מקדם הטמפרטורה של המהירות הוא 3 איך לשנות. קינטיקה כימית

משימה מס' 1. אינטראקציה עם חמצן חופשי מובילה ליצירת חנקן דו-חמצני רעיל ביותר / /, אם כי תגובה זו מתרחשת באיטיות בתנאים פיזיולוגיים ובריכוזים נמוכים אינה משחקת תפקיד משמעותי בנזק לתאים רעילים, אך עם זאת, ההשפעות הפתוגניות מתגברות בחדות עם היפר ייצור שלו. קבע כמה פעמים קצב האינטראקציה של תחמוצת החנקן (II) עם החמצן עולה כאשר הלחץ בתערובת הגזים הראשוניים מוכפל, אם קצב התגובה מתואר על ידי המשוואה ?

הַחְלָטָה.

1. הכפלת הלחץ שווה ערך להכפלת הריכוז ( עם) ו . לפיכך, שיעורי האינטראקציה התואמים ויקבלו, בהתאם לחוק הפעולה ההמונית, את הביטויים: ו

תשובה. קצב התגובה יגדל פי 8.

משימה מס' 2. מאמינים שריכוז הכלור (גז ירקרק בעל ריח חריף) באוויר מעל 25 ppm מסוכן לחיים ולבריאות, אך ישנן עדויות לכך שאם החולה החלים מהרעלה חריפה חריפה בגז זה, אז לא נצפו השפעות שיוריות. קבע כיצד ישתנה קצב התגובה: , המשך בשלב הגז, אם גדל בפקטור 3: ריכוז , ריכוז , 3) ​​לחץ //?

הַחְלָטָה.

1. אם נסמן את הריכוזים ובהתאמה דרך ו, אזי הביטוי לקצב התגובה יקבל את הצורה: .

2. לאחר הגדלת הריכוזים בפקטור 3, הם יהיו שווים עבור ועבור . לכן, הביטוי עבור קצב התגובה יתבצע בצורה: 1) 2)

3. עלייה בלחץ מעלה את ריכוז המגיבים הגזים באותה כמות, לפיכך

4. העלייה בקצב התגובה ביחס לראשוני נקבעת לפי היחס, בהתאמה: 1) , 2) , 3) .

תשובה. קצב התגובה יגדל: 1), 2), 3) פעמים.

משימה מס' 3. כיצד משתנה קצב האינטראקציה של חומרי המוצא עם שינוי בטמפרטורה מ-לאם מקדם הטמפרטורה של התגובה הוא 2.5?

הַחְלָטָה.

1. מקדם טמפרטורהמראה כיצד קצב התגובה משתנה עם שינוי בטמפרטורה עבור כל (כלל ואן-הוף): .

2. אם השינוי בטמפרטורה הוא: , אז בהתחשב בעובדה ש , נקבל: . מכאן, .

3. לפי טבלת האנטילוגריתמים, אנו מוצאים: .

תשובה. עם שינוי בטמפרטורה (כלומר עם עלייה), המהירות תגדל פי 67.7.

משימה מס' 4. חשב את מקדם הטמפרטורה של קצב התגובה, בידיעה שככל שהטמפרטורה עולה, הקצב גדל בגורם של 128.

הַחְלָטָה.

1. התלות של קצב התגובה הכימית בטמפרטורה מתבטאת על ידי כלל האצבע של ואן הוף:

.פתרון המשוואה עבור , נמצא: , . לכן, =2

תשובה. =2.

משימה מספר 5. עבור אחת התגובות, נקבעו שני קבועי קצב: ב-0.00670 וב-0.06857. קבע את קבוע הקצב של אותה תגובה ב.

הַחְלָטָה.

1. על סמך שני ערכים של קבועי קצב התגובה, באמצעות משוואת Arrhenius, אנו קובעים את אנרגיית ההפעלה של התגובה: . למקרה זה: מכאן: J/mol.

2. חשב את קבוע קצב התגובה ב , תוך שימוש בקבוע הקצב ב ובמשוואת Arrhenius בחישובים: . למקרה זה: ובהינתן כי: , אנחנו מקבלים: . לָכֵן,

תשובה.

חישוב קבוע שיווי המשקל הכימי וקביעת כיוון הסטת שיווי המשקל לפי עקרון Le Chatelier .

משימה מספר 6.פחמן דו חמצני / / בניגוד לפחמן חד חמצני / / אינו מפר את התפקודים הפיזיולוגיים ואת השלמות האנטומית של אורגניזם חי והשפעתם המחניקה נובעת רק מנוכחות בריכוז גבוה וירידה באחוז החמצן באוויר הנשאף. למה שווה קבוע שיווי משקל תגובה / /: בטמפרטורה המתבטאת במונחים של: א) לחצים חלקיים של המגיבים; ב) הריכוזים המולאריים שלהם, בידיעה שהרכב תערובת שיווי המשקל מתבטא בשברי נפח: , ו , והלחץ הכולל במערכת הוא Pa?

הַחְלָטָה.

1. הלחץ החלקי של גז שווה ללחץ הכולל כפול חלקיק הנפח של הגז בתערובת, כך:

2. החלפת ערכים אלו בביטוי עבור קבוע שיווי המשקל, נקבל:

3. הקשר בין לבין נוצר על בסיס משוואת מנדלייב קלפיירון לגזים אידיאליים ומתבטא על ידי השוויון: , היכן ההבדל בין מספר המול של תוצרי תגובה גזי וחומרים התחלתיים גזים. לתגובה זו: לאחר מכן: .

