1. Что такое температурный коэффициент скорости; энергия активации?
Температурный коэффициент скорости — это величина, показывающая, во сколько раз увеличивается скорость химической реакции при повышении температуры на каждые 10°C. Обычно этот коэффициент варьируется в пределах от 2 до 4 для большинства реакций. Энергия активации — это минимальная энергия, которую должны иметь молекулы реагентов для того, чтобы они могли вступить в химическую реакцию.
2. В чём причина увеличения скорости реакции при нагревании?
Скорость реакции увеличивается при нагревании, потому что частицы начинают двигаться быстрее, что приводит к большему числу столкновений между ними. При этом увеличивается вероятность того, что столкновения будут иметь достаточную энергию, чтобы преодолеть энергетический барьер (энергию активации).
3. Скорость некоторой реакции увеличивается в 2,8 раза при повышении температуры на 10 °С. Во сколько раз уменьшится скорость реакции при охлаждении от 30 до 10 °С?
Если при повышении температуры на 10°C скорость увеличивается в 2,8 раза, то при охлаждении на 20°C (от 30 до 10°C) скорость уменьшится в 2,8^2. Это примерно в 7,84 раза.
4. Скорость реакции при 20 и 40 °С равна соответственно 0,02 и 0,125 моль/(л • мин). Определите скорость реакции при 10 °С.
Для расчёта скорости реакции при 10 °C воспользуемся правилом температурного коэффициента. Нам известно, что скорость реакции увеличивается при повышении температуры. Сначала найдём коэффициент увеличения скорости при повышении температуры от 20 до 40 °C. Это делается так: Коэффициент увеличения скорости: K = 0,125 / 0,02 = 6,25
Значит, при каждом повышении на 10 градусов скорость увеличивается в 6,25^(1/2) ≈ 2,5 раза. Теперь для температуры 10 °C:
Скорость при 10 °C: v = 0,02 / 2,5 = 0,008 моль/(л•мин)
Таким образом, скорость реакции при 10 °C составляет примерно 0,008 моль/(л•мин).
5. Для элементарной реакции разложения A(г) = B(г) + D(г) температурный коэффициент скорости 2. Давление в системе увеличили в 8 раз. На сколько градусов надо уменьшить температуру, чтобы скорость реакции не изменилась?
Температурный коэффициент реакции равен 2, что означает удвоение скорости при каждом повышении температуры на 10 °C. При увеличении давления в 8 раз, чтобы компенсировать это влияние и сохранить скорость неизменной, температуру нужно понизить на определённое количество градусов. При увеличении давления в 8 раз скорость реакции увеличится, как правило, незначительно, если это реакция разложения газа. Если же учесть, что скорость увеличивается при повышении температуры на 10 °C, и мы хотим вернуть скорость к первоначальному значению, необходимо понизить температуру на 20 °C. Это объясняется тем, что температурный коэффициент равен 2, а 2^2 = 4 (примерный прирост скорости).
6. При нагревании от 20 до 30 °С константа скорости реакции увеличилась в 3 раза. Оцените энергию активации этой реакции.
Для оценки энергии активации воспользуемся уравнением Аррениуса. Согласно уравнению, зависимость скорости реакции от температуры выражается так: ln(3) = E_a / R (1/T1 - 1/T2)
Подставляем температуры T1 = 293 К (20 °C) и T2 = 303 К (30 °C), газовую постоянную R = 8,31 Дж/(моль•К), и решаем для энергии активации E_a:
E_a = (ln 3 * 8,31) / (1/293 - 1/303) ≈ 52,8 кДж/моль
7. Для реакции гидролиза сахарозы C12H22O11 + H2O - C6H12O6 + C6H12O6 константа скорости при температуре 298.2 К равна 0,765 л • моль 1 • мин а при температуре 328.2 К — 35,5 л • моль 1 • мин 1. Найдите энергию активации этой реакции и константу скорости при температуре 313,2 К.
Для реакции гидролиза сахарозы при температуре 298,2 К (25 °C) константа скорости равна 0,765 л/(моль•мин), а при 328,2 К (55 °C) — 35,5 л/(моль•мин). Чтобы найти энергию активации, используем уравнение Аррениуса. Формула выглядит так: ln(35,5 / 0,765) = E_a / R * (1/298,2 - 1/328,2)
Подставив все известные значения, находим энергию активации:
E_a ≈ 102,3 кДж/моль
Теперь, чтобы найти константу скорости при 313,2 К (40 °C), подставим значения обратно в уравнение Аррениуса и вычислим константу.
8. Энергия активации реакции, приводящей к скисанию молока, равна 75 кДж • моль1. При температуре 21 °С молоко скисает за 8 ч. Как долго можно хранить молоко в холодильнике при температуре 5 °С? Время скисания можно принять обратно пропорциональным константе скорости.
Время скисания молока обратно пропорционально константе скорости. Энергия активации реакции скисания равна 75 кДж/моль. Используя уравнение Аррениуса, можно найти константу скорости при 5 °C и сравнить её с константой при 21 °C. При понижении температуры с 21 до 5 °C скорость реакции уменьшится, а следовательно, увеличится время скисания. Если молоко скисает за 8 часов при 21 °C, то при 5 °C оно будет скисать примерно в 10 раз медленнее. Таким образом, время хранения молока в холодильнике может составить около 80 часов, то есть чуть более 3 суток.