Енергія активації реакції, завдання 341

Завдання 341.
Чому дорівнює енергія активації реакції, якщо при підвищенні температури від 290 до 300 К швидкість її збільшиться в 2 рази?
Рішення:
З рівняння Арреніуса знаходимо:

Ea - енергія активації, k і k '- константи швидкості реакції, Т - температура в К (298). З огляду на, що відбувається підвищення температури реакції від 290 К до 300 К, рівняння можна перетворити, отримаємо:

Завдання 342.
Яке значення енергії активації реакції, швидкість якої при 300 К в 10 разів більше, ніж при 280 К?
Рішення:
З рівняння Арреніуса знаходимо:

Ea - енергія активації, k і k '- константи швидкості реакції, Т - температура в К (298). З огляду на залежність константи швидкості реакції від зміни температури, отримаємо:

Підставляючи в останнє рівняння дані завдання і, висловлюючи енергію активації в джоулях, отримаємо:

Завдання 343.
Енергія активації реакції O3 (г) + NO (г) → O2 (г) + NO2 (г) дорівнює 10 кДж / моль. У скільки разів зміниться швидкість реакції при підвищенні температури від 27 до 37 0 С?
Рішення:
З рівняння Арреніуса знаходимо:

Ea - енергія активації, k і k '- константи швидкості реакції, Т - температура в К (298). З огляду на залежність константи швидкості реакції від зміни температури, отримаємо:

Підставляючи в останнє рівняння дані завдання і, висловлюючи енергію активації в джоулях, отримаємо:

Остаточно знаходимо: k / k '= 1,14.

Завдання 344.
Чи залежить температурний коефіцієнт швидкості реакції від значення енергії активації? Відповідь обґрунтувати.
Рішення:
Згідно з правилом Вант-Гоффа, залежність швидкості реакції від температури визначається рівнянням:

Тут vt і kt - швидкість і константа швидкості реакції при температурі t ° С; v (t + 10) і k (t + 10) ті ж величини при температурі (t + 10 0 C); - температурний коефіцієнт швидкості реакції, значення якого для більшості реакцій лежить в межах 2 - 4 (правило Вант-Гоффа).

Зростання швидкості реакції з ростом температури прийнято характеризувати температурним коефіцієнтом швидкості реакції - числом, що показує, у скільки разів зросте швидкість даної реакції при підвищенні температури системи на 10 градусів. Температурний коефіцієнт різних реакцій різний. У той же час кожна реакція характеризується певним бар'єром енергії; для його подолання необхідна енергія активації - надлишкова енергія, якою повинні володіти молекули при даній температурі, для того щоб їх зіткнення привело б до утворення нової речовини. Залежність константи швидкості реакції (k) від енергії активації (Ea кДж / моль) виражається рівнянням Арреніуса: або, де

Еа - енергія активації. k і k '- константи швидкості реакції, Т - температура в К (298). З огляду на залежність константи швидкості реакції від зміни температури, отримаємо:

З чого випливає, що чим менше енергія активації і вище температура, тим більше константа швидкості реакції і k '/ k.

У стандартних умовах енергія активації різних реакцій різна і вона залежить від природи реагуючих речовин.

Таким чином, температурний коефіцієнт () не залежить від енергія активації (Ea).

Завдання 345.
Чи залежить значення енергії активації реакції в разі гетерогенного каталізу від площі поверхні каталізатора і від її структури?
Рішення:
Відомо, що каталізатор знижує енергію активації реакції, чим довше активність каталізатора, тим більше зниження енергії активації реакції спостерігається в присутності каталізатора.

При гетерогенному каталізі реакція протікає на поверхні каталізатора. Звідси випливає, що активність каталізатора залежить від величини поверхні (площі) його і властивостей цієї поверхні. Найчастіше використовують пористу структуру (пемза, азбест і ін.). Щоб збільшити активність даного каталізатора, потрібно збільшити площу зіткнення його з реагентом. Застосовують каталізатори з різною структурою поверхні (пористу, порошкову, у вигляді кілець, трубок і т.п.).

Таким чином, зі збільшенням площі поверхні твердого каталізатора збільшується його активність і, відповідно, значно зменшується енергія активація каталізуються реакції.

Завдання 346.
Реакція 2Н2 (г) + О2 (г) = 2Н2 О (г) протікає з виділенням теплоти. Однак для того, щоб реакція почалася, вихідну суміш газів треба нагріти. Як це пояснити?
Рішення:
Дана реакція є екзотермічної, але для початку перебігу реакції необхідно додатково підігріти суміш водню і кисню. Це можна пояснити тим, що енергія активації реакції занадто велика (більше 120 кДж / моль), значить лише тільки мала частина зіткнень молекул водню і кисню один з одним призводить до їх взаємодії. Для того щоб збільшити число активних зіткнень необхідно вихідну суміш нагріти, тобто підвищити температуру системи, що викличе розрив або ослаблення зв'язків між атомами молекул газів. При нагріванні суміші Н 2 і О 2 в відношенні 2. 1 відбувається вибух. Пояснюється це тим, що з атомів водню і кисню, спочатку утворилися при підігріванні газової суміші, утворюються радикали * ОН, які легко реагують з молекулою Н 2 з утворенням молекул Н 2 О і * Н. Останній реагує з молекулою О2 з утворенням радикалів * Про *. і * ОН. У свою чергу, атом кисню, реагуючи з молекулою Н 2. породжує радикали * Н і * ОН, при зіткненні яких утворюється молекула Н 2 О.

Таким чином, при нагріванні суміші водню і кисню відