Раздел 9. Кинетика химических реакций и катализ.

1. Приведите определения порядка и молекулярности реакции.

2. Приведите определения скорости химической реакции и константы скорости.

3. Как зависит константа скорости реакции первого порядка от температуры, времени и концентрации реагирующего вещества?

4. Изобразите кинетические кривые для веществ А и В в случае реакции первого порядка: А   В. В какой системе координат зависимость концентрации от времени для исходного вещества линейна?

5. Изобразите кинетические кривые для веществ А и В в случае реакции первого порядка: А   В, если начальная концентрация В равно нулю. Каков физический смысл абсциссы точки пересечения кривых?

6. При протекании реакции второго порядка А + В   продукты при температуре Т1 через 1 мин осталась половина начального количества вещества А. Как рассчитать, какая часть начального количества вещества А останется через 2 мин?

7. Вы изучаете кинетику реакции 2A + B P. Предложите схему эксперимента для определения константы скорости и порядка реакции по веществам А и В. В каком случае можно сделать вывод о том, что данная реакция является простой?

8. Скорость газофазной реакции между веществами А и В равна W = k[A][B]. Сумма парциальных давлений А и В постоянна. При каком соотношении исходных веществ начальная скорость реакции будет максимальной?

9. Полупериод радиоактивного распада 14С равен 5730 годам. Археологический образец содержал древесину, которая имела только 72% 14С по отношению к живым деревьям. Каков возраст образца, если радиоактивный распад является реакцией 1 порядка?

10. Выведите соотношение для времени полупревращения 1/2 для реакции порядка n.

11. Выведите соотношение для времени превращения исходного вещества на 4/5 для реакции порядка n.

12. Для необратимой реакции n-го порядка между соединениями, взятыми в стехиометрическом отношении, определите (в общем виде) время, за которое исходное вещество превратится на 1/3 от начального количества.

13. Для необратимой реакции n-го порядка между соединениями, взятыми в стехиометрическом отношении, определите (в общем виде) время, за которое исходное вещество превратится на 3/4 от начального количества.

14. Для необратимой реакции n-го порядка между соединениями, взятыми в стехиометрическом отношении, определите (в общем виде) время, за которое исходное вещество превратится на 1/4 от начального количества.

15. Для необратимой реакции n-го порядка между соединениями, взятыми в стехиометрическом отношении, определите (в общем виде) время, за которое исходное вещество превратится на 2/3 от начального количества.

16. Необратимая реакция имеет целочисленный порядок в интервале от одного до трех. Отношение времен превращения на кратную часть

  1/2 1/4 = 3, где 1/2 и 1/4 время превращения реагента на 50% и 25% соответственно. Чему равен порядок этой реакции?

17. Необратимая реакция имеет целочисленный порядок в интервале от одного до трех. Отношение времен превращения на кратную часть

  1/2 3/4 = 0.5, где 1/2 и 3/4 время превращения реагента на 50% и 75% соответственно. Чему равен порядок этой реакции?

18. Необратимая реакция имеет целочисленный порядок в интервале от одного до трех. Отношение времен превращения на кратную часть

  1/2 3/4 = 0.2, где 1/2 и 3/4 время превращения реагента на 50% и 75% соответственно. Чему равен порядок этой реакции?

19. Найдите отношение времен превращения исходного вещества на половину и на одну четвертую часть в реакции 2-го порядка.

20. Для реакции, имеющей целочисленный порядок, отношение времени полупревращения исходного вещества ко времени превращения его на 3/4 равно 1/3. Найдите порядок реакции.

21. При проведении каталитической реакции разложения фосфина с начальным давлением фосфина Р0 его время полупревращения было равно 1/2, при уменьшении Р0 в n раз время полупревращения уменьшилось также в n раз. Найдите порядок реакции.

22. При изменении начальной концентрации вещества с 0.2 до 0.6 моль/л его период полураспада уменьшился с 6 часов до 40 минут. Найдите порядок реакции и константу скорости.

23. В реакции при возрастании начальной концентрации вещества в 3 раза его период полураспада уменьшился в 3 раза. Константа скорости реакции равна 0.0001 л/моль.с. Какой порядок имеет реакция и какую начальную концентрацию следует взять, чтобы вещество распалось на 50% за 16 мин 40 с?

24. В кинетическом эксперименте определялась зависимость времени полупревращения исходного вещества 1/2 от его начальной концентрации С0. Эта зависимость описывается уравнением ln 1/2 = a + blnC0, где a и b - константы. Найдите порядок реакции, если а) b= -  1, б)b=0, в)b=1.

25. Оцените величину энергии активации для химических реакций, к которым применимо правило Вант-Гоффа при 250С.

26. Вам известна энергия активации химической реакции. Во сколько раз возрастет скорость химической реакции при нагревании реакционной смеси с 25 0С до 35 0С при одинаковой концентрации исходных веществ?

