Лесникова Н.П. Физическая химия. Самостоятельное решение задач по химической термодинамике, электрохимии и кинетике
Подождите немного. Документ загружается.
231
В. Выведите соотношение между опытной энергией актива-
ции, Е
а
и энергиями отдельных стадий Е
1
, Е
2
и Е
3
при выполнении
условия k
2
¬ k
3
.
3.33. Рассматривают следующий механизм процесса:
k
1
A + B C + D C + E
2
k
F ,
k
-1
где С – неустойчивое промежуточное соединение.
А. Получите кинетическое уравнение скорости образования
продукта F.
Б. При каком условии скорость реакции выражается соот-
ношением
.
dt
EBA
k
dt
Fd
w
3.34. Для объяснения каталитического действия ионов меди в
реакции восстановления бихромата калия водородом был предложен
следующий механизм:
k
1
Cu
2+
+ H
2
CuH
+
+ H
+
k
-1
CuH
+
+ Cu
2+
2
k
2 Cu
+
+ H
+
14 H
+
+ 6 Cu
+
+ Cr
2
O
7
2-
3
k
2 Cr
3+
+ 6 Cu
2+
+ 7 H
2
O
Установлено, что k
3
¬ k
1
, k
-1
и k
2
.
Получите кинетическое уравнение скорости реакции в зависи-
мости от концентраций ионов меди (II), Н
+
и Н
2
, полагая, что
[CuH
+
] мала и стационарна.
3.35. Для суммарной химической реакции А → В + 1/2D пред-
ложен следующий механизм:
А
1
k
В + С А + С
2
k
В + D
Получите кинетическое уравнение скорости образования
продукта D, полагая, что концентрация промежуточного соединения
С мала и постоянна во времени.
232
3.36. Для реакции в водном растворе NH
2
NO
2
→ H
2
O + N
2
O
(r)
k
1
NH
2
NO
2
+ H
2
O
½ ½
NHNO
2
+ H
3
O
+
(мгновенная)
k
-1
½
NHNO
2
2
k
N
2
O + OH
½
(медленная)
OH
½
+ H
3
O
+
3
k
2H
2
O (очень быстрая)
Предполагался выше представленный механизм процесса.
Получите кинетическое уравнение скорости суммарной ре-
акции, включающее концентрацию ионов ОН
½
.
3.37. При изучении брутто – реакции восстановления ионов
Fe
3+
, согласно суммарному уравнению, Fe
3+
+ I
½
→ Fe
2+
+ 1/2 I
2
предложен следующий механизм:
k
1
Fe
3+
+ I½ FeI
2+
k
2
k
3
FeI
2+
+ I ½ Fe
2+
+ I
2
½
k
4
FeI
3+
+ I
2
½
5
k
Fe
2+
+ I
2
А. Выведите кинетическое уравнение скорости образования
I
2
, применив принцип квазистационарных концентраций к очень
реакционноспособным промежуточным соединениям FeI
2+
и I
2
½
.
В. Какой вид примет кинетическое уравнение скорости при
выполнении условия
Ik
3
š
2
k ? Какой порядок имеет реакция в на-
чальный момент времени t = 0?
3.38. Для обратимой реакции первого порядка
A
B
BA
k
k
1
1
известно, что
12
1
10
ck и при равновесии соотношение
.4
A
B
Определить концентрацию вещества В через 30 с, если начальные
концентрации реагирующих веществ равны
.0;01,0
0
0
ВМА
233
3.39. Для обратимой реакции
B
A
C
CBA
k
k
1
1
известны следующие данные двух опытов:
.3,3,5,0
;0,2,1,0
мкстоМВА
мкстоМВА
Определить значения
,,
1
1
kk .
3.40. Превращение γ – оксимасляной кислоты (А) в γ – лактон
(В), протекающее в водной среде, является обратимой мономолеку-
лярной реакцией
.;
11
ABBA
kk
В результате проведенных экспериментов были получены сле-
дующие данные по количеству прореагировавшей кислоты:
время, мин 21 50 100 120 160 220
убыль кислоты,
Х, (моль/м
3
)
2,41 4,96 8,11 8,90 10,35 11,55 13,28
Начальная концентрация γ – оксимасляной кислоты (А) С
0,А
= 18,23
моль/м
3
. Определить константы скорости прямой и обратной реак-
ций, а также константу равновесия.
