온도 계수 공식 화학. 반응속도의 온도계수를 이용한 반응속도 계산

온도 및 반응 속도

일정한 온도에서 상호작용하는 분자들이 일정량의 에너지를 가지고 있으면 반응이 가능하다. Arrhenius는 이것을 초과 에너지라고 불렀습니다. 활성화 에너지 , 그리고 분자 자체 활성화.

Arrhenius에 따르면 속도 상수는 케이및 활성화 에너지 에이 Arrhenius 방정식이라는 관계로 연결됩니다.

여기 ㅏ는 전 지수 인자이며, 아르 자형는 보편적인 기체 상수이고, 티절대온도이다.

따라서 일정한 온도에서 반응 속도는 다음을 결정합니다. 에이. 더 에이, 활성 분자의 수가 적을수록 반응이 느리게 진행됩니다. 감소할 때 에이속도가 증가하고 에이= 0 반응은 순간적으로 진행됩니다.

값 에이반응 물질의 특성을 특성화하고 의존성에서 실험적으로 결정됩니다. 케이 = 에프(티). 방정식 (5.3)을 대수 형식으로 작성하고 두 온도에서 상수에 대해 풀면 다음을 찾습니다. 에이:

γ는 속도의 온도 계수입니다. 화학 반응. van't Hoff 규칙은 γ 값이 온도와 지역 외부에 의존하기 때문에 적용이 제한적입니다. 에이= 50–100 kJ ∙ mol–1 이 규칙은 전혀 충족되지 않습니다.

무화과에. 5.4 초기 제품을 활성 상태(A * - 활성화된 복합체)로 전환하는 데 소비된 에너지가 최종 제품으로 전환하는 동안 전체 또는 부분적으로 다시 방출되는 것을 볼 수 있습니다. 초기 제품과 최종 제품의 에너지 차이는 Δ를 결정합니다. 시간활성화 에너지에 의존하지 않는 반응.

따라서 초기 상태에서 최종 상태로 가는 과정에서 시스템은 에너지 장벽을 극복해야 합니다. 충돌 순간에 필요한 에너지 초과를 소유하는 활성 분자는 다음과 같습니다. 에이, 이 장벽을 극복하고 화학적 상호 작용에 들어갈 수 있습니다. 온도가 상승함에 따라 반응 매질에서 활성 분자의 비율이 증가합니다.

지수 전 승수ㅏ총 충돌 횟수를 나타냅니다. 단순 분자와의 반응용 ㅏ이론적 충돌 크기에 가깝습니다. 지, 즉. ㅏ = 지기체의 운동 이론에서 계산됩니다. 복잡한 분자의 경우 ㅏ ≠ 지, 그래서 입체적 요소를 도입할 필요가 있다 피:

여기 지는 모든 충돌의 수이고, 피공간적으로 유리한 충돌의 비율(0에서 까지의 값을 취함)은 활성, 즉 에너지적으로 유리한 충돌의 비율입니다.

비율 상수의 차원은 관계식에서 얻습니다.

식(5.3)을 분석하면 반응을 가속화할 수 있는 두 가지 근본적인 가능성이 있다는 결론에 도달합니다.
a) 온도 상승,
b) 활성화 에너지의 감소.

"화학적 역학. 온도 및 반응 속도"주제에 대한 작업 및 테스트

• 화학 반응 속도. 촉매 - 8-9학년 과정의 화학 반응 및 패턴 분류

  수업: 5 과제: 8 퀴즈: 1

반응 과정에 영향을 미치는 요인

인체에서는 살아있는 세포에서 수천 가지 효소 반응이 일어납니다. 그러나 다단계 프로세스 체인에서 개별 반응 속도의 차이는 상당히 큽니다. 따라서 세포에서 단백질 분자의 합성에는 전달 RNA 합성과 리보솜 합성이라는 두 가지 이상의 단계가 더 선행됩니다. 그러나 tRNA 분자의 농도가 2배가 되는 시간은 1.7분, 단백질 분자는 17분, 리보솜은 170분입니다. 느린(제한) 단계의 전체 프로세스 속도, 이 예에서는 리보솜 합성 속도입니다. 제한 반응의 존재는 셀에서 발생하는 수천 가지 반응을 제어하는 ​​데 높은 신뢰성과 유연성을 제공합니다. 관찰을 계속하고 그들 중 가장 느린 것만 규제하는 것으로 충분합니다. 다단계 합성 속도를 제어하는 ​​이러한 방법을 최소 원리라고 합니다. 크게 단순화하고 더 많은 것을 만들 수 있습니다. 안정적인 시스템세포 자동 조절.