27. Скорость химической реакции при охлаждении реакционной смеси с 55 0С до 35 0С при одинаковой концентрации исходных веществ упала в n раз. Как определить энергию активации химической реакции?

28. Экспериментально измерена скорость реакции при нескольких температурах. При каких дополнительных условиях непосредственно из этих данных можно определить опытную энергию активации этой реакции?

29. Время полупревращения вещества А по реакции первого порядка при температуре Т1 равно (1/2)1, а при температуре Т2 равно (1/2)2. Можно ли на основании приведенных данных рассчитать константу скорости этой реакции при Т3, если Т1 <  Т2 <  Т3. Ответ обосновать.

30. Для необратимой химической реакции nu.lc.gif (53 bytes)А   В получена кинетическая кривая для вещества А при температуре Т. Предложите три способа расчета порядка и константы скорости этой реакции. Нужны ли дополнительные данные для определения энергии активации этой реакции?

31. Для необратимой химической реакции nu.lc.gif (53 bytes)А   В получены кинетические кривые при одинаковой начальной концентрации вещества А при трех температурах (Т1 <  Т2 <  Т3). Изобразите кинетические кривые для исходного вещества при трех температурах. Как из этих данных, не определяя порядок реакции, определить ее энергию активации?

32. Как изменится значение абсциссы точки пересечения кинетических кривых для веществ А и В в случае реакции первого порядка: А   В (начальная концентрация В равно нулю), если температуру проведения реакции увеличить? Ответ обосновать.

33. Рассчитать отношение скоростей превращения вещества А по реакции второго порядка при увеличении температуры от 27 до 370 С, если температурный коэффициент константы скорости равен 2, а начальные концентрации вещества А равны 2 моль/л при 270 С и 1 моль/л при 370 С.

34. В системе протекают следующие реакции: 1) А   В и 2) А   С с константами скоростей для каждой стадии k1 и k2 соответственно, причем k2 = 2k1, а энергии активации этих реакций одинаковы. Изобразите кинетические кривые для всех трех веществ, если в начальный момент времени концентрация вещества А была равна 3 моль/л, а вещества В и С отсутствовали. Как изменится вид этих зависимостей, если температуру опыта увеличить?

35. Известна константа скорости элементарной реакции 2A + B P при температуре T1. Предложите схему расчета скорости реакции при температуре T2 при заданных концентрациях веществ A и B, если известна энергия активации ЕА. Сделайте проверку размерности получаемых величин. Во сколько раз увеличится скорость a) при увеличении концентрации А в два раза, б) при увеличении концентрации В в два раза?

36. Время полупревращения вещества А по реакции второго порядка при начальной концентрации А1 и температуре Т1 равно (1/2)1, а при температуре Т2 и той же начальной концентрации А1 равно (1/2)2. Определить, будет ли время полупревращения при Т1 больше, меньше или равно времени полупревращения при Т2 , если Т1 <  Т2. Ответ обосновать.

37. Для реакции 1-го порядка константа скорости при 303.2 К равна 0.0022 мин-1, а при 308.2 К равна 0.0041 мин-1. Найдите энергию активации реакции и время, в течение которого разложится 75% исходного вещества при 308.2 К.

38. Для некоторой необратимой химической реакции получена температурная зависимость времени превращения реагента на 50% от исходной концентрации: 1/2 = f(T). Как по этим данным можно определить энергию активации реакции? Какие условия проведения эксперимента необходимо соблюдать?

39. Для некоторой необратимой химической реакции получена температурная зависимость времени превращения реагента на 25% от исходной концентрации: 1/4 = f(T). Как по этим данным можно определить энергию активации реакции? Какие условия проведения эксперимента необходимо соблюдать?

40. Для некоторой необратимой химической реакции получена температурная зависимость времени превращения реагента на 75% от исходной концентрации: 3/4 = f(T). Как по этим данным можно определить энергию активации реакции? Какие условия проведения эксперимента необходимо соблюдать?

41. Константа скорости реакции следующим образом зависит от температуры (см. рис.). Какие выводы можно сделать об опытной энергии активации этой реакции? Можно ли эти выводы распространить на реакцию, протекающую с заметной скоростью только в присутствии фермента?

42. Изобразите кинетические кривые для веществ А, В и С в случае реакции: А   В   С.

43. Для обработки экспериментальных данных в кинетике ферментативных реакций используют уравнение Михаэлиса-Ментен в линейной форме. Изобразите соответствующую зависимость и объясните, как найти константу Михаэлиса и максимальную скорость реакции.

44. Какой порядок имеет ферментативная реакция, кинетика которой описывается уравнением Михаэлиса-Ментен, относительно концентрации фермента? Зависит ли порядок этой реакции от концентрации субстрата?