Химическая кинетика
(Задача № 1)
Пример решения вариант №29
Реакция второго порядка А+ D → В + С проводится в растворе с начальными концентрациями [А]0 = 0,060 моль∙л-1 и [В]0 = 0,080 моль∙л-1. Через 60 мин концентрация вещества А уменьшилась до 0,025 моль∙л-1 . Рассчитайте константу скорости и периоды полупревращения (образования или распада) веществ А, В. К=0,25л∙моль-1∙мин-1.
Решение:
Используем решение кинетического уравнения для реакции 2-го порядка с разными начальными концентрациями:
Через t = 60 мин прореагирует по 0,060 - 0,025 = 0,035 моль∙л-1 веществ А и В. Текущие концентрации: [а] = 0,025 моль∙л-1, [B] = 0,080 - 0,035 = 0,045 моль∙л-1. Подставляя эти значения, находим константу скорости:
л∙моль-1∙мин-1.
В реакции вещество А находится в недостатке, поэтому период его полураспада равен периоду полуобразования веществ С и D и соответствует превращению 0,030 моль∙л-1 веществ А и В.
мин.
Период полураспада В соответствует превращению 0,040 моль∙л-1 веществ А и В:
мин.
Ответ: τ1/2 (А) = 44,6 мин; τ1/2 (В) = 81,1 мин.
Химическая кинетика
(Задача № 2)
1. Найти порядок и константу скорости реакции превращения цианита аммония в мочевину по следующим данным:
-
Концентрация цианита аммония, моль/л
0,20
0,10
0,05
Время превращения, час
9,45
19,15
37,07
2. Кинетика реакции: 2Н2О2(р) →2Н2О(ж) + О2(Г) изучалась по выделению кислорода во времени. Получим следующие результаты:
-
Время, мин
6
9
12
14
18
22
24
26
30
∞
VО2, см3
19,3
26,0
32,6
36,0
41,3
45,0
46,5
48,3
50,4
58,3
Определите порядок, период полураспада и константу скорости реакции.
3. Определить порядок реакции и среднее значение константы скорости реакции по исходным данным. Рассчитайте время, необходимое для протекания реакции на 70% и период полураспада.
-
Время, мин
5
10
15
20
30
∞
Vn2 . 10 , М
11,4
19,6
25,5
29,7
34,8
40,2
4. Кинетика гидролиза монохлоруксусной кислоты:
СН2СlСООН(Р) + Н2О(ж) → СН2(ОН)СООН(Р) + HCl (р)
изучалась по изменению концентрации НСl в системе. Были получены следующие результаты:
-
t, мин.
0
1
3
6
10
15
22
Chci∙10-3, моль/л
0,1
7,0
19,0
35,5
51,9
66,6
80,0
Определите порядок, период полураспада и константу скорости этой реакции, если исходная концентрация монохлоруксусной кислоты была равна 0,1 моль/л.
5. Найти порядок и константу скорости реакции всеми возможными способами, протекающей при температуре 398,2 К, пользуясь данными о ходе процесса во времени t (с начала реакции)
N205 → N2O4+1/2 O2
t, ч |
0 |
184 |
319 |
526 |
867 |
1198 |
1877 |
2315 |
3144 |
Концентрация N2O5, кмоль/м3 |
2,33 |
2,08 |
1,91 |
1,67 |
1,36 |
1,11 |
0,72 |
0,55 |
0,34 |
6. В присутствии концентрированной серной кислоты муравьиная кислота разлагается с образованием оксида углерода (II):
НСООН(р) → Н2О(ж) + СО(г)
чем используется для получения чистого СО в лабораториях. По нижеприведенным результатам наблюдения за разложением муравьиной кислоты определите порядок, период полураспада и константу скорости.
Время, мин |
1 |
2 |
4 |
8 |
16 |
32 |
64 |
∞ |
Vco∙106,м3 |
49 |
92 |
188 |
345 |
655 |
1055 |
1580 |
2000 |
7. Для реакции СО + Сl2 → СОСl2 изменения концентрации реагирующих веществ со временем происходит следующим образом:
t, мин |
0 |
24 |
30 |
42 |
CCO = CCl2, кмоль/м3 |
0,01813 |
0,01734 |
0,01704 |
0,01644 |
Определите порядок и константу скорости реакции.
8. Найти порядок и константу скорости реакции (всеми возможными способами) протекающей при температуре 298,2 К, пользуясь данными о ходе процесса во времени t (с начала реакции).
C12H22O11 + Н2О = C6H12O6+ С6Н12O6
С - концентрация сахара в данный момент, кмоль/м,
С0 - начальная концентрация 0,65, кмоль/м3.
