е* = 2 . 3 0 З Д 7 \ Т 2 |
] g |
^ |
№ 2 3 ) |
||
де Krt — константа |
швидкості реакції при температурі |
Тг; Ктг — кон |
||||
станта швидкості реакції при температурі |
Т2. |
|
||||
При підвищенні |
температури на 10 К швидкість реакції збільшує |
|||||
ться приблизно в |
2—4 |
рази |
(правило |
Вант-Гоффа): |
|
|
|
|
к |
Т*-Ті |
|
(VII.24) |
|
|
|
Кт |
У ш |
, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
де 7 — температурний |
коефіцієнт швидкості реакції. |
|
||||
При однаковій |
початковій |
концентрації |
реагуючих |
речовин добу |
||
ток константи швидкості реакції на період піврозпаду є сталою вели
чиною для певної |
реакції |
при будь-якій |
температурі: |
|
|
|||
|
|
Яг.тт, = Кт.гт, = |
const, |
|
(VII,25) |
|||
де Tr, — період |
піврозпаду речовини |
при |
температурі |
7\; їтг — |
||||
період піврозпаду речовини при температурі |
Т2. |
|
|
|||||
Задача. Константа швидкості реакції |
|
|
|
|
||||
|
|
|
С + 0 2 |
= С 0 2 |
|
|
|
|
змінюється із зміною температури так: |
|
|
|
|
||||
7\ |
К |
773 |
873 |
973 |
1073 |
1173 |
1273 |
|
К, |
х в - i |
0,073 |
0,447 |
2,15 |
6,81 |
13,72 |
19,49 |
|
На основі наведених даних визначити температурний коефіцієнт швидкості реакції для кожного температурного інтервалу і темпера
турний коефіцієнт швидкості |
реакції в межах від 773 до 1273 К. |
|||||||||
Р о з в ' я з а н н я . |
Температурний |
коефіцієнт швидкості |
|
реакції |
||||||
в інтервалі |
між 773 і 873 К можна знайти з рівняння |
(VII,26), |
підста |
|||||||
вивши значення Т і розв'язавши його відносно lg у1: |
|
|
|
|
|
|||||
|
l O l g - ^ |
|
l O l g ^ I |
|
|
|
|
|
|
|
= |
6 /С |
_ |
0 ( o73 |
_ |
10 • 0,7870 |
п |
П 7 |
Я |
7 |
' |
Г . - Г , |
~ |
8 7 3 - 7 7 3 |
~ |
100 |
= |
° ' 0 |
7 |
8 7 |
||
6* |
|
|
155 |
|
|
|
|
|
|
|
або
Vі = 1,199.
Температурний коефіцієнт швидкості реакції в межах 873 і 973 К:
|
|
l O l g - ^ - |
l O l g - ^ - |
|
|
1„ 1 |
1 |
К Ъ |
° ' 4 4 7 |
Ю • 0,6821 |
Л Д Я 9 |
] 8V |
= |
Г г _ Г і |
= 9 7 3 - 8 7 3 = |
ТОО |
= 0.0682, |
або |
|
|
|
|
V11 |
= 1,17. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Температурний коефіцієнт швидкості реакції в |
|
інтервалі |
973 1 |
|||||||||
1073 К: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
КТг |
|
1 Я 1 _ 6,81 |
|
|
|
|
|
|
||
, |
п і |
Ю і й - т г ^ |
_ |
іо lg - |
_ |
10 • 0,5007 |
|
_ n n f - n l |
|
|||
K |
T T |
ё |
2,15 |
|
|
|||||||
l g Y |
— |
Тг — Тг |
|
1073 — 973 |
~ |
|
100 |
|
— U.UOUl, |
|
||
або |
|
|
|
|
Vі " = 1,123. |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Температурний коефіцієнт швидкості реакції в |
інтервалі |
1073 і |
||||||||||
1173 К: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
l O l g - ^ |
|
10 lg 1 3 ' 7 2 |
|
|
|
|
|
|
||
. |
IV |
* г , |
_ |
g |
6,81 |
_ |
10 • 0,3042 |
|
_ - „ _ . |
|
||
або |
~ |
Tt — Tt |
~ |
1 1 7 3 - 1073 |
_ |
|
100 |
|
- U , U 0 U 4 , |
|
||
|
|
|
|
|
= 1,073. |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
V I V |
|
|
|
|
|
||
Температурний коефіцієнт швидкості реакції в |
інтервалі |
1173 і |
||||||||||
1273 К: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
, |
V |
10 lg 1 |
9 - 4 9 |
10 • 0,1525 |
nт |
|
о |
|
|||
|
|
" |
13,72 |
К |
|
|||||||
|
lgYVV -= - 12731173 |
= |
І00 |
|
= 0,0153, |
|
||||||
або |
|
|
|
|
Vv |
= 1,036. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Середній температурний коефіцієнт швидкості реакції в інтервалі температур від 773 до 1273 К дорівнюватиме:
у1 + у11 |
+ у ш + v I V |
+ yv |
_ |
1,199 + 1,17 + 1,123 + 1,073 + 1,036 |
_ |
||
v = |
- |
|
|
|
g |
|
|
|
|
|
|
= |
1,12. |
|
|
Задача. |
У скільки |
разів збільшиться швидкість реакції при під |
|||||
вищенні температури |
від 293 до 373 К, якщо температурний |
коефі |
|||||
цієнт швидкості реакції |
дорівнює З? |
|
|
||||
Р о з в ' я з а н н я . |
|
Якщо |
добуток концентрації реагуючих |
|
речо |
||
вин дорівнює одиниці, то швидкість реакції дорівнює константі швид кості реакції. При цих умовах швидкість реакції при температурі Т2 дорівнює
т,-т.
VT, = vTly
Швидкість |
реакції при 373 К: |
|
|
|
|
|
|
|
373—293 |
|
|
|
|
|
С373 = ^293 - 3 |
1 0 |
= и2 9 3 |
• З 8 |
= у 2 9 3 |
• 6561. |
Отже, при підвищенні |
температури |
на |
80 К |
швидкість реакції |
||
збільшується |
в 6561 раз. |
|
|
|
|
|
Задача. Для реакції розкладу |
|
|
|
|
||
2НІ = Н 2 + І2 константи швидкості при 575 і 700 К відповідно дорівнюють 1,22 • 10_ 6
і 1,16 • 10~3 |
кмоль - 1 |
• м 3 • хв- "1 . |
|
|
|
|
|
|
|||||
Визначити |
енергію |
|
активації, константу швидкості реакції при |
||||||||||
625 К і температурний |
коефіцієнт |
швидкості |
реакції. |
|
|
|
|||||||
Р о з в ' я з а н н я . |
|
Енергія |
активації дорівнює |
|
|
|
|||||||
|
|
Кт |
|
|
|
|
|
„„ |
, |
1,16 - 10—3 |
|||
2,303tf7\7\, lg |
|
|
2,303 • 8,314 • 103 • 575 • 700 lg |
|
|
|
|||||||
|
|
КТі |
|
|
|
|
|
|
|
1,22 |
|
|
|
|
Г 2 |
— 7\ |
|
|
|
|
|
|
700 — 575 |
|
|
|
|
2,303 • 8,314 • 103 • 575 • 700 • 2,9781 |
, „ |
0 м п |
|
_1 |
. |
||||||||
|
|
|
|
125 |
|
- |
|
= 183,7 МДж • кмоль |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Температурний |
коефіцієнт |
швидкості |
реакції: |
|
|
|
|||||||
|
|
Кт |
|
|
, |
1,16 • Ю - 3 |
|
|
|
|
|
||
|
101g-j=ia- |
|
Ю lg |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
rt _ |
|
* г , |
|
|
|
1,22 • 10~6 |
_ |
10 • 2,9781 |
_ n |
„ , , я „ |
|||
»g У - |
Тг — Тг |
|
~ |
7 0 0 - 5 7 5 |
~ |
Ї25 |
— V,Z6Q<i, |
||||||
або |
|
|
|
|
|
= |
1,731. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
T |
|
|
|
|
|
|||
Константа швидкості |
реакції при 625 К: |
|
|
|
|
||||||||
|
|
TT—TT |
|
|
|
625-575 |
|
|
|
|
|
||
КТш |
= КТіу |
1 0 |
|
= Кьпу |
|
1 0 |
= |
1,22 - 10-^(1,731)* = |
|
||||
|
|
= |
1,896 • 10~5 |
кмоль"1 |
• м3 |
• х в - 1 . |
|
|
|
||||
Задача. При 283 К реакція |
між 1 л |
0,05 н. розчину етилацетату |
|||||||||||
і 1 л 0,05 н. розчину NaOH за 16,8 хв протікає на 50%. |
|
|
|||||||||||
Визначити, за який час відбудеться омилення половини ефіру при |
|||||||||||||
308 К, якщо |
всі інші |
умови не змінюються. Температурний |
коефіці |
||||||||||
єнт швидкості реакції дорівнює 2. |
|
|
|
|
|
|
|||||||
Р о з в ' я з а н н я . |
|
Час, протягом якого |
відбувається |
омилення |
|||||||||
50% етилацетату, обернено пропорційний константі швидкості реак ції:
ті |
= ктг |
%з |
Krt |
З другого боку, відношення |
констант швидкостей реакції при Т2 і |
Тх можна визначити за рівнянням
кТг~Ті
А Г 2 |
10 |