역학에 사용되는 반응의 분류: 반응, 균질, 이질 및 미세 이질; 단순하고 복잡한 반응(병렬, 순차, 접합, 연쇄). 반응의 기본 행동의 분자. 운동 방정식. 반응 순서. 반감기

미세 이질 반응 -

반응의 분자성은 반응의 기본 작용에서 화학적 상호 작용을 시작하는 분자의 수에 의해 결정됩니다. 이를 기반으로 반응은 단분자, 이분자 및 삼분자로 나뉩니다.

그러면 A -> B 유형의 반응은 단분자가 됩니다. 예를 들면 다음과 같습니다.

a) C 16 H 34 (t ° C) -> C g H 18 + C 8 H 16 - 탄화수소 분해 반응;

b) CaCO 3 (t ° C) -> CaO + CO 2 - 탄산칼슘의 열분해.
A + B -> C 또는 2A -> C -와 같은 반응은 이분자입니다. 예를 들면 다음과 같습니다.
a) C + 0 2 -> CO 2; b) 2Н 2 0 2 -> 2Н 2 0 + 0 2 등

삼분자 반응은 다음 유형의 일반 방정식으로 설명됩니다.

a) A + B + C D; b) 2A + B D; 다) 3A D.

예: a) 2Н 2 + 0 2 2Н 2 0; b) 2NO + H 2 N 2 O + H 2 O.

분자도에 따른 반응 속도는 다음 방정식으로 표현됩니다. a) V = k C A - 단분자 반응의 경우; b) V \u003d에서 C A C로 또는 c) V \u003d에서 C 2 A - 이분자 반응의 경우; d) V \u003d k C C in C e) V \u003d k C 2 A C in 또는 e) V \u003d k C 3 A - 삼분자 반응의 경우.

분자도는 하나의 기본 화학 작용에서 반응하는 분자의 수입니다.

종종 반응의 분자성을 확립하기가 어렵기 때문에 보다 공식적인 기호(화학 반응의 순서)가 사용됩니다.

반응 차수는 반응물의 농도에 대한 반응 속도의 의존성을 표현하는 방정식(운동 방정식)에서 농도 지수의 합과 같습니다.

반응의 순서는 반응 메커니즘, 즉 반응의 "초기적 작용"(분자성 기호의 정의 참조)이 확립되기 어렵다는 사실로 인해 분자성과 일치하지 않는 경우가 가장 많습니다.

이 입장을 설명하는 여러 예를 고려해 보겠습니다.

1. 결정의 용해 속도는 반응의 단분자 특성에도 불구하고 0차 역학 방정식으로 설명됩니다. AgCl(TB) -> Ag + + Cl", V = k C(AgCl(TB p = k " C(AgCl(ra)) - p - 밀도는 일정한 값, 즉 용출속도는 용존물질의 양(농도)에 의존하지 않는다.

2. 자당 가수분해 반응: CO + H 2 0 -> C 6 H 12 0 6 (포도당) + C 6 H 12 0 6 (과당)은 이분자 반응이지만 그 동역학은 1차 동역학으로 설명됩니다. 방정식 : V \u003d k * C cax , 신체를 포함한 실험 조건에서 물의 농도는 일정한 값 С(Н 2 0) - const입니다.

3.
촉매의 참여로 진행되는 과산화수소의 분해 반응은 금속 백금의 무기 이온 Fe 3+, Cu 2+ 및 카탈라아제와 같은 생물학적 효소가 모두 일반적인 형태:

2H 2 0 2 -\u003e 2H 2 0 + O e, 즉, 이분자입니다.

