Сумма показателей степеней в которых концентрации входит кинетическое уравнение это

Сумма показателей степеней в которых концентрации входит кинетическое уравнение это

ФИЗИЧЕСКАЯ И КОЛЛОИДНАЯ ХИМИЯ

Конспект лекций для студентов биофака ЮФУ (РГУ)

2.1 СКОРОСТЬ ХИМИЧЕСКОЙ РЕАКЦИИ

2.1.1 Кинетическое уравнение химической реакции. Порядок реакции.

Одной из задач, стоящих перед химической кинетикой, является определение состава реакционной смеси (т.е. концентраций всех реагентов) в любой момент времени, для чего необходимо знать зависимость скорости реакции от концентраций. В общем случае, чем больше концентрации реагирующих веществ, тем больше скорость химической реакции. В основе химической кинетики лежит т. н. основной постулат химической кинетики :

Скорость химической реакции прямо пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ, взятых в некоторых степенях.

Т. е. для реакции

(II.4)

Коэффициент пропорциональности k есть константа скорости химической реакции . Константа скорости численно равна скорости реакции при концентрациях всех реагирующих веществ, равных 1 моль/л.

Зависимость скорости реакции от концентраций реагирующих веществ определяется экспериментально и называется кинетическим уравнением химической реакции. Очевидно, что для того, чтобы записать кинетическое уравнение, необходимо экспериментально определить величину константы скорости и показателей степени при концентрациях реагирующих веществ. Показатель степени при концентрации каждого из реагирующих веществ в кинетическом уравнении химической реакции (в уравнении (II.4) соответственно x, y и z) есть частный порядок реакции по данному компоненту. Сумма показателей степени в кинетическом уравнении химической реакции (x + y + z) представляет собой общий порядок реакции . Следует подчеркнуть, что порядок реакции определяется только из экспериментальных данных и не связан со стехиометрическими коэффициентами при реагентах в уравнении реакции. Стехиометрическое уравнение реакции представляет собой уравнение материального баланса и никоим образом не может определять характера протекания этой реакции во времени.

В химической кинетике принято классифицировать реакции по величине общего порядка реакции. Рассмотрим зависимость концентрации реагирующих веществ от времени для необратимых (односторонних) реакций нулевого, первого и второго порядков.

2.1.2 Реакции нулевого порядка

Для реакций нулевого порядка кинетическое уравнение имеет следующий вид:

(II.5)

Скорость реакции нулевого порядка постоянна во времени и не зависит от концентраций реагирующих веществ; это характерно для многих гетерогенных (идущих на поверхности раздела фаз) реакций в том случае, когда скорость диффузии реагентов к поверхности меньше скорости их химического превращения.

2.1.3 Реакции первого порядка

Рассмотрим зависимость от времени концентрации исходного вещества А для случая реакции первого порядка А ––> В. Реакции первого порядка характеризуются кинетическим уравнением вида (II.6). Подставим в него выражение (II.2):

(II.6)

(II.7)

После интегрирования выражения (II.7) получаем:

(II.8)

Константу интегрирования g определим из начальных условий: в момент времени t = 0 концентрация С равна начальной концентрации С_о. Отсюда следует, что g = ln С_о. Получаем:

(II.9)

Рис. 2.3 Зависимость логарифма концентрации от времени для реакций
первого порядка

Т.о., логарифм концентрации для реакции первого порядка линейно зависит от времени (рис. 2.3) и константа скорости численно равна тангенсу угла наклона прямой к оси времени.

(II.10)

Из уравнения (II.9) легко получить выражение для константы скорости односторонней реакции первого порядка:

(II.11)

Еще одной кинетической характеристикой реакции является период полупревращения t_1/2 – время, за которое концентрация исходного вещества уменьшается вдвое по сравнению с исходной. Выразим t_1/2 для реакции первого порядка, учитывая, что С = ½С_о:

(II.12)

(II.13)

Как видно из полученного выражения, период полупревращения реакции первого порядка не зависит от начальной концентрации исходного вещества.

