Файл: Берлянд часть 1.doc

Вариант №18*

1. В ходе реакции окисления аммиака

4NH_3(газ)  3O_2(газ)  2N_2(газ)  6H₂O_(жидк.)

образовалось 2,24 л азота и при этом выделилось 76,5 кДж теплоты. Вычислить NH₃, если H₂O  286 кДж/моль.

2. Рассчитать стандартную энтальпию реакции:

3C₂H_2(газ)  C₆H_6(жидк.)

по следующим данным:

2C₂H_2(газ)  5O_2(газ)  4CO_2(газ)  2H₂O_(жидк.) H⁰  2600 кДж;

C₆H_6(газ)  7,5O_2(газ)  6CO_2(газ)  3H₂O_(жидк.) H⁰  3302 кДж;

3. Константа диссоциации уксусной кислоты равна 1,810^5. Вычислить изменение энергии Гиббса при диссоциации уксусной кислоты.

БЛОК ИНФОРМАЦИИ

СКОРОСТЬ ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ

Математический аппарат химической термодинамики позволяет определять тепловые эффекты химических реакций и прогнозировать направление протекания процессов, но при этом важнейшая для практики величина  время, за которое протекает процесс  не рассматривается в рамках классической термодинамики.

Раздел химии, изучающий скорости и механизмы химических процессов, называется химической кинетикой.

Знание законов химической кинетики необходимо врачу, чтобы:

1) глубже понимать суть процессов, протекающих в организме;

2) определять оптимальные промежутки времени между приемами лекарственного средства;

3) оценивать остаточное количество токсиканта в организме.

Основы химической кинетики Факторы, влияющие на скорость химической реакции

Основная величина в химической кинетике  скорость реакции. В общем случае, скорость химической реакции // определяется изменением количества реагирующего вещества в единицу времени:

Для гомогенной (однородной) системы средняя скорость химической реакции измеряется количеством веществ, вступивших в реакцию или образующихся в результате реакции за единицу времени в единице объема системы. Иными словами, в данном случае скорость реакции определяется изменением концентраций реагирующих веществ в единицу времени:

Истинная скорость гомогенной реакции, т.е., скорость реакции в данный момент времени, рассчитывается по уравнению:

Концентрации реагирующих веществ принято выражать в моль/л, а время – в секундах, минутах или часах. Если время измерять в секундах, то размерность скорости гомогенной реакции: [моль∙л^1∙с^1].

Для гетерогенной (неоднородной) системы скорость химической реакции измеряется количеством веществ, вступивших в реакцию или образующихся в результате реакции за единицу времени на единице поверхности раздела фаз:

Размерность скорости гетерогенной реакции: [моль∙м^–2∙с^–1].

Скорость химической реакции зависит от природы реагирующих веществ, их концентрации, температуры и наличия катализатора. В некоторых случаях на скорость реакции оказывают влияние давление (если реакция протекает в газовой фазе), природа растворителя (если реакция протекает в растворе) и вид излучения (солнечная энергия, радиоактивное излучение). Скорость гетерогенных реакций зависит также от площади поверхности соприкосновения реагирующих веществ.

1. Зависимость скорости реакции от концентраций реагентов.

Влияние концентраций реагирующих веществ на скорость реакции выражается основным законом химической кинетики или законом действующих масс:

Скорость химической реакции, протекающей при постоянной температуре в гомогенной среде, пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ в степенях, равных коэффициентам, стоящим перед формулами этих веществ в уравнении реакции.

Так, для реакции, протекающей по уравнению:

aA  bB  cC  dD,

скорости прямой и обратной реакций определяются выражениями:

где k₁ и k₂ – константы скоростей прямой и обратной реакций.

Необходимо отметить, что данное определение справедливо только для простых реакций, т.е., для реакций, в которых порядок реакции совпадает со стехиометрическими коэффициентами уравнения реакции и может быть равен молекулярности.

Уравнения, выражающие зависимость скорости химических реакций от концентраций реагентов, называют кинетическими.

Коэффициент пропорциональности k называют константой скорости химической реакции.

Величина k зависит от природы реагирующих веществ, температуры, наличия катализатора и не зависит от концентрации реагирующих веществ. Физический смысл константы скорости реакции заключается в следующем: она равна скорости реакции в случае, если концентрации всех реагирующих веществ равны и составляют 1 моль/л.

Например:

H_2(газ)  I_2(газ) ⇄ 2HI_(газ)

;

.

Если система гетерогенна, то концентрация твердой фазы в кинетическом уравнении учитывается в значении константы скорости (т.е., в явном виде в уравнении не присутствует):

S_(тв) + O_2(газ) ⇄ SO_2(газ)

;

.

2. Зависимость скорости реакции от температуры.

При повышении температуры скорость реакции, как правило, увеличивается. Эта закономерность может быть выражена уравнением:

где и  скорости реакций при температурах и ;

γ  температурный коэффициент скорости реакции (температурный коэффициент Вант-Гоффа), который показывает во сколько раз возрастает скорость данной реакции при повышении температуры на 10⁰.

Для большинства реакций  = 2-4. В таких случаях выполняется правило Вант-Гоффа:

При повышении температуры на каждые 10⁰ скорость химической реакции возрастает в 2-4 раза.

Для ферментативных процессов, протекающих в биосистемах,  больше 4 (обычно около 7).

Основное влияние температура оказывает на константу скорости реакции. Эта зависимость выражается уравнением Аррениуса:

где: k – константа скорости реакции;

А – частотный фактор, отражающий число столкновений между реагирующими молекулами в единице объема в единицу времени;

R – универсальная газовая постоянная (8,31 Джмоль^1К^1);

T – температура по Кельвину (273 + t⁰С);

E_a – энергия активации, кДж/моль.

3. Энергия активации

Важным понятием в химической кинетике является энергия активации:

Энергия активации представляет тот избыток энергии, которым должны обладать молекулы взаимодействующих веществ по отношению к средней энергии молекул.

Химическое взаимодействие, как правило, начинается с разрыва или ослабления связи между атомами в молекулах реагирующих веществ. Этот процесс осуществляется путем столкновения молекул. Однако далеко не все столкновения заканчиваются химической реакцией. Так, в реакции разложения йодоводорода, протекающей при комнатной температуре, эффективным (т.е., приводящим к химической реакции) является лишь одно столкновение из 210¹⁷ столкновений молекул.