농도에 대한 반응 속도의 의존성. 1차, 2차 및 0차 반응의 운동 방정식. 반응의 속도 및 속도 상수를 결정하기 위한 실험적 방법.

온도에 대한 반응 속도의 의존성. 반트 호프 법칙. 반응 속도의 온도 계수와 생화학 공정의 특징.

γ는 반응 속도의 온도 계수입니다.

γ 값의 물리적 의미는 10도마다 온도 변화에 따라 반응 속도가 몇 배나 변하는지를 나타내는 것입니다.

15. 능동 충돌 이론의 개념. 반응의 에너지 프로파일; 활성화 에너지; 아레니우스 방정식. 입체적 요인의 역할. 전이 상태 이론의 개념.

속도 상수, 활성화 에너지 및 온도의 관계는 Arrhenius 방정식으로 설명됩니다. k T \u003d k 0 *Ae ~ E / RT, 여기서 kt 및 k 0은 온도 T에서의 속도 상수이고 T ee는 자연 로그 A는 입체 인자입니다.

입체 인자 A는 분자의 활성 중심에서 두 개의 반응 입자가 충돌할 확률을 결정합니다. 이 요인은 특히 중요성바이오폴리머와의 생화학적 반응용. 산-염기 반응에서 H + 이온은 말단 카르복실기 -COO와 반응해야 하지만 H + 이온과 단백질 분자의 모든 충돌이 이 반응으로 이어지는 것은 아닙니다. 고분자의 포인트는 활성 센터라고 불리는 효과적입니다.

Arrhenius 방정식에서 속도 상수가 높을수록 활성화 에너지 E는 낮아지고 공정 온도 T는 높아집니다.

문제 336.
150°C에서 일부 반응은 16분 내에 완료됩니다. 반응 속도의 온도 계수를 2.5로 하여 이 반응이 수행되는 경우 이 반응이 종료되는 시간을 계산합니다. a) 20 0 °C; b) 80°C에서
해결책:
van't Hoff 규칙에 따르면 온도에 대한 속도의 의존성은 다음 방정식으로 표현됩니다.

v t 및 k t - t°C의 온도에서 반응의 속도 및 속도 상수; v (t + 10) 및 k (t + 10) 온도 (t + 10 0 C)에서 동일한 값; - 반응 속도의 온도 계수, 대부분의 반응에 대한 값은 2 - 4 범위에 있습니다.

a) 주어진 온도에서 화학 반응의 속도가 진행 시간에 반비례한다는 점을 감안할 때 문제의 조건에서 주어진 데이터를 반 호프 규칙을 정량적으로 표현하는 공식으로 대입하면 다음을 얻습니다. :

b) 이 반응은 온도가 감소하면서 진행되기 때문에 주어진 온도에서 이 반응의 속도는 진행 시간에 정비례하므로 문제의 조건에서 주어진 데이터를 정량적으로 표현하는 공식으로 대입합니다 van't Hoff 규칙에 따라 다음을 얻습니다.

답변: a) 200 0 С t2 = 9.8 초에서; b) 80 0 С t3 = 162시간 1분 16초에서

문제 337.
반응 속도 상수의 값은 다음과 같이 변경됩니까? a) 한 촉매를 다른 촉매로 교체할 때 b) 반응물의 농도가 변할 때?
해결책:
반응속도상수는 반응물의 성질, 온도, 촉매의 존재 여부에 따라 달라지는 값으로 반응물의 농도에 의존하지 않는다. 반응물의 농도가 1(1 mol/l)일 때의 반응 속도와 같을 수 있습니다.

a) 한 촉매가 다른 촉매로 대체될 때 주어진 화학 반응의 속도는 변하거나 증가할 것입니다. 촉매를 사용하면 화학 반응의 속도가 증가하므로 반응 속도 상수의 값도 증가합니다. 반응 속도 상수 값의 변화는 한 촉매가 다른 촉매로 대체될 때도 발생하며, 이는 원래 촉매에 비해 이 반응 속도를 증가 또는 감소시킵니다.

b) 반응물의 농도가 변하면 반응속도의 값은 변하고 반응속도상수 값은 변하지 않는다.