תשובה. אבא. .

משימה מספר 7.לאיזה כיוון ישתנה שיווי המשקל בתגובות הבאות:

3. ;

א) עם עלייה בטמפרטורה, ב) עם ירידה בלחץ, ג) עם עלייה בריכוז המימן?

הַחְלָטָה.

1. שיווי המשקל הכימי במערכת נוצר עם קביעות של פרמטרים חיצוניים (וכו'). אם הפרמטרים הללו משתנים, אזי המערכת עוזבת את מצב שיווי המשקל והתגובה הישירה (ימינה) או הפוכה (לשמאלה) מתחילה לנצח. השפעתם של גורמים שונים על שינוי שיווי המשקל באה לידי ביטוי בעקרון של Le Chatelier.

2. שקול את ההשפעה על התגובות לעיל של כל 3 הגורמים המשפיעים על שיווי המשקל הכימי.

א) עם עלייה בטמפרטורה, שיווי המשקל עובר לכיוון תגובה אנדותרמית, כלומר. תגובה המתרחשת עם ספיגת חום. התגובה הראשונה והשלישית הן אקסותרמיות / /, לכן, עם עלייה בטמפרטורה, שיווי המשקל יעבור לכיוון התגובה ההפוכה, ובתגובה השנייה / / - לכיוון התגובה הישירה.

ב) כאשר הלחץ יורד, שיווי המשקל עובר לכיוון עלייה במספר מולות הגזים, כלומר. לכיוון לחץ גבוה יותר. בתגובה הראשונה והשלישית, בצד שמאל וימין של המשוואה יהיה אותו מספר מולים של גזים (2-2 ו-1-1, בהתאמה). אז השינוי בלחץ לא יגרוםשינויי שיווי משקל במערכת. בתגובה השנייה, יש 4 מולים של גזים בצד שמאל, ו-2 מולים בצד ימין, לכן, ככל שהלחץ יורד, שיווי המשקל יעבור לכיוון התגובה ההפוכה.

ב) עם עלייה בריכוז מרכיבי התגובה, שיווי המשקל עובר לכיוון הצריכה שלהם.בתגובה הראשונה, מימן נמצא במוצרים, והגדלת הריכוז שלו תגביר את התגובה ההפוכה, שבמהלכה הוא נצרך. בתגובה השנייה והשלישית, מימן הוא אחד החומרים הראשוניים, לכן, עלייה בריכוזו מסיטה את שיווי המשקל לעבר התגובה המתמשכת עם צריכת המימן.

תשובה.

א) עם עלייה בטמפרטורה בתגובות 1 ו-3, שיווי המשקל יועבר שמאלה, ובתגובה 2 - ימינה.

ב) תגובות 1 ו-3 לא יושפעו מירידה בלחץ, ובתגובה 2 שיווי המשקל יוסט שמאלה.

ג) עלייה בטמפרטורה בתגובות 2 ו-3 תגרור הסטת שיווי משקל ימינה, ובתגובה 1 שמאלה.

1.2. משימות מצב №№ מ-7 עד 21לאיחוד החומר (ביצוע במחברת הפרוטוקול).

משימה מספר 8.כיצד ישתנה קצב חמצון הגלוקוז בגוף עם ירידה בטמפרטורה מ-לאם מקדם הטמפרטורה של קצב התגובה הוא 4?

משימה מספר 9.באמצעות כלל ואן הוף המשוער, חשב כמה צריך להעלות את הטמפרטורה כדי שקצב התגובה יגדל פי 80? קח את מקדם הטמפרטורה של המהירות שווה ל-3.

משימה מספר 10.קירור מהיר משמש למעשה כדי לעצור את התגובה. תערובת תגובה("הקפאת תגובה"). קבע כמה פעמים ישתנה קצב התגובה כאשר תערובת התגובה תתקרר מ-40 ל-, אם מקדם הטמפרטורה של התגובה הוא 2.7.

משימה מספר 11.לאיזוטופ המשמש לטיפול בגידולים מסוימים יש זמן מחצית חיים של 8.1 ימים. לאחר איזו שעה תפחת תכולת היוד הרדיואקטיבי בגוף החולה פי 5?

משימה מספר 12.הידרוליזה של הורמון סינתטי כלשהו (פרמצבטי) היא תגובה מסדר ראשון עם קבוע קצב של 0.25 (). כיצד ישתנה ריכוז הורמון זה לאחר חודשיים?

משימה מספר 13.זמן מחצית החיים של רדיואקטיבי הוא 5600 שנים. באורגניזם חי נשמרת כמות קבועה עקב חילוף החומרים. בשרידי ממותה, התוכן היה מהמקור. מתי חיה הממותה?

משימה מספר 14.זמן מחצית החיים של קוטל החרקים (חומר הדברה המשמש להדברת חרקים) הוא 6 חודשים. כמות מסוימת ממנו נכנסה למאגר, שם נקבע הריכוז מול/ליטר. כמה זמן לוקח לריכוז קוטלי החרקים לרדת לרמת המול/L?

משימה מספר 15.שומנים ופחמימות מתחמצנים בקצב ניכר בטמפרטורה של 450 - 500 מעלות, ובאורגניזמים חיים - בטמפרטורה של 36 - 40 מעלות. מה הסיבה לירידה החדה בטמפרטורה הנדרשת לחמצון?

