1. Основные понятия и постулаты химической кинетики
Химическая кинетика - раздел физической химии, изучающий скорости химических реакций. Основные задачи химической кинетики: 1) расчет скоростей реакций и определение кинетических кривых, т.е. зависимости концентраций реагирующих веществ от времени (прямая задача); 2) определение механизмов реакций по кинетическим кривым (обратная задача).
Скорость химической реакции описывает изменение концентраций реагирующих веществ в единицу времени. Для реакции
aA + bB + ... dD + eE + ...
скорость реакции определяется следующим образом:
,
где квадратные скобки обозначают концентрацию вещества (обычно измеряется в моль/л), t - время; a, b, d, e - стехиометрические коэффициенты в уравнении реакции.
Скорость реакции зависит от природы реагирующих веществ, их концентрации, температуры и наличия катализатора. Зависимость скорости реакции от концентрации описывается основным постулатом химической кинетики - законом действующих масс:
Скорость химической реакции в каждый момент времени пропорциональна текущим концентрациям реагирующих веществ, возведенным в некоторые степени:
,
где k - константа скорости (не зависящая от концентрации); x, y - некоторые числа, которые называют порядком реакции по веществам A и B, соответственно. Эти числа в общем случае никак не связаны с коэффициентами a и b в уравнении реакции. Сумма показателей степеней x + y называется общим порядком реакции. Порядок реакции может быть положительным или отрицательным, целым или дробным.
Большинство химических реакций состоит из нескольких стадий, называемых элементарными реакциями. Под элементарной реакцией обычно понимают единичный акт образования или разрыва химической связи, протекающий через образование переходного комплекса. Число частиц, участвующих в элементарной реакции, называют молекулярностью реакции. Элементарные реакции бывают только трех типов: мономолекулярные (A rarrow.gif (63 bytes) B + ...), бимолекулярные (A + B rarrow.gif (63 bytes) D + ...) и тримолекулярные (2A + B rarrow.gif (63 bytes) D + ...). Для элементарных реакций общий порядок равен молекулярности, а порядки по веществам равны коэффициентам в уравнении реакции.
ПРИМЕРЫ
Пример 1-1. Скорость образования NO в реакции 2NOBr(г) rarrow.gif (63 bytes) 2NO(г) + Br2(г) равна 1.6. 10-4 моль/(л. с). Чему равна скорость реакции и скорость расходования NOBr?
Решение. По определению, скорость реакции равна:
моль/(л. с).
Из этого же определения следует, что скорость расходования NOBr равна скорости образования NO с обратным знаком:
моль/(л. с).
Пример 1-2. В реакции 2-го порядка A + B rarrow.gif (63 bytes) D начальные концентрации веществ A и B равны, соответственно, 2.0 моль/л и 3.0 моль/л. Скорость реакции равна 1.2. 10-3 моль/(л. с) при [A] = 1.5 моль/л. Рассчитайте константу скорости и скорость реакции при [B] = 1.5 моль/л.
Решение. По закону действующих масс, в любой момент времени скорость реакции равна:
.
К моменту времени, когда [A] = 1.5 моль/л, прореагировало по 0.5 моль/л веществ A и B, поэтому [B] = 3 – 0.5 = 2.5 моль/л. Константа скорости равна:
л/(моль. с).
К моменту времени, когда [B] = 1.5 моль/л, прореагировало по 1.5 моль/л веществ A и B, поэтому [A] = 2 – 1.5 = 0.5 моль/л. Скорость реакции равна:
моль/(л. с).
1. Газоподібна речовина знебарвлює розчин калій перманганату. На згоряння 1 л такої речовини витрачається кисень об’ємом 4,5 л (н. у.) і утворюється карбон(IV) оксид об’ємом 3 л. Визначте його формулу. Напишіть рівняння полімеризації цієї речовини.
V(СхН2х)=1 л
V(О2)=4,5 л
СхН2х -?
СхН2х загальна формула алкенів
Запишемо рівняння горіння
С хН2 х +1,5 х О2= х СО2 + х Н2О
По рівнянню видно, що на спалювання 1 л алкену іде 1,5х л О2, а по умові це число 4,5. тому ми можемо записати 1,5х=4,5 Звідси х= 3. Тоді формула С3Н6 пропен.
n Н3С-НС=СН2 → -(-НС(СН3)-СН2-)- n поліпропілен
2. У процесі згоряння сполуки кількістю речовини 0,5 моль утворився вуглекислий газ кількістю речовини 2,5 моль. Визначте молекулярну формулу речовини. Напишіть рівняння її одержання.
n(СхНу)=0,5 моль (клас сполуки не вказано)
n (СО2)=2,5 моль
(СхНу)-?
Запишемо співідношення кількостей всіх речовин
n(СхНу): n(СО2)=0,5:2,5=1: 5 ( це коефіцієнти в рівнянні горіння)
С хНу + О2= 5 СО2 + Н2О
Формула речовини С5Н10 пентен( перед СО2 стоїть 5)
3. Унаслідок згоряння алкену кількістю речовини 0,25 моль виділився карбон(IV) оксид об’ємом 44,8 л (н. у.). Густина його парів за азотом дорівнює 4. Визначте формулу цієї речовини, зобразіть структурні формули ізомерів цієї речовини.
n(СхН2х)=0,25 моль
V(СО2)=44,8 л
D(N2)=4 ( в умові невірно вказана густина )
(СхН2х)-?
Молярна маса М(реч)= D(N2)*М(N2)=4*28=112 г/моль
Знаходимо кількість речовини СО2
n(СО2)= V/ Vм=44,8/22,4=2 моль
Запишемо співідношення кількостей всіх речовин
n(СхН2х): n(СО2)=0,25:2=1: 8 це коефіцієнти в рівнянні горіння)
С хН2х + О2= 8 СО2 + Н2О
Формула речовини С8Н16 октен( перед СО2 стоїть 8) М С8Н16=112 г/моль
4. Арен масою 1,56 г повністю спалили в атмосфері кисню. Утворився карбон(IV) оксид масою 5,28 г. Відносна густина парів цієї речовини за гелієм дорівнює 19,5. Визначте формулу арена, напишіть його структурну формулу.
m СхН2х-6=1.56 г
m СО2=5.28 г
D(Не)=19,5
формула-?
n=m/M
Молярна маса М(реч)= D(Не)*М(Не)=4*19,5=78 г/моль
Знаходимо кількість речовини арену та СО2
n реч= m/M=1,56/78=0,02 моль
n СО2= 5,28/44=0,12 моль,
Запишемо співідношення кількостей всіх речовин
n(СхН2х-6): n(СО2)=0,02:0,12=1: 6 це коефіцієнти в рівнянні горіння)
СхН2х-6 + (1,5х-1,5)О2=6СО2 + (х-3)Н2О ,
підставляємо 6 в загальну формулу аренів і одержуємо
С6Н6, бензол М=12*6+6=78 г/моль
Дано:
m (Na2CO3) = 10,8 г
HNO3 (избыток)
Найти: m(CO2)
10,8 г х г
Na2CO3 + 2HNO3 = CO2 + 2NaNO3 + H2O
106 г 44 г
Произведем расчет массы углекислого газа:
10,8 г -- х г
106 г -- 44 г
х = 10,8 г ∙ 44 г\106 г = 4,48 г
ответ: m(СО2) = 4,48 г