2.1.4 Реакции второго порядка

Для реакций второго порядка кинетическое уравнение имеет следующий вид:

(II.14)

(II.15)

Рассмотрим простейший случай, когда кинетическое уравнение имеет вид (II.14) или, что то же самое, в уравнении вида (II.15) концентрации исходных веществ одинаковы; уравнение (II.14) в этом случае можно переписать следующим образом:

(II.16)

После разделения переменных и интегрирования получаем:

(II.17)

Постоянную интегрирования g, как и в предыдущем случае, определим из начальных условий. Получим:

(II.18)

Т.о., для реакций второго порядка, имеющих кинетическое уравнение вида (II.14), характерна линейная зависимость обратной концентрации от времени (рис. 2.4) и константа скорости равна тангенсу угла наклона прямой к оси времени:

(II.19)

(II.20)

Рис. 2.4 Зависимость обратной концентрации от времени для реакций
второго порядка

Если начальные концентрации реагирующих веществ C_о,А и C_о,В различны, то константу скорости реакции находят интегрированием уравнения (II.21), в котором C_А и C_В – концентрации реагирующих веществ в момент времени t от начала реакции:

(II.21)

В этом случае для константы скорости получаем выражение

(II.22)

Порядок химической реакции есть формально-кинетическое понятие, физический смысл которого для элементарных (одностадийных) реакций заключается в следующем: порядок реакции равен числу одновременно изменяющихся концентраций. В случае элементарных реакций порядок реакции может быть равен сумме коэффициентов в стехиометрическом уравнении реакции; однако в общем случае порядок реакции определяется только из экспериментальных данных и зависит от условий проведения реакции. Рассмотрим в качестве примера элементарную реакцию гидролиза этилового эфира уксусной кислоты (этилацетата), кинетика которой изучается в лабораторном практикуме по физической химии:

Если проводить эту реакцию при близких концентрациях этилацетата и воды, то общий порядок реакции равен двум и кинетическое уравнение имеет следующий вид:

(II.23)

При проведении этой же реакции в условиях большого избытка одного из реагентов (воды или этилацетата) концентрация вещества, находящегося в избытке, практически не изменяется и может быть включена в константу скорости; кинетическое уравнение для двух возможных случаев принимает следующий вид:

(II.24)

(II.25)

2) Избыток этилацетата:

(II.26)

(II.27)

В этих случаях мы имеем дело с т.н. реакцией псевдопервого порядка . Проведение реакции при большом избытке одного из исходных веществ используется для определения частных порядков реакции.

Copyright © С. И. Левченков, 1996 — 2005.

Химическое равновесие (стр. 2 )

Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах: 1 2

1) если концентрации реагирующих веществ постоянны и равны единице;

2) если концентрации реагирующих веществ постоянны;

3) если реагирующие вещества и продукты реакции находятся в одной фазе;

4) никогда не совпадают.

17. Какие из перечисленных воздействий приведут к изменению константы скорости реакции: а) изменение температуры, б) изменение объема реакционного сосуда, в) введение в систему катализатора, г) изменение концентрации реагтрующих веществ.

18. В каких случаях скорость реакции определяется изменением концентрации реагирующих веществ в единицу времени?

1) если давление в системе постоянное;

2) если объем системы постоянен;

3) если температура системы постоянна;

4) если энергия системы постоянна.

19. Для какой реакции при изменении количества вещества А скорость не изменится: а) А(г)+В(г)→; б) 2А(г)+В2(г)→; в) 2А(Т)+2В(г)→; г) 3А(г)+ В2(г)→.

20. Сумму показателей степеней при концентрациях, входящих в кинетическое уравнение называют?

1) общим кинетическим порядком реакции;

2) молекулярностью реакции;

3) порядком реакции по веществу;

4) стехиометрическими коэффициентами.

21. Что называют порядком реакции по веществу?

1) показатель степени при концентрации, входящей в кинетическое уравнение4

2) сумму показателей степеней при концентрациях, входящих в кинетическое уравнение;

3) сумму стехиометрических коэффициентов реакции;

4) стехиометрический коэффициент вещества.

22. Что называют общим кинетическим порядком реакции?

1) показатель степени при концентрации, входящей в кинетическое уравнение;

2) сумму показателей степеней при концентрациях, входящих в кинетическое уравнение;

3) сумму стехиометрических коэффициентов реакции;

4) произведение показателей степеней при концентрациях, входящих в кинетическое уравнение.

23. Биохимические реакции, протекающие в организме человека, преимущественно относятся к реакциям:

3) 1 порядка, переходящие в 0 порядок;

24. Реакция радиоактивного распада относится к реакциям:

25. Время необходимое для распада половины количеств радиоактивного вещества (реакция 1-го порядка):

1) прямо пропорционально константе скорости процесса распада;

2) обратно пропорционально константе скорости процесса распада;

3) зависит от исходного количества вещества;

4) равно половине константы скорости процесса распада.