משימה מספר 16.מי חמצן מתפרק בתמיסות מימיות לחמצן ומים. התגובה מואצת הן על ידי זרז אנאורגני (יון) והן על ידי זרז ביו-אורגני (אנזים קטלאז). אנרגיית ההפעלה של התגובה בהיעדר זרז היא 75.4 קילו ג'ל/מול. היון מפחית אותו ל-42 קילו ג'ל/מול, והאנזים קטלאז מפחית אותו ל-2 קילו ג'ל/מול. חשב את היחס בין קצבי התגובה בהיעדר זרז במקרים של נוכחות וקטלאז. איזו מסקנה ניתן להסיק לגבי פעילות האנזים? התגובה ממשיכה בטמפרטורה של 27 מעלות צלזיוס.

משימה מספר 17קבוע קצב הפירוק של פניצילין במכשיר קשר J/mol.

1.3. שאלות מבחן

1. הסבירו מה משמעות המונחים: קצב תגובה, קבוע קצב?

2. כיצד באה לידי ביטוי מהירות ממוצעת ואמיתית תגובה כימית?

3. למה הגיוני לדבר על קצב התגובות הכימיות רק לרגע נתון בזמן?

4. נסח את ההגדרה של תגובות הפיכות ובלתי הפיכות.

5. הגדירו את חוק הפעולה ההמונית. האם המשוואה המבטאת חוק זה משקפת את התלות של קצב התגובה באופי המגיבים?

6. כיצד קצב התגובה תלוי בטמפרטורה? מהי אנרגיית ההפעלה? מהן מולקולות פעילות?

7. אילו גורמים קובעים את קצב תגובה הומוגנית והטרוגנית? תן דוגמאות.

8. מה הסדר והמולקולריות של תגובות כימיות? באילו מקרים הם לא תואמים?

9. אילו חומרים נקראים זרזים? מהו מנגנון האצת הפעולה של זרז?

10. מהו המושג "הרעלת זרז"? אילו חומרים נקראים מעכבים?

11. מה נקרא שיווי משקל כימי? למה זה נקרא דינמי? אילו ריכוזים של מגיבים נקראים שיווי משקל?

12. מה נקרא קבוע שיווי המשקל הכימי? האם זה תלוי באופי החומרים המגיבים, ריכוזם, הטמפרטורה, הלחץ שלהם? מהן התכונות של הסימון המתמטי עבור קבוע שיווי המשקל במערכות הטרוגניות?

13. מהי הפרמקוקינטיקה של תרופות?

14. התהליכים המתרחשים עם התרופה בגוף מאופיינים מבחינה כמותית במספר פרמטרים פרמקוקינטיים. תן את העיקריים שבהם.

ככל שהטמפרטורה עולה, קצב תהליך כימי בדרך כלל עולה. בשנת 1879, המדען ההולנדי ג'יי ואן הוף ניסח כלל אמפירי: עם עלייה בטמפרטורה ב-10 K, קצב רוב התגובות הכימיות עולה פי 2-4.

סימון מתמטי של הכלל I. Van't Hoff:

γ 10 \u003d (k t + 10) / k t, כאשר k t הוא קבוע הקצב של התגובה בטמפרטורה T; k t+10 - קבוע קצב תגובה בטמפרטורה T+10; γ 10 - מקדם טמפרטורת Van't Hoff. ערכו נע בין 2 ל-4. עבור תהליכים ביוכימיים, γ 10 משתנה בין 7 ל-10.

כל התהליכים הביולוגיים מתרחשים בטווח טמפרטורות מסוים: 45-50 מעלות צלזיוס. הטמפרטורה האופטימלית היא 36-40 מעלות צלזיוס. בגופם של בעלי חיים בעלי דם חם, טמפרטורה זו נשמרת קבועה עקב ויסות החום של המערכת הביולוגית המתאימה. כאשר לומדים מערכות ביולוגיות, נעשה שימוש במקדמי טמפרטורה γ 2, γ 3, γ 5. לשם השוואה, הם מובאים ל- γ 10 .

התלות של קצב התגובה בטמפרטורה, בהתאם לכלל ואן הוף, יכולה להיות מיוצגת על ידי המשוואה:

V 2 /V 1 \u003d γ ((T 2 -T 1) / 10)

אנרגיית הפעלה.עלייה משמעותית בקצב התגובה עם עליית הטמפרטורה אינה יכולה להיות מוסברת רק על ידי עלייה במספר ההתנגשויות בין חלקיקים של חומרים מגיבים, שכן, בהתאם לתיאוריה הקינטית של גזים, מספר ההתנגשויות עולה מעט עם עליית הטמפרטורה. העלייה בקצב התגובה עם עליית הטמפרטורה מוסברת בכך שתגובה כימית אינה מתרחשת עם התנגשות כלשהי של חלקיקים של חומרים מגיבים, אלא רק עם מפגש של חלקיקים פעילים שיש להם את האנרגיה העודפת הדרושה ברגע ההתנגשות.

האנרגיה הדרושה כדי להפוך חלקיקים לא פעילים לחלקיקים פעילים נקראת אנרגיית הפעלה (Ea). אנרגיית הפעלה - עודף, בהשוואה לערך הממוצע, האנרגיה הנדרשת לכניסת חומרים מגיבים לתגובה בעת התנגשותם. אנרגיית ההפעלה נמדדת בקילו ג'אול למול (kJ/mol). בדרך כלל E הוא בין 40 ל-200 קילו ג'ל/מול.

