Учебное пособие: Кинетика химических и электрохимических процессов

7. Кинетика обратимой реакции А ↔ В измерена при двух значениях температуры. Получены следующие эксперимен-тальные данные:

1)  Т = 293 К

2) Т = 313 К.

Рассчитайте; а) энергии активации прямой и обратной реакций; б) константы равновесия при двух значениях температуры; в) тепловой эффект прямой реакции.

8. В системе протекают две параллельные реакции: А + В → → продукты (k1) и А + С → продукты (k2). Отношение k1/k2 = 7. Начальные концентрации веществ В и С одинаковы. К моменту времени t прореагировало 50% вещества В. Какая часть вещества С прореагировало к этому моменту?

9. Константа реакции цис-, трансизомеризации бутена-2 при 417 оС равна 8,52.10-7 с-1, Константа равновесия при этой температуре равна 1,14. В начальный момент времени присутствует только цисизомер. Определите время, за которое прореагирует 30% бутена-2.

10. Константа скорости прямой реакции NH4SCN ↔ ↔ (NH2)2CS при 25 оС равна 7,66.10-7 мин-1. Константа равновесия при этой температуре равна 1,30. В начальный момент времени присутствует только роданид аммония. Определите время, за которое прореагирует 40% исходного вещества.

11. При смешении (273 К) раствор содержал 73,2% этилового спирта, 0,677 моль HCOOH и 0,0261% HCl (вода не учитывается). Для исследования кинетики реакции образования формиата при 521 К отбирали в различное время пробы объемом 5 мл и оттитровывали Ba(OH)2. Результаты титрования представлены в таблице:

Вычислите константы образования k1 и разложения k2 этилформиата в этом растворе и константу равновесия обратимой реакции Кр, если концентрации воды, этанола и ионов водорода постоянны.

12. Образование этилового эфира муравьиной кислоты при 303 К протекает по уравнению реакции первого порядка: HCOOH + C2H6O → HCOOC2H5. Были получены следующие результаты:

Концентрацию кислоты определяли титрованием. Константа обратной реакции k1 = 1,5.10-5 мин-1. Концентрация продукта прямой реакции в начальный момент равна 0. Определите константу прямой реакции.

13. Для реакции между иодистым метилом и раствором диметилпаратолуидина в нитробензоле CH3C6H4N(CH3)2+CH3I® ® H4C6H3CN(CH3)3 получены следующие данные:

Константа равновесия реакции равна 69,8. Начальные концентрации обоих реагентов равны 0,05 моль/л, продукт в процессе реакции отводится. Определите, по какому кинетическому уравнению следует описать кинетическую кривую, и рассчитайте константу скорости реакции.

14. Реакция термического крекинга нефти относится к консекутивной реакции, причем бензин является промежуточным продуктом, распадающимся на газообразные вещества. Определите максимальную концентрацию бензина и время ее достижения при крекинге 1 т нефти, если при 673 К константа образования бензина k1 = 0,283 ч-1, а константа распада бензина k2 = 0,102 ч-1.

15. Покажите, что для реакций А В и А С время, за которое образуется половина количества В (по сравнению с его количеством при t = ∞) и время, за которое образуется половина количества С, одинаково, хотя константы k1 и k2 имеют разные значения.

16. Определите периоды полураспада RaB и RaC, связанные генетическим рядом: RaB  RaC  RaC΄, если существует зависимость изменения концентрации радиоактивных ядер RaB от времени и время, при котором кон- центрации накопленных RaC, RaC΄ будут максимальны, τmax = = 35 мин. (опыт проводили с чистыми ядрами RaB).

17. Для последовательной реакции первого порядка

АВС определите максимальную концентрацию промежуточного вещества В и время ее достижения.

18. Для последовательной реакции первого порядка: АВ С начальная концентрация А равна 1 моль/л, k1 = 0,1 мин-1, k2 = 0,05 мин-1. Определите: 1) максимальное значение концентрации промежуточного вещества В и время ее достижения t; 2) концентрации веществ А и С в момент времени t.

19. Для последовательной реакции первого порядка: АВ С начальная концентрация А равна 2 моль/л, k1 = 0,12 мин-1, k2 = 0,05 мин-1. Определите: 1) максимальное значение концентрации промежуточного вещества В и время ее достижения t; 2) концентрации веществ А и С в момент времени t.

ОТВЕТЫ К ЗАДАЧАМ

Тема 1

1. 0,055. 2. 6.10-3 моль/л. 3. I = 0,006; aCa2+ = 6,4.10-3 моль/л; aCl- = а = 1,5.10-2 моль/л. 4. а± = 8,223.10-2; а = 5,56.10-4. 5.-133,15 кДж/моль. 6. 297 К. 7. 5,5.10-6 Ом-1.м-1. 8. 138,3 Ом-1.м2.моль-1. 9. 387,9 Ом-1.см2.моль-1. 10. 0,141 Ом-1.м-1; 0,0141 Ом-1.моль-1.м2. 11. 0,78. 12 К=1,75.10-7 моль/л; рН = 5,29. 13. λ- = 0,00763 Ом-1.моль-1.м2; v0- = 7,91.10-8 м2.с-1.В-1. 14. t+ = 0,472; t- = 0,528. 15. 0,0298 г.