Н20 - в избытке
t ч |
0 |
1435 |
4315 |
7070 |
11360 |
14170 |
16935 |
19815 |
29925 |
∞ |
С0/С |
1 |
1,081 |
1,266 |
1,464 |
1,830 |
3,117 |
2,466 |
2,857 |
4,962 |
- |
9. Определите порядок реакции всеми возможными способами гидролиза метилацетата и константу скорости реакции, если для нейтрализации равных частей реагирующей смеси израсходовано следующее число мл 0,1 н раствора:
СН3СООСН3 + Н2O = СН3СООН + СН3ОН
t, мин. |
21 |
41 |
60 |
81 |
108 |
140 |
243 |
1063 |
∞ |
V, мл NaOH |
0,70 |
1,30 |
1,85 |
2,30 |
3,00 |
3,80 |
5,60 |
8,90 |
9,00 |
10. Реакция омыления метилуксусного эфира щелочью при 298 К протекает по уравнению:
СН3СООСН3 + NaOH = CH3COONa + CH3OH.
Для этой реакции получены следующие результаты:
t, мин. |
3 |
5 |
7 |
10 |
15 |
25 |
Концентрация NaOH, н |
0,00740 |
0,00634 |
0,00550 |
0,00464 |
0,00363 |
0,00254 |
Реакция гидролиза метилуксусного эфира идет по следующему уравнению:
СН3СООСН3 + Н2О + СН3СООН + СН3ОН
Кинетика этой реакции изучалась путем титрования проб одинакового объема щелочью. Определить порядок реакции всеми возможными способами и вычислить среднее значение константы скорости этой реакции на основании следующих данных:
Время от начала опыта, мин. |
0 |
30 |
60 |
90 |
120 |
150 |
∞ |
Кол-во 0,05н раствора щелочи, прошедшее на титрование 2∙10-6 м3 смеси, 1∙10-6 м3 |
12,70 |
13,81 |
14,73 |
15,52 |
16,31 |
16,80 |
20,22 |
12. Приведены экспериментальные данные по основному гидролизу метилацетата при равных начальных концентрациях эфира и основания. Определить порядок и константу скорости реакции всеми возможными методами.
t, мин |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
10 |
12 |
15 |
18 |
25 |
Степень гидролиза,% |
26,0 |
31,7 |
36,6 |
41,1 |
45,0 |
48,1 |
53,6 |
58,4 |
63,7 |
68,1 |
74 |
13. За разложением пероксида водорода на воду и кислород следят, титруя непрореагировавший Н2О2 кислым раствором перманганата калия. Определить порядок реакции и константу скорости всеми возможными методами.
t, мин. |
0 |
5 |
10 |
20 |
30 |
50 |
Кол-во раствора KMnO4, прошедшее на титрование определенного объема раствора Н2О2, мл |
46,1 |
37,1 |
29,8 |
19,6 |
12,3 |
5,0 |
14. Исследовано разложение N2O5 в CCl4. Определить порядок реакции и константу скорости всеми возможными методами.
2N2O5 → 2N2O4 + O2
t, мин |
0 |
82 |
162 |
409 |
604 |
1129 |
1721 |
1929 |
3399 |
∞ |
Концентрация N2O5, моль/л |
5,33 |
5,04 |
4,78 |
4,06 |
3,36 |
2,37 |
1,57 |
1,36 |
0,53 |
0 |
15. Найти порядок и константу скорости реакции всеми возможными способами, протекающей при температуре 298 К, пользуясь данными о ходе процесса во времени t (с начала реакции).
2NCl3(ж) → N2+3Cl2
t,ч |
3 |
6 |
9 |
12 |
16 |
20 |
24 |
∞ |
V(объем азота) ∙10-6, м3 |
12,2 |
21,1 |
27,5 |
32,1 |
36,3 |
39,1 |
40,9 |
44,2 |
16. Найти порядок и константу скорости реакции (всеми возможными способами) протекающий при температуре 303,2 К, пользуясь данными о ходе процесса во времени t (с начала реакции).
2Н2О2 = О2 + 2Н2О
в водном растворе
t,ч |
0 |
11,5 |
27,1 |
42,5 |
Количество раствора КМnO4, пошедшее на титрование пробы∙10-6, м3 (Н2O2) |
23,89 |
19,30 |
14,50 |
10,95 |
17. Найти порядок и константу скорости реакции (всеми возможными способами) протекающей при температуре 313,2 К, пользуясь данными о ходе процесса во времени t (с начала реакции).