문제 338.
반응의 열 효과는 활성화 에너지에 따라 달라지나요? 대답을 정당화하십시오.
해결책:
반응의 열 효과는 시스템의 초기 및 최종 상태에만 의존하며 공정의 중간 단계에는 의존하지 않습니다. 활성화 에너지는 물질 분자가 충돌하여 새로운 물질을 형성하기 위해 가져야 하는 과잉 에너지입니다. 활성화 에너지는 온도를 높이거나 낮추고, 각각 낮추거나 높여서 변경할 수 있습니다. 촉매는 활성화 에너지를 낮추고 억제제는 활성화 에너지를 낮춥니다.

따라서 활성화 에너지의 변화는 반응 속도의 변화로 이어지지만 반응열의 변화는 아닙니다. 반응의 열 효과는 일정한 값이며 주어진 반응에 대한 활성화 에너지의 변화에 ​​의존하지 않습니다. 예를 들어, 질소와 수소로부터 암모니아가 생성되는 반응은 다음과 같습니다.

이 반응은 발열 반응입니다. > 0). 반응은 반응하는 입자의 몰 수와 기체 물질의 몰 수가 감소하여 진행되어 시스템이 덜 안정한 상태에서 더 안정적인 상태로 바뀌면 엔트로피가 감소하고,< 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:

문제 339.
직접 반응이든 역반응이든 어떤 반응에 대해 직접 반응이 열 방출과 함께 진행되는 경우 활성화 에너지가 더 큰가요?
해결책:
직접 반응과 역반응의 활성화 에너지의 차이는 열 효과와 같습니다. H \u003d E a (pr.) - E a (arr.) . 이 반응은 열 방출과 함께 진행됩니다. 발열성이며,< 0 Исходя из этого, энергия активации прямой реакции имеет меньшее значение, чем энергия активации обратной реакции:
에이(예)< Е а(обр.) .

답변:에이(예)< Е а(обр.) .

문제 340.
활성화 에너지가 4kJ/mol 감소하면 298K에서 진행되는 반응 속도는 몇 배나 증가합니까?
해결책:
활성화 에너지의 감소를 Ea로 표시하고 활성화 에너지 감소 전후의 반응 속도 상수를 각각 k와 k로 표시합니다. 아레니우스 방정식을 사용하여 다음을 얻습니다.

E a는 활성화 에너지, k 및 k"는 반응 속도 상수, T는 K(298) 단위의 온도입니다.
문제의 데이터를 마지막 방정식에 대입하고 활성화 에너지를 줄로 표현하면 반응 속도의 증가를 계산합니다.

답변: 5 회.

화학 반응의 속도는 온도에 따라 달라지며 온도가 올라갈수록 반응 속도가 빨라집니다. 네덜란드 과학자 Van't Hoff는 온도가 10도 상승하면 대부분의 반응 속도가 2-4배 증가한다는 것을 보여주었습니다.

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

여기서 VT 2 및 VT 1은 온도 T 2 및 T 1에서의 반응 속도입니다. y는 반응속도의 온도계수로, 온도가 10K 증가할 때 반응속도가 몇 배나 증가하는지를 나타낸다.

1 mol/l의 반응물 농도에서 반응 속도는 수치적으로 속도 상수 k와 같습니다. 그러면 방정식은 속도 상수가 공정의 속도와 같은 방식으로 온도에 의존한다는 것을 보여줍니다.

3. 할로겐화수소 방출과 함께 제거(제거) 반응의 변형을 작성하십시오..

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

티켓 번호 4

1. "원자 질량", "분자 질량", "물질의 몰"이란 무엇이며 원자 질량 단위(a.m.u.)로 간주되는 것은 무엇입니까?

ATOMIC MASS - 원자 질량 단위(a.m.u.)의 원자 질량. 단위당. 예를 들어, 탄소 12 동위 원소 질량의 1/12이 허용됩니다.

오전 \u003d 1/12 m 12 6 C \u003d 1.66 * 10 -24

MOLECULAR WEIGHT - 화합물의 몰 질량으로, 탄소 12 원자의 몰 질량의 1/12를 나타냅니다.