26. Что называется молекулярностью реакции?

1) число молекул, вступающих в данную химическую реакцию;

2) сумма стехиометрических коэффициентов реакции;

3) число молекул, реагирующих в одном элементарном химическом акте;

4) произведение стехиометрических коэффициентов реакции.

27. Могут ли порядок реакции и молекулярность быть дробными величинами?

1) и порядок, и молекулярнось могут;

2) порядок – может, молекулярность – нет;

3) молекулярность – может, порядок – нет;

4) и порядок, и молекулярность не могут.

28. Число молекул, реагирующих в одном элементарном химическом акте называется:

1) молекулярностью реакции;

2) порядком реакции по веществу;

3) общим кинетическим порядком реакции;

4) стехиометрическим коэффициентом вещества.

29. Для каких реакций порядок и молекулярность всегда совпадают?

2) для простых протекающих в одну стадию;

3) никогда не совпадают;

4) для многостадийных реакций.

30. Как подразделяют химические реакции по механизму протекания?

1) простые и сложные;

2) гомогенные и гетерогенные;

3) экзотермические и эндотермические;

4) обратимые и необратимые.

31. Что называют простой химической реакцией?

1) продукт образуется в результате непосредственного взаимодействия частиц реагентов;

2) конечный продукт получается в результате осуществления двух и более простых реакций с образованием промежуточных продуктов;

3) исходные вещества и продукты находятся в одной фазе;

4) продукт образуется в результате взаимодействия не более двух частиц.

32. Что называют сложной химической реакцией?

1) продукт образуется в результате непосредственного взаимодействия частиц реагентов;

2) конечный продукт получается в результате осуществления двух и более простых реакций с образованием промежуточных продуктов;

3) исходные вещества и продукты находятся в одной фазе4

4) продукт образуется в результате взаимодействия более двух частиц.

33. Что называется лимитирующей стадией сложной химической реакции?

1) самая быстрая стадия;

2) стадия, имеющая низкую энергию активации;

3) самая медленная реакция;

4) самая сложная реакция.

34. Какие стадии называются сопряженными?

1) реакции, в которых продукт первой элементарной стадии вступает в реакцию второй стадии и т. д. пока не образуется конечный продукт;

2) реакции, в которых одно и то же вещество одновременно взаимодействует с одним или несколькими реагентами, участвуя в одновременно протекающих реакциях;

3) реакции, из которых одна вызывает протекание в системе другой реакции, не осуществимой в отсутствии первой;

4) реакции, в которых продукты реакции разлагаются с образованием исходных веществ.

35. Какие реакции называются последовательными?

1) реакции, в которых продукт первой элементарной стадии вступает в реакцию второй стадии и т. д. пока не образуется конечный продукт4

2) реакции, в которых одно и то же вещество одновременно взаимодействует с одним или несколькими реагентами, участвуя в одновременно протекающих реакциях;

3) реакции, из которых одна вызывает протекание в системе другой реакции, не осуществимой в отсутствии первой;

4) реакции, в которых продукты реакции разлагаются с образованием исходных веществ.

36. Какие реакции называются параллельными?

1) реакции, в которых продукт первой элементарной стадии вступает в реакцию второй стадии и т. д. пока не образуется конечный продукт;

2) реакции, в которых одно и то же вещество одновременно взаимодействует с одним или несколькими реагентами, участвуя в одновременно протекающих реакциях;

3) реакции, из которых одна вызывает протекание в системе другой реакции, не осуществимой в отсутствии первой;

4) реакции, в которых продукты реакции разлагаются с образованием исходных веществ.

37. Скорость параллельных реакций определяется:

1) скоростью самой медленной стадии;

2) разностью скоростей всех стадий;

3) суммой скоростей всех стадий;

4) скоростью самой быстрой стадии.

38. Реакции, в которых продукт первой элементарной стадии вступает в реакцию второй стадии и т. д. пока не образует конечный продукт называется:

39. Реакции, в которых одно и то же вещество одновременно взаимодействует с одним или несколькими реагентами, участвуя в одновременно протекающих реакциях называют:

40. Экспериментально установлено, что кинетическое уравнение реакции: 2 NO (г) + О2(г)→2 NO 2(г) имеет вид u = kc 2 ( NO ) c (О2)

1) реакция является тримолекулярной;

2) реакция протекает в одну стадию;

3) реакция имеет третий порядок;

4) реакция идет первый порядок как по кислороду, так и по монооксиду азота.