Раствор N2O5 в CCl4 разлагается с выделением О2
t, ч |
20 |
40 |
60 |
80 |
100 |
∞ |
Объем О2∙10-6, м3 |
11,4 |
19,9 |
23,9 |
27,2 |
29,5 |
34,75 |
18. Найти порядок и константу скорости реакции (всеми возможными способами) протекающей при температуре 303 К, пользуясь данными о ходе процесса во времени t (с начала реакции).
2Н2О2 → 2Н2О + О2
t,ч |
9 |
14 |
17 |
21 |
26 |
31 |
38 |
∞ |
V (объем кислорода)∙106 м3 |
6,9 |
10,2 |
12,1 |
14,4 |
17,1 |
19,5 |
22,6 |
44,6 |
19. Определить порядок реакции и среднее значение константы скорости реакции по исходным данным. Рассчитайте время, необходимое для протекания реакции на 70% и период полураспада.
СН3СООС2Н5 + NaOH → CH3COONa + С2Н5ОН, Т = 273 К,
С0(СН3СООС2Н5) = C0(NaOH)
Время, мин |
0 |
1 |
2 |
4 |
6 |
8 |
12 |
20 |
С, кмоль/л |
0,1000 |
0,0895 |
0,0810 |
0,0681 |
0,0587 |
0,0516 |
0,0416 |
0,0300 |
20. Воспользовавшись приведенными ниже данными для гидратизации тринитрофосфата в щелочной среде при температуре 65°С, определить порядок реакции и константу скорости.
t, мин. |
0 |
30 |
65 |
90 |
160 |
Оставшийся фосфат, % |
100 |
66,7 |
48,7 |
43,0 |
18,8 |
21. Результаты щелочного гидролиза этилнитробензоната при различных временах представлены ниже. Определить порядок и константу скорости реакции всеми возможными методами.
t,c |
0 |
100 |
200 |
300 |
400 |
500 |
600 |
700 |
800 |
С(нитробензоната), моль/л |
0,05 |
0,0355 |
0,0275 |
0,0225 |
0,0185 |
0,016 |
0,0148 |
0,014 |
0,0138 |
22. Парциальное давление азометана CH3N2CH3 при 600 К зависит от времени; результаты даны ниже. Определите порядок и константу скорости реакции (всеми возможными методами).
CH3N3CH3 → СН3СН3 + N2
t, c. |
0 |
1000 |
2000 |
3000 |
4000 |
p(CH3N2CH3), мм. рт. ст. |
8,2∙10-2 |
5,72∙10-2 |
3,99∙10-2 |
2,78∙10-2 |
1,94∙10-2 |
23. Найти порядок и константу скорости реакции всеми возможными способами, пользуясь данными о ходе процесса во времени t (с начала реакции).
2N2О5(r) → 4NО2(r) + О2(r)
t,ч |
0 |
4 |
8 |
12 |
16 |
Концентрация N2O5∙103, моль/л |
5,00 |
4,20 |
3,53 |
2,96 |
2,48 |
24. Определить порядок реакции и среднее значение константы скорости реакции по исходным данным. Рассчитайте время, необходимое для протекания реакции на 70 % и период полураспада.
C12Н22О11 + Н2О → С6Н12О6 + С6Н12О6
Время, ч |
0 |
1 |
2 |
4 |
8 |
16 |
28 |
36 |
С, кмоль/м3 |
0,584 |
0,544 |
0,506 |
0,439 |
0,390 |
0,187 |
0,0796 |
0,045 |
25. Найти порядок и константу скорости реакции (всеми возможными способами) протекающей при температуре 291,2 К, пользуясь данными о ходе процесса во времени t (с начала реакции).
CH3COOC2H5 + NaOH = CH3COONa + C2H5OH
а и b - начальные концентрации СН3СООС2Н5 и NaOH, кмоль/м3,
х - убыль исходных продуктов, кмоль/м3
t,ч |
0 |
178 |
273 |
531 |
866 |
1510 |
1918 |
2410 |
а-х |
0,00980 |
0,00892 |
0,00864 |
0,00792 |
0,00724 |
0,00646 |
0,00603 |
0,00574 |
b-х |
0,00486 |
0,00398 |
0,00370 |
0,00297 |
0,00230 |
0,00151 |
0,00109 |
0,00080 |
26. Для реакции NH4CNS → (NH)2CS при 308 К получены следующие данные:
-
t, ½ , час
9,45
37,03
СNH4CNS, моль/л
0,20
0,05
Определите порядок и константу скорости реакции.