דיאגרמת האנרגיה של התגובות האקסותרמיות והאנדותרמיות מוצגת באיור. 2.3. עבור כל תהליך כימי, ניתן להבחין בין המצב ההתחלתי, הביניים והסופי. בחלק העליון של מחסום האנרגיה, המגיבים נמצאים במצב ביניים הנקרא הקומפלקס המופעל, או מצב המעבר. ההבדל בין אנרגיית הקומפלקס המופעל לאנרגיה הראשונית של הריאגנטים הוא Ea, וההבדל בין אנרגיית תוצרי התגובה וחומרי המוצא (ריאגנטים) הוא ΔН, חום התגובה. אנרגיית ההפעלה, בניגוד ל-ΔH, היא תמיד ערך חיובי. עבור תגובה אקסותרמית (איור 2.3, א), התוצרים ממוקמים ברמת אנרגיה נמוכה יותר מאשר המגיבים (Ea< ΔН).

אורז. 2.3. דיאגרמות אנרגיה של תגובות: A - אקסותרמי B - אנדותרמי

א ב

Ea הוא הגורם העיקרי הקובע את קצב התגובה: אם Ea > 120 קילו ג'ל/מול (מחסום אנרגיה גבוה יותר, פחות חלקיקים פעילים במערכת), התגובה איטית; וכן להיפך, אם ע"א< 40 кДж/моль, реакция осуществляется с большой скоростью.

עבור תגובות הכוללות ביו-מולקולות מורכבות, יש לקחת בחשבון את העובדה שבקומפלקס מופעל שנוצר במהלך התנגשות חלקיקים, המולקולות חייבות להיות מכוונות בחלל בצורה מסוימת, שכן רק האזור המגיב של המולקולה עובר טרנספורמציה, שהיא קטן ביחס לגודלו.

אם ידועים קבועי הקצב k 1 ו- k 2 בטמפרטורות T 1 ו- T 2, ניתן לחשב את הערך של Ea.

בתהליכים ביוכימיים, אנרגיית ההפעלה קטנה פי 2-3 מאשר בתהליכים אנאורגניים. יחד עם זאת, ה-Ea של תגובות הכוללות חומרים זרים, קסנוביוטיקה, עולה באופן משמעותי על Ea של תהליכים ביוכימיים קונבנציונליים. עובדה זו היא ההגנה הביולוגית הטבעית של המערכת מפני השפעת חומרים זרים, כלומר. תגובות טבעיות לגוף מתרחשות בתנאים נוחים עם Ea נמוך, ועבור תגובות זרות, Ea גבוה. זהו מחסום גנטי המאפיין את אחד המאפיינים העיקריים של מהלך התהליכים הביוכימיים.

בעיה 336.
ב-150 מעלות צלזיוס, תגובה מסוימת מסתיימת תוך 16 דקות. לוקחים את מקדם הטמפרטורה של קצב התגובה השווה ל-2.5, חשב כמה זמן תגובה זו תסתיים אם היא תתבצע: א) ב-20 0 מעלות צלזיוס; ב) ב-80 מעלות צלזיוס.
הַחְלָטָה:
על פי כלל ואן הוף, התלות של המהירות בטמפרטורה מתבטאת במשוואה:

v t ו-k t - הקצב וקבוע הקצב של התגובה בטמפרטורה של t°C; v (t + 10) ו-k (t + 10) אותם ערכים בטמפרטורה (t + 10 0 C); - מקדם הטמפרטורה של קצב התגובה, שערכו עבור רוב התגובות נע בטווח של 2 - 4.

א) בהינתן שקצב התגובה הכימית בטמפרטורה נתונה הוא ביחס הפוך למשך מהלך שלה, אנו מחליפים את הנתונים הניתנים במצב הבעיה בנוסחה המבטאת באופן כמותי את כלל ואן הוף, נקבל :

ב) מכיוון שהתגובה הזו ממשיכה עם ירידה בטמפרטורה, אז בטמפרטורה נתונה קצב התגובה הזה עומד ביחס ישר למשך מהלך שלה, אנו מחליפים את הנתונים שניתנו במצב הבעיה בנוסחה המבטאת באופן כמותי את כלל ואן הוף, אנחנו מקבלים:

תשובה: א) ב-200 0 С t2 = 9.8 s; ב) ב-80 0 С t3 = 162 שעות 1 דקות 16 שניות.

בעיה 337.
האם ערך קבוע קצב התגובה ישתנה: א) בעת החלפת זרז אחד בזרז אחר; ב) מתי ריכוזי המגיבים משתנים?
הַחְלָטָה:
קבוע קצב התגובה הוא ערך התלוי באופי המגיבים, בטמפרטורה ובנוכחות זרזים, ואינו תלוי בריכוז המגיבים. זה יכול להיות שווה לקצב התגובה במקרה שבו ריכוזי המגיבים שווים לאחדות (1 מול/ליטר).

א) כאשר זרז אחד מוחלף באחר, קצב התגובה הכימית הנתונה ישתנה, או שהוא יגדל. אם נעשה שימוש בזרז, קצב התגובה הכימית יגדל, ואז, בהתאם, גם ערך קבוע קצב התגובה יגדל. שינוי בערך קבוע קצב התגובה יתרחש גם כאשר זרז אחד מוחלף באחר, מה שיגדיל או יקטין את קצב התגובה הזו ביחס לזרז המקורי.

ב) כאשר ריכוז המגיבים משתנה, ערכי קצב התגובה ישתנו, וערך קבוע קצב התגובה לא ישתנה.

בעיה 338.
האם ההשפעה התרמית של תגובה תלויה באנרגיית ההפעלה שלה? נמק את התשובה.
הַחְלָטָה:
ההשפעה התרמית של התגובה תלויה רק ​​במצב הראשוני והסופי של המערכת ואינה תלויה בשלבי הביניים של התהליך. אנרגיית הפעלה היא האנרגיה העודפת שצריכה להיות למולקולות של חומרים על מנת שהתנגשותן תוביל להיווצרות חומר חדש. ניתן לשנות את אנרגיית ההפעלה על ידי העלאה או הורדה של הטמפרטורה, בהתאמה הורדה או הגדלה שלה. זרזים מורידים את אנרגיית ההפעלה, ואילו מעכבים מורידים אותה.

לפיכך, שינוי באנרגיית ההפעלה מוביל לשינוי בקצב התגובה, אך לא לשינוי בחום התגובה. ההשפעה התרמית של תגובה היא ערך קבוע ואינה תלויה בשינוי באנרגיית ההפעלה של תגובה נתונה. לדוגמה, התגובה להיווצרות אמוניה מחנקן ומימן היא:

תגובה זו היא אקסותרמית, > 0). התגובה ממשיכה עם ירידה במספר מולות של חלקיקים מגיבים ומספר מולות של חומרים גזים, מה שמביא את המערכת ממצב פחות יציב ליציב יותר, האנטרופיה יורדת,< 0. Данная реакция в обычных условиях не протекает (она возможна только при достаточно низких температурах). В присутствии катализатора энергия активации уменьшается, и скорость реакции возрастает. Но, как до применения катализатора, так и в присутствии его тепловой эффект реакции не изменяется, реакция имеет вид:

בעיה 339.
לאיזו תגובה, ישירה או הפוכה, אנרגיית ההפעלה גדולה יותר אם התגובה הישירה ממשיכה עם שחרור החום?
הַחְלָטָה:
ההבדל בין אנרגיות ההפעלה של התגובות הישירות וההפוכות שווה לאפקט התרמי: H \u003d E a (pr.) - E a (arr.) . תגובה זו ממשיכה עם שחרור חום, כלומר. הוא אקסותרמי,< 0 Исходя из этого, энергия активации прямой реакции имеет меньшее значение, чем энергия активации обратной реакции:
E a(לדוגמה)< Е а(обр.) .

תשובה: E a(לדוגמה)< Е а(обр.) .

בעיה 340.
כמה פעמים יגדל קצב התגובה המתבצעת ב-298 K אם אנרגיית ההפעלה שלה תפחת ב-4 קילו ג'ל/מול?
הַחְלָטָה:
הבה נסמן את הירידה באנרגיית ההפעלה ב-Ea, ואת קבועי הקצב של התגובה לפני ואחרי הירידה באנרגיית ההפעלה, בהתאמה, ב-k ו-k. בעזרת משוואת Arrhenius נקבל:

E a היא אנרגיית ההפעלה, k ו-k" הם קבועי קצב התגובה, T היא הטמפרטורה ב-K (298).
החלפת נתוני הבעיה במשוואה האחרונה וביטוי אנרגיית ההפעלה בג'אול, אנו מחשבים את העלייה בקצב התגובה:

תשובה: 5 פעמים.

קצב התגובה הכימית תלוי בטמפרטורה, וככל שהטמפרטורה עולה, קצב התגובה עולה. המדען ההולנדי ואן'הוף הראה שכאשר הטמפרטורה עולה ב-10 מעלות, קצב רוב התגובות עולה פי 2-4;

VT 2 = VT 1 *y (T2-T1)/10

כאשר VT 2 ו-VT 1 הם קצבי התגובה בטמפרטורות T 2 ו-T 1; y הוא מקדם הטמפרטורה של קצב התגובה, המראה כמה פעמים קצב התגובה גדל עם עליית הטמפרטורה ב-10K.

בריכוז מגיב של 1 מול/ליטר, קצב התגובה שווה מספרית לקבוע הקצב k. ואז המשוואה מראה שקבוע הקצב תלוי בטמפרטורה באותו אופן כמו קצב התהליך.

3. כתוב גרסה של תגובת האלימינציה (אלימינציה) עם שחרור מימן הליד.

C 2 H 5 Cl \u003d C 2 H 4 + HCl

כרטיס מספר 4

1. מהי "מסה אטומית", "מסה מולקולרית", "שומה של חומר" ומה נחשבת יחידת מסה אטומית (א.מ.ו.)?

מסה אטומית - המסה של אטום ביחידות מסה אטומית (א.מ.ו.). ליחידה א. למשל, 1/12 מהמסה של איזוטופ פחמן-12 מתקבל.

א.א.מ. \u003d 1/12 מ' 12 6 C \u003d 1.66 * 10 -24

משקל מולקולרי - המסה המולרית של תרכובת, מתייחסת ל-1/12 מהמסה המולרית של אטום פחמן-12.

MOLE - כמות חומר המכילה אותו מספר של חלקיקים או יחידות מבניות (אטומים, יונים, מולקולות, רדיקלים, אלקטרונים, מקבילים וכו') כמו ב-12 א'. e.m. איזוטופ פחמן-12.

הנוסחה להגברת קצב התגובה בנוכחות זרז.

ניתן לשנות את הערך של Ea (אנרגיית הפעלה) באמצעות זרזים. חומרים שלוקחים חלק, אך אינם נצרכים בתהליך התגובה, נקראים זרזים. תופעה זו עצמה נקראת קטליזה. העלייה בקצב התגובה בנוכחות זרז נקבעת על ידי הנוסחה

תלוי אם הזרז נמצא באותו שלב כמו המגיבים או יוצר שלב עצמאי, מדברים על קטליזה הומוגנית או הטרוגנית. מנגנון הפעולה הקטליטי עבורם אינו זהה, אולם בשני המקרים התגובה מואצת עקב ירידה ב-Ea. ישנם מספר זרזים ספציפיים - מעכבים המפחיתים את קצב התגובה.

היכן הם הפרמטרים של התהליך הקטליטי, V, k, Ea- תהליך לא קטליטי.

כתבו את תגובות הבעירה של חומרים אי-אורגניים המכילים פחמן בחמצן, ציינו את חומר החמצון והחומר המצמצם, וכן את מצבי החמצון של הפחמן לפני ואחרי התגובה.

C - חומר מפחית, תהליך חמצון

O - חומר מחמצן, תהליך הפחתה

כרטיס מספר 5

1. מהי ה"אלקטרונגטיביות", "הערך", "מצב החמצון" של יסוד ומהם הכללים הבסיסיים לקביעתם?

OXIDATION STATE - המטען המותנה של אטום של יסוד, המתקבל בהנחה שהתרכובת מורכבת מיונים. זה יכול להיות חיובי, שלילי, אפס, שבר, והוא מסומן על ידי ספרה ערבית עם סימן "+" או "-" בצורת האינדקס הימני העליון של סמל היסוד: C 1-, O 2-, H + , Mg 2+, N 3-, N 5+ , Cr 6+ .

כדי לקבוע את מצב החמצון (s.o.) של יסוד בתרכובת (יון), נעשה שימוש בכללים הבאים:

1 בחומרים פשוטים (H2, S8, P4) עמ'. על אודות. שווה לאפס.

2 קבוע עמ. על אודות. יש יסודות אלקליין (E+) ואדמה אלקליין (E2+), כמו גם פלואור P-.

3 למימן ברוב התרכובות יש s. על אודות. H + (H2O, CH4, HC1), בהידרידים - H- (-NaH, CaH2); עם. על אודות. חמצן, ככלל, שווה ל-2 (O2-), בפרוקסידים (-O-O-) - 1 (O-).

4 בתרכובות בינאריות של לא-מתכות, שלילי עמ'. על אודות. מוקצה לרכיב בצד ימין).

5 סכום אלגברי עמ'. על אודות. מולקולה היא אפס, יון - המטען שלו.

היכולת של אטום להצמיד או להחליף מספר מסוים של אטומים אחרים נקראת VALENCE. מדד הערכיות הוא מספר אטומי המימן או החמצן המחוברים ליסוד, בתנאי שהמימן הוא אחד וחמצן דו ערכי.

משיקולים איכותיים, ברור שקצב התגובות צריך לעלות עם עליית הטמפרטורה, שכן במקרה זה, האנרגיה של החלקיקים המתנגשים עולה והסבירות שתתרחש טרנספורמציה כימית במהלך ההתנגשות עולה. לתיאור כמותי של השפעות טמפרטורה בקינטיקה כימית, נעשה שימוש בשני קשרים בסיסיים - חוק ואן הוף ומשוואת ארניוס.

הכלל של ואן הוףטמון בעובדה שכאשר מחומם ב-10 מעלות צלזיוס, קצב רוב התגובות הכימיות עולה פי 2-4. מבחינה מתמטית, זה אומר שקצב התגובה תלוי בטמפרטורה באופן חוק הכוח:

, (4.1)

היכן הוא מקדם הטמפרטורה של המהירות (= 24). הכלל של Van't Hoff הוא גס מאוד והוא ישים רק בטווח טמפרטורות מוגבל מאוד.

הרבה יותר מדויק הוא משוואת ארניוסמתאר את תלות הטמפרטורה של קבוע הקצב:

, (4.2)

איפה ר- קבוע גז אוניברסלי; א- גורם פרה-אקספוננציאלי, שאינו תלוי בטמפרטורה, אלא נקבע רק לפי סוג התגובה; E א - אנרגיית הפעלה, שניתן לאפיין כאנרגיית סף כלשהי: באופן גס, אם האנרגיה של חלקיקים מתנגשים קטנה מ- E א, אז התגובה לא תתרחש במהלך ההתנגשות אם האנרגיה עולה E א, התגובה תתרחש. אנרגיית ההפעלה אינה תלויה בטמפרטורה.

תלות גרפית ק(ט) כדלהלן:

בטמפרטורות נמוכות, תגובות כימיות כמעט אינן מתרחשות: ק(ט) 0. בטמפרטורות גבוהות מאוד, קבוע הקצב נוטה לערך הגבול: ק(ט)א. זה תואם את העובדה שכל המולקולות פעילות כימית וכל התנגשות מובילה לתגובה.

ניתן לקבוע את אנרגיית ההפעלה על ידי מדידת קבוע הקצב בשתי טמפרטורות. משוואה (4.2) מרמזת:

. (4.3)

ליתר דיוק, אנרגיית ההפעלה נקבעת מערכי קבוע הקצב במספר טמפרטורות. לשם כך, משוואת Arrhenius (4.2) נכתבת בצורה לוגריתמית

וכתוב את נתוני הניסוי בקואורדינטות ln ק - 1/ט. הטנגנס של השיפוע של הקו הישר שנוצר הוא - E א / ר.

עבור חלק מהתגובות, הגורם הפרה-אקספוננציאלי תלוי רק במעט בטמפרטורה. במקרה זה, מה שנקרא אנרגיית הפעלה ניסיונית:

. (4.4)

אם הגורם הפרה-אקספוננציאלי קבוע, אנרגיית ההפעלה הניסיונית שווה לאנרגיית ההפעלה של Arrhenius: האופ = E א.

דוגמה 4-1. באמצעות משוואת Arrhenius, העריכו באילו טמפרטורות ואנרגיות הפעלה חוקי ואן הוף תקפים.

הַחְלָטָה. הבה נציג את כלל ואן הוף (4.1) כתלות בחוק הכוח של קבוע הקצב:

,

איפה ב- ערך קבוע. הבה נשווה את הביטוי הזה עם משוואת Arrhenius (4.2), ניקח את הערך ~ ה = 2.718:

.

בואו ניקח את הלוגריתם הטבעי של שני החלקים של השוויון המשוער הזה:

.

אם נבדלים את הקשר המתקבל ביחס לטמפרטורה, אנו מוצאים את הקשר הרצוי בין אנרגיית ההפעלה לטמפרטורה:

אם אנרגיית ההפעלה והטמפרטורה עומדות בקירוב ביחס זה, אזי ניתן להשתמש בכלל הוואן'הוף כדי להעריך את השפעת הטמפרטורה על קצב התגובה.

דוגמה 4-2. תגובת הסדר הראשון ב-70°C הושלמה ב-40% תוך 60 דקות. באיזו טמפרטורה התגובה תושלם ב-80% תוך 120 דקות אם אנרגיית ההפעלה היא 60 קילו ג'ל/מול?

הַחְלָטָה. עבור תגובה מסדר ראשון, קבוע הקצב מבוטא במונחים של מידת ההמרה באופן הבא:

,

כאשר a = איקס/א- מידת הטרנספורמציה. אנו כותבים את המשוואה הזו בשתי טמפרטורות, תוך התחשבות במשוואת Arrhenius:

איפה E א= 60 קילו ג'ל/מול, ט 1 = 343K, ט 1 = 60 דקות, a 1 = 0.4, ט 2 = 120 דקות, a 2 = 0.8. חלקו משוואה אחת בשנייה וקחו את הלוגריתם:

החלפת הכמויות לעיל בביטוי זה, אנו מוצאים ט 2 \u003d 333 K \u003d 60 o C.

דוגמה 4-3. קצב ההידרוליזה החיידקית של שרירי הדגים מוכפל כאשר עוברים מטמפרטורה של -1.1 o C לטמפרטורה של +2.2 o C. הערך את אנרגיית ההפעלה של תגובה זו.

הַחְלָטָה. העלייה בקצב ההידרוליזה פי 2 נובעת מהעלייה בקבוע הקצב: ק 2 = 2קאחד . ניתן לקבוע את אנרגיית ההפעלה ביחס לקבועי הקצב בשתי טמפרטורות מתוך משוואה (4.3) עם ט 1 = ט 1 + 273.15 = 272.05K ט 2 = ט 2 + 273.15 = 275.35K:

130800 J/mol = 130.8 קילו-J/mol.

4-1. בעזרת כלל ואן הוף, חשב באיזו טמפרטורה תסתיים התגובה לאחר 15 דקות, אם ב-20 מעלות צלזיוס זה לוקח שעתיים. מקדם הטמפרטורה של הקצב הוא 3. (תשובה)

4-2. זמן מחצית החיים של חומר ב-323 K הוא 100 דקות, וב-353 K הוא 15 דקות. קבע את מקדם הטמפרטורה של המהירות. (תשובה)

4-3. מה צריכה להיות אנרגיית ההפעלה כדי שקצב התגובה יגדל פי 3 עם עלייה בטמפרטורה ב-10 0 С a) ב-300 K; ב) ב-1000 K? (תשובה)

4-4. לתגובה מסדר ראשון יש אנרגיית הפעלה של 25 קק"ל/מול ופקטור פרה-אקספוננציאלי של 5. 10 13 שניות -1 . באיזו טמפרטורה יהיה זמן מחצית החיים של תגובה זו: א) 1 דקה; ב) 30 יום? (תשובה)

4-5. באיזה משני המקרים קבוע קצב התגובה גדל פעמים רבות יותר: בחימום מ-0°C ל-10oC או בחימום מ-10oC ל-20oC? נמק את תשובתך באמצעות משוואת Arrhenius. (תשובה)

4-6. אנרגיית ההפעלה של תגובה כלשהי גדולה פי 1.5 מאנרגיית ההפעלה של תגובה אחרת. כאשר מחומם מ ט 1 ל ט 2 קבוע הקצב של התגובה השנייה גדל ב אפַּעַם. כמה פעמים עלה קבוע הקצב של התגובה הראשונה בחימום מ ט 1 ל ט 2? (תשובה)

4-7. קבוע הקצב של תגובה מורכבת מתבטא במונחים של קבועי הקצב של השלבים היסודיים כדלקמן:

הביעו את אנרגיית ההפעלה ואת הגורם הפרה-אקספוננציאלי של תגובה מורכבת במונחים של הכמויות המתאימות הקשורות לשלבים היסודיים (תשובה)

4-8. בתגובה בלתי הפיכה מסדר 1 תוך 20 דקות ב-125 מעלות צלזיוס, מידת ההמרה של חומר המוצא הייתה 60%, וב-145 מעלות צלזיוס הושגה אותה דרגת המרה תוך 5.5 דקות. מצא את קבועי הקצב ואנרגיית ההפעלה של תגובה זו. (תשובה)

4-9. התגובה של הסדר הראשון בטמפרטורה של 25 מעלות צלזיוס מסתיימת ב-30% תוך 30 דקות. באיזו טמפרטורה התגובה תושלם ב-60% תוך 40 דקות אם אנרגיית ההפעלה היא 30 קילו ג'ל/מול? (תשובה)

4-10. התגובה של הסדר הראשון בטמפרטורה של 25 מעלות צלזיוס מסתיימת ב-70% תוך 15 דקות. באיזו טמפרטורה התגובה תושלם ב-50% תוך 15 דקות אם אנרגיית ההפעלה היא 50 קילו ג'ל/מול? (תשובה)

4-11. קבוע הקצב של התגובה מסדר ראשון הוא 4.02. 10 -4 s -1 ב-393 K ו-1.98 . 10 -3 s -1 ב-413 K. חשב את הגורם הפרה-אקספוננציאלי עבור תגובה זו. (תשובה)

4-12. עבור התגובה H 2 + I 2 2HI, קבוע הקצב בטמפרטורה של 683 K הוא 0.0659 ליטר / (מול דקה), ובטמפרטורה של 716 K - 0.375 ליטר / (מול דקה). מצא את אנרגיית ההפעלה של תגובה זו ואת קבוע הקצב בטמפרטורה של 700 K. (תשובה)

4-13. עבור התגובה 2N 2 O 2N 2 + O 2, קבוע הקצב בטמפרטורה של 986 K הוא 6.72 ליטר / (מול דקה), ובטמפרטורה של 1165 K - 977.0 ליטר / (מול דקה). מצא את אנרגיית ההפעלה של תגובה זו ואת קבוע הקצב בטמפרטורה של 1053.0 K. (תשובה)

4-14. יון טריכלורואצטט בממיסים מייננים המכילים H + מתפרק לפי המשוואה

H + + CCl 3 COO - CO 2 + CHCl 3

השלב הקובע את הקצב הוא הביקוע המונומולקולרי של הקשר C-C ביון הטריכלורואצטט. התגובה ממשיכה בסדר הראשון, ולקבועי הקצב יש את הערכים הבאים: ק= 3.11 . 10 -4 ש' -1 ב-90 o C, ק= 7.62. 10 -5 s -1 ב-80 o C. חשב א) אנרגיית הפעלה, ב) קבוע קצב ב-60 o C. (תשובה)

4-15. עבור התגובה CH 3 COOC 2 H 5 + NaOH * CH 3 COONa + C 2 H 5 OH, קבוע הקצב בטמפרטורה של 282.6 K הוא 2.307 ליטר / (מול דקה), ובטמפרטורה של 318.1 K - 21.65 l /(מול. דקות). מצא את אנרגיית ההפעלה של תגובה זו ואת קבוע הקצב בטמפרטורה של 343 K. (תשובה)

4-16. עבור התגובה C 12 H 22 O 11 + H 2 O C 6 H 12 O 6 + C 6 H 12 O 6, קבוע הקצב בטמפרטורה של 298.2 K הוא 0.765 ליטר / (מול דקה), ובטמפרטורה של 328.2 K - 35.5 ליטר/(מול דקה). מצא את אנרגיית ההפעלה של תגובה זו ואת קבוע הקצב בטמפרטורה של 313.2 K. (תשובה)

4-17. החומר מתפרק בשני נתיבים מקבילים עם קבועי קצב ק 1 ו ק 2. מה ההבדל בין אנרגיות ההפעלה של שתי התגובות הללו, אם ב-10 מעלות צלזיוס ק 1 /ק 2 = 10, וב-40 מעלות צלזיוס ק 1 /ק 2 = 0.1? (תשובה)

4-18. בשתי תגובות באותו סדר, ההבדל באנרגיות ההפעלה הוא ה 2 - ה 1 = 40 קילו ג'ל/מול. בטמפרטורה של 293 K, היחס בין קבועי הקצב הוא ק 1 /ק 2 \u003d 2. באיזו טמפרטורה יהיו קבועי הקצב שווים? (תשובה)

4-19. פירוק חומצה דיקרבוקסילית אצטון בתמיסה מימית היא תגובה מסדר ראשון. קבועי הקצב של תגובה זו נמדדו בטמפרטורות שונות:

חשב את אנרגיית ההפעלה ואת הגורם הפרה-אקספוננציאלי. מהו זמן מחצית החיים ב-25 מעלות צלזיוס?