Тема 2

1. -126 В. 2. -2,39 В; -2,42 В; -2,45 В. 3. -0,28 В. 4. 0,1 моль/л. 5. 7,6. 6. 1,8.106. 7. 6,5.10-13. 8. -0,4141 В. 9. ΔG = = -4,400 кДж/моль; DH = 5,348 кДж/моль; ΔS = 32,8 Дж/(моль.К). 10. 0,4910 В. 11. 109,99 кДж/моль. 12. -94,25 кДж/моль. 13. Е = 0,968 В; (dE/dT)p = 1/85.10-4 В/К. 14. 0,1287 В. 15. 0,12 В.

Тема 3

1. 0,21 л/с и 0,15 л/с. 2. 0,0045 моль/(л.с); 0.0023 моль/(л.с). 3. 0,15 с-1; 4. 144 мин.; 5. 49 лет. 6. 120 суток. 7. 0,091 мг.; 0,003 мг. 8. 0,018 моль/(л.с); 25 с. 9. 0,043 л.с/моль; 45 мин; 34 мин. 10. 2. 11. 1; 0,0095 с-1. 12. 29,4 ч.; 13. 11,6 лет. 14. 2; 0,0012 моль/(л.с). 15. 0,0037 моль/(л.с); 320 с. 16. 38 мин. 17. 34 мин. 18. 1; 0,018 с-1. 19. 2. 20. 0,0075 моль/л.

Тема 4

1. 70,1 кДж/моль; 0,02264 с-1. 2. 0,58 сек. 3. 3,69.10-17; 4,2.1024. 4. 314,9 кДж/моль; 4,2.1024. 5. 1210 сек. 6. В 10 раз. 7. В два раза. 8. В 43 раза. 9. На 67 0С. 10. 2,6. 11 На 18 0С. 12. При 110 0С. 13. 13,57 мин. 14. 39 0С. 15. 1,9. 16. 85 кДж/моль; 920 кДж/моль. 17. 47 ч. 18. 0,0002. 19. 350 К. 20. 288 К.

Тема 5

1. Е = 663,5 кДж/моль.2. γ = 2,1. 3. λ = 0,5.10-6м. 4. 2,5.10 Дж/(моль.с). 5. γ = 4,8.105. 6. γ = 16,6. 8. γ = 100. 9. 251 кДж.

Тема 6

1. 3,36 ч. 2. w1 = 0,22 моль/(л.c); w2 = 0,003 моль/(л.c). 3. k1=0,01 c-1; k=0,05 c-1. 4. k1=0,004 c-1; k2= 0,0023 c-1; k3=0,002 c-1. 5. k1=0,024 c-1; k2= 0,021 c-1; k3=0,019 c-1. 6. 21,5 г; 17,6 г; 1,9 г; 0.7 г. 7. Еа,1,2=126,5 и 212,7 кДж; К1,2 = 0,15 и 1,25; -345,4 кДж/моль. 8. 48,1%. 9. 94 с. 10. 220 мин. 11. k1=0,133 c-1; k2 0,096 c-1; K=47,6; 12. k= 1,35 c-1. 13. По уравнению реакции второго порядка. 14. 1,823 кмоль/м3; 1,6 ч.1 6. t1 = 12,5 мин; t2=15,8 мин. 17. 23,3 моль/л; 138 c. 18. 1) 0,347 моль/л; 52 мин; 2) 0,625 моль/л; 0,127 моль/л. 19. 1) 0,237 моль/л; 35 мин; 2) 0,165 моль/л; 0,118 моль/л.

СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Стромберг А.Г., Лельчук Х.А., Картушинская А.И. Сборник задач по химической кинетике: учеб. пособие для хим. техн. спец. вузов / Под ред. А.Г. Стромберга. М.: Высш. шк., 1985. 192 с.

2. Задачи по физической химии: учеб. пособие / В.В. Еремин, С.И. Каргов, И.А. Успенская, Н.Е. Кузьменко, В.В. Лунин. М.: Экзамен, 2003. 320 с.

3. Киселева Е.В. и др. Сборник примеров и задач по физической химии. М.: Химия, 1984. 455 с.

4. Пономарева И.С. Сборник задач по физической химии. М.: Химия, 1965. 200 с.

5. Баталин Т.И. Сборник примеров и задач по физической химии / Киев. ун-т. Киев, 1960. 546 с.

6. Карапетьянц М.Х. Примеры и задачи по электрохимии. М.: Химия, 1974. 301 с.

7. Сборник вопросов и задач по физической химии для самоконтроля: учеб. пособие для вузов/под ред. С.Ф. Белевского. М.: Высш. шк., 1979. 118 с.

8. Краткий справочник физико-химических величин / под ред. А.А. Равделя и А.М. Пономаревой. Л.: Химия, 1983. 231 с.

11. Зайцев О.С. Химическая кинетика к курсу общей химии. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1973. 294 с.

12. Свиридов В.В., Попкович Г.А., Васильева Г.И.. Задачи, вопросы и упражнения по общей и неорганической химии. Минск: Изд-во Белорус. ун-та, 1978. 352 с.