41. С ростом температуры увеличивается скорость реакций:

2) экзо — и эндотермических;

42. К какому типу реакции относятся реакции гидролиза бедков?

43. Процесс окисления глюкозы в организме – это: а) совокупность последовательных реакций, б) совокупность последовательно-параллельных реакций, в) экзэргонический процесс, г) эндэргонический процесс.

44. Как формулируется правило Вант-Гоффа?

1) при повышении температуры на 10 градусов скорость химической реакции увеличивается в 2-4 раза;

2) для большинства химических реакций скорость реакции увеличивается с ростом температуры;

3) скорость реакции пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ, возведенных в степени, равные их стехиометрическим коэффициентам реакции;

4) при понижении температуры на 10 градусов скорость химической реакции увеличивается в 2-4 раза.

45. при повышении температуры на каждые 10 градусов скорость большинства реакций:

1) увеличивается в 2-4 раза;

2) не изменяется;

3) уменьшается в 2-4 раза;

4) увеличивается в 7-8 раз.

46. Укажите возможные значения температурного коэффициента скорости реакций, протекающих в живых организмах:

47. Увеличение скорости реакции с повышением температуры вызывается главным образом:

1) увеличением средней кинетической энергии молекул;

2) возрастанием числа активных молекул;

3) ростом числа столкновений;

4) уменьшением энергии активации реакции.

48. Каковы причины влияния температуры на скорость реакции?

1) изменение концентрации реагирующих веществ вследствие теплового расширения или сжатия жидкости;

2) температурная зависимость константы скорости;

3) изменение энергии активации при изменении температуры;

4) возрастания числа активных молекул.

49. Укажите правило Вант-Гоффа о температурной зависимости скорости реакции:

1) υ 2=υ1 g ∆ t \10 ;

3) = K CaCb ;

4) = ±;

50. Укажите уравнение Аррениуса о температурной зависимости скорости реакции:

1) = γ ;

3) = K CaCb ;

4) υ 2=υ1 g ∆ t \10 .

51. Если константа скорости одной реакции (к) больше константы скорости второй реакции (к*), то такое соотношение между энергиями активации этих реакций:

3) нельзя определить;

52. Если прямая реакция экзотермична, а обратная эндотермична, то какая из них характеризуется более высоким значением энергии активации?

53. Как можно увеличить скорость реакции синтеза аммиака N 2(г)+3 H 2(г)↔2 NH 3(г), ∆Н‹0?а) повысить температуру, б) уменьшить концентрацию азота, в) увеличить давление, г) уменьшить объем реакционной смеси:

54. Чем объяснить повышение скорости реакции при введении в систему катализатора? а) уменьшением энергии активации, б) увеличением средней кинетической энергии молекул, в) возрастанием числа столкновений, г) ростом числа активных молекул.

55. действие катализатора на скорость химической реакции объясняется:

1) возникновением активированных комплексов;

2) увеличением числа столкновений;

3) возникновением активированных комплексов и изменением энергии активации;

4) изменением энергии активации.

56. Чем обусловлено ускоряющее действие катализаторов?

1) существенным уменьшением энергии активации соответствующего превращения;

2) существенным увеличением энергии активации соответствующего превращения;

3) образованием активированного комплекса;

4) существенным увеличением числа столкновений.

57. Действие ферментов: а) изменяет тепловой эффект реакции, б) снижает энергию активации, в) увеличивает скорости прямой и обратной реакций, г) является избирательным.

58. Действие катализаторов: а) а) изменяет тепловой эффект реакции, б) снижает энергию активации, в) увеличивает скорости прямой и обратной реакций, г) является избирательным.

59. При действии ферментов: а) снижается энергия активации, б) увеличивается скорость прямой и обратной реакций, в) изменяется тепловой эффект реакции, г увеличивается скорость только прямой реакции.

60. чем объясняется повышение скорости биохимической реакции при введении в систему фермента: а) уменьшением энергии активации, б) увеличением средней кинетической энергии молекул, в) ростом числа активных молекул, г) уменьшением числа столкновений молекул.

Материал к экзамену по химии. Основные понятия термодинамики

Название	Основные понятия термодинамики
Дата	31.01.2020
Размер	1.97 Mb.
Формат файла
Имя файла	Материал к экзамену по химии.docx
Тип	Документы #106585
страница	5 из 31