3.41. Из опытных данных получены значения константы скоро-
сти прямой
1
k и обратной
1
k реакции при двух температурах:
.2;2
2
2
2
2
11
IHHIHIIH
kk
T, K k
1
[л¶моль
-1
¶с
-1
]
k
-1
[л¶моль
-1
¶с
-1
]
556 4,45¶10
-5
3,52¶10
-7
629 2,53¶10
-3
3,02¶10
-5
Определить энергию активации и теплоту реакции.
3.42. Для некоторой обратимой реакции первого порядка были
получены следующие данные изменения степени превращения
,%х от времени
минt, :
234
t 0 0,5 1,0 1,5 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0
x 0 20 33 43 50 58 63 65 67 67
Определить константы скорости прямой реакции
1
k и обрат-
ной реакции
1
k .
3.43. Реакция образования этилового эфира муравьиной кисло-
ты (обратимая реакция), протекающая в большом избытке спирта и
воды, может быть представлена уравнением:
.
52252
HHCOOCOHOHHCHCOOH
В таблице представлены данные одного опыта, позволившие
определить константу скорости обратной реакции
1
k , значение
которой равно 0,175¶10
-5
мин
-1
.
время, мин 0 1700 10000 14000 20000
количество
кислоты
29,84 28,59 26,77 23,06 21,28
Определить константу скорости прямой реакции
1
k .
3.43. Параллельная реакция первого порядка протекает по
двум направлениям:
.
22
11
,
,
C
A
BA
xk
xk
Для этой реакции известны следующие данные:
.0,10;0
;0,100;1,0
1
2,0,0
1
1,0
ckcc
ckMc
CB
A
Определить время полупревращения вещества А , а также те-
кущие концентрации веществ В и С ко времени
мс
t
1
.
3.44. Для параллельной реакции первого порядка:
.
22
11
,
,
C
A
BA
xk
xk
235
известно, что время превращения вещества А на
6
1
равно 2 мин;
выход продукта С составляет 15%. Определить константы скорости
реакций .,
2
1
kk
3.45. Для трех параллельных реакций
OOHHOH
OHHOH
OHHOH
k
k
k
2
2
2
222
3
2
1
2
Найдено соотношение констант скоростей:
.11,0:27,0:62,0::
321
kkk
Определить отношение концентраций продуктов реакции ко
времени
.
t
Список литературы
1. Краткий справочник физико-химических величин / под
ред. А. А. Равделя и А. М. Пономаревой. – М. ООО šТИД šАз-
bookŸ, 2009. – 240 с.
2. Основы электрохимии: учеб. пособие для студентов высш.
учеб. заведений / В. М, Байрамов; под ред. В. В. Лунина. – М.: Из-
дат. центр šАкадемияŸ, 2005. – 240 с.
3. Основы кинетики и катализа: учеб. пособие для студентов
высш. учеб. заведений / В. М, Байрамов; под ред. В. В. Лунина. – М.:
Издат. центр šАкадемияŸ, 2003. – 256 с.
4. Химическая кинетика и катализ. Примеры и задачи с ре-
шениями: учеб. пособие для студентов высш. учеб. заведений / В. М,
Байрамов; под ред. В. В. Лунина. – М.: Издат. центр šАкадемияŸ,
2003. –320 с.
5. Основы физической химии. Теория и задачи: учеб. посо-
бие для вузов / В. В. Еремин, С. И. Каргов, И. А. Успенская, Н. Е.
Кузьменко, В. В. Лунин. – М.: Экзамен, 2005. – 480 с.
6. Физическая химия / А. Г. Стромберг, Д. П. Семченко. –
М.: Высш. шк., 1999. – 528 с.
7. Физическая химия: в 2 кн. / под ред. К. С. Краснова. –
М.: Высш. шк., 2001. – Кн. 1. – 512 с. Кн. 2. – 320 с.
236
237
238