Задачи для самостоятельного решения

1. Вычислить на сколько градусов необходимо повысить температуру, чтобы скорость реакции возросла в 50,0 и в 100 раз, если температурный коэффициент скорости реакции равен 3,00.

(Ответ: на 35,6 К; на 41,92 К)

2. Термическое разложение этиленоксида является реакцией 1-го порядка. При 378,5С период полупревращения этиленоксида равен 363 мин. Определить константу скорости реакции при 450С. Энергия активации данной реакции 217 кДж/моль.

(Ответ: 0,1 мин^–1)

3. Константа скорости омыления этилацетата гидроксидом натрия при 9,4С равна 2,37 л/(мольс), а при 14,4С – 3,20 л/(мольс). Рассчитать температурный коэффициент скорости реакции в указанном интервале температур и энергию активации.

(Ответ: 1,823; 40,5 кДж/моль)

4. Гидролиз 1-метил-1-хлорциклогексана в 80% этаноле протекает по реакции 1-го порядка. Экспериментально получены следующие константы скорости

T, К	273,0	298,0	308,0	318,0
k, с–1	1,0610–5	3,1910–4	9,8610–4	2,9210–3

Вычислить энергию активации графическим методом.

(Ответ: 90,0 кДж/моль)

5. Для ускоренного определения срока годности лекарственного препарата были проведены эксперименты при повышенной температуре 40С. В предварительных экспериментах было обнаружено, что реакция разложения лекарственного вещества подчиняется кинетике 1-го порядка. Энергия активации равна 55,2 кДж/моль. Обнаружено, что срок годности при этой температуре (время за которое разлагается 10% исходного вещества) равен 164 сут. Рассчитать срок годности при хранении лекарственного препарата при температуре 25С и тех же прочих условиях.

(Ответ: 477 сут)

1.7.5. Сложные реакции

При изучении кинетики сложных реакций, включающих несколько элементарных стадий, используют принцип независимости химических реакций:

• если в системе протекает несколько простых реакций, то каждая из них подчиняется основному постулату химической кинетики и протекает независимо от других реакций.

Основные типы сложных реакций рассмотрим на примере реакций первого порядка.

1. Обратимые реакции

А (;k2;(;k1 В

Эта схема описывает реакции изомеризации в газовой фазе или в растворе, например: бутан (;(; изобутан, цис-стильбен (;(; транс-стильбен.

Основываясь на законе действующих масс и принципе независимости, получаем следующее уравнение:

.

(280)

Если начальные концентрации веществ А и В обозначить соответственно a и b и ввести степень превращения х (с_А = a – x, с_В = b + x), то кинетическое уравнение приобретает вид:

.

(281)

Решение уравнения (282) можно выразить через степень превращения х_, соответствующую достижению равновесия:

,

(282)

где х_∞ – предельное значение степени превращения, которое можно рассчитать по уравнению (283) при достижении состояния равновесия:

,

(283)

откуда следует:

.

(284)

Состояние равновесия в этой реакции характеризуется константой равновесия:

.

(285)

Кинетические кривые для обратимых реакций первого порядка приведены на рисунках 56 и 57.

Рис. 56. Зависимость концентраций реагента и продукта от времени для обратимой реакции первого порядка при K>1

Рис. 57. Зависимость концентраций реагента и продукта от времени для обратимой реакции первого порядка при K<1