MOLE - 12a에서와 같은 수의 입자 또는 구조 단위(원자, 이온, 분자, 라디칼, 전자, 등가물 등)를 포함하는 물질의 양. e.m. 동위 원소 탄소 12.

촉매가 있을 때 반응 속도를 높이는 공식.

촉매를 사용하여 Ea(활성화 에너지) 값을 변경할 수 있습니다. 반응 과정에 참여하지만 소비되지 않는 물질을 촉매라고 합니다. 이 현상 자체를 촉매라고 합니다. 촉매 존재 시 반응 속도의 증가는 다음 식에 의해 결정됩니다.

촉매가 반응물과 동일한 상인지 또는 독립 상을 형성하는지에 따라 균질 또는 불균일 촉매라고 합니다. 촉매 작용의 메커니즘은 동일하지 않지만 두 경우 모두 Ea의 감소로 인해 반응이 가속화됩니다. 반응 속도를 감소시키는 억제제인 ​​많은 특정 촉매가 있습니다.

여기서 촉매 공정의 매개변수는 V, k, Ea-비촉매 공정입니다.

탄소 함유 무기 물질이 산소에서 연소되는 반응을 기술하여 산화제와 환원제, 반응 전후의 탄소 산화 상태를 나타냅니다.

C - 환원제, 산화공정

O - 산화제, 환원 공정

티켓 번호 5

1. 원소의 "전기음성도", "가", "산화상태"는 무엇이며 이를 결정하는 기본 규칙은 무엇입니까?

산화 상태 - 화합물이 이온으로 구성되어 있다고 가정하여 얻은 원소 원자의 조건부 전하. 양수, 음수, 0, 분수일 수 있으며 요소 기호의 오른쪽 상단 색인 형태로 "+" 또는 "-" 기호가 있는 아라비아 숫자로 표시됩니다: C 1-, O 2-, H + , Mg 2+, N 3-, N 5+ , Cr 6+ .

화합물(이온)에 있는 원소의 산화 상태(s.o.)를 결정하기 위해 다음 규칙이 사용됩니다.

1 단순 물질(H2, S8, P4) p. 에 대한. 0과 같습니다.

2 상수 p. 에 대한. 알칼리(E+) 및 알칼리 토류(E2+) 원소와 불소 P-를 가지고 있습니다.

3 대부분의 화합물의 수소에는 s가 있습니다. 에 대한. H + (H2O, CH4, HCl), 수소화물 - H-(-NaH, CaH2); 에서. 에 대한. 산소는 일반적으로 과산화물(-O-O-) - 1(O-)에서 -2(O2-)와 같습니다.

4 비금속의 이원 화합물에서 음수 p. 에 대한. 오른쪽 요소에 할당됨).

5 대수합 p. 에 대한. 분자는 0이고 이온은 전하입니다.

특정 수의 다른 원자를 부착하거나 대체하는 원자의 능력을 VALENCE라고 합니다. 원자가의 척도는 수소가 1이고 산소가 2가인 경우 원소에 부착된 수소 또는 산소 원자의 수입니다.

문제 336.
150°C에서 일부 반응은 16분 내에 완료됩니다. 반응 속도의 온도 계수를 2.5로 하여 이 반응이 수행되는 경우 이 반응이 종료되는 시간을 계산합니다. a) 20 0 °C; b) 80°C에서
해결책:
van't Hoff 규칙에 따르면 온도에 대한 속도의 의존성은 다음 방정식으로 표현됩니다.

v t 및 k t - t°C의 온도에서 반응의 속도 및 속도 상수; v (t + 10) 및 k (t + 10) 온도 (t + 10 0 C)에서 동일한 값; - 반응 속도의 온도 계수, 대부분의 반응에 대한 값은 2 - 4 범위에 있습니다.

a) 주어진 온도에서 화학 반응의 속도가 진행 시간에 반비례한다는 점을 감안할 때 문제의 조건에서 주어진 데이터를 반 호프 규칙을 정량적으로 표현하는 공식으로 대입하면 다음을 얻습니다. :

b) 이 반응은 온도가 감소하면서 진행되기 때문에 주어진 온도에서 이 반응의 속도는 진행 시간에 정비례하므로 문제의 조건에서 주어진 데이터를 정량적으로 표현하는 공식으로 대입합니다 van't Hoff 규칙에 따라 다음을 얻습니다.

답변: a) 200 0 С t2 = 9.8 초에서; b) 80 0 С t3 = 162시간 1분 16초에서

문제 337.
반응 속도 상수의 값은 다음과 같이 변경됩니까? a) 한 촉매를 다른 촉매로 교체할 때 b) 반응물의 농도가 변할 때?
해결책:
반응속도상수는 반응물의 성질, 온도, 촉매의 존재 여부에 따라 달라지는 값으로 반응물의 농도에 의존하지 않는다. 반응물의 농도가 1(1 mol/l)일 때의 반응 속도와 같을 수 있습니다.

a) 한 촉매가 다른 촉매로 대체될 때 주어진 화학 반응의 속도는 변하거나 증가할 것입니다. 촉매를 사용하면 화학 반응의 속도가 증가하므로 반응 속도 상수의 값도 증가합니다. 반응 속도 상수 값의 변화는 한 촉매가 다른 촉매로 대체될 때도 발생하며, 이는 원래 촉매에 비해 이 반응 속도를 증가 또는 감소시킵니다.

b) 반응물의 농도가 변하면 반응속도의 값은 변하고 반응속도상수 값은 변하지 않는다.

문제 338.
반응의 열 효과는 활성화 에너지에 따라 달라지나요? 대답을 정당화하십시오.
해결책:
반응의 열 효과는 시스템의 초기 및 최종 상태에만 의존하며 공정의 중간 단계에는 의존하지 않습니다. 활성화 에너지는 물질 분자가 충돌하여 새로운 물질을 형성하기 위해 가져야 하는 과잉 에너지입니다. 활성화 에너지는 온도를 높이거나 낮추고, 각각 낮추거나 높여서 변경할 수 있습니다. 촉매는 활성화 에너지를 낮추고 억제제는 활성화 에너지를 낮춥니다.

따라서 활성화 에너지의 변화는 반응 속도의 변화로 이어지지만 반응열의 변화는 아닙니다. 반응의 열 효과는 일정한 값이며 주어진 반응에 대한 활성화 에너지의 변화에 ​​의존하지 않습니다. 예를 들어, 질소와 수소로부터 암모니아가 생성되는 반응은 다음과 같습니다.

이 반응은 발열 반응입니다. > 0). 반응은 반응하는 입자의 몰 수와 기체 물질의 몰 수가 감소하여 진행되어 시스템이 덜 안정한 상태에서 더 안정적인 상태로 바뀌면 엔트로피가 감소하고,< 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:

문제 339.
직접 반응이든 역반응이든 어떤 반응에 대해 직접 반응이 열 방출과 함께 진행되는 경우 활성화 에너지가 더 큰가요?
해결책:
직접 반응과 역반응의 활성화 에너지의 차이는 열 효과와 같습니다. H \u003d E a (pr.) - E a (arr.) . 이 반응은 열 방출과 함께 진행됩니다. 발열성이며,< 0 Исходя из этого, энергия активации прямой реакции имеет меньшее значение, чем энергия активации обратной реакции:
에이(예)< Е а(обр.) .

답변:에이(예)< Е а(обр.) .

문제 340.
활성화 에너지가 4kJ/mol 감소하면 298K에서 진행되는 반응 속도는 몇 배나 증가합니까?
해결책:
활성화 에너지의 감소를 Ea로 표시하고 활성화 에너지 감소 전후의 반응 속도 상수를 각각 k와 k로 표시합니다. 아레니우스 방정식을 사용하여 다음을 얻습니다.

E a는 활성화 에너지, k 및 k"는 반응 속도 상수, T는 K(298) 단위의 온도입니다.
문제의 데이터를 마지막 방정식에 대입하고 활성화 에너지를 줄로 표현하면 반응 속도의 증가를 계산합니다.

답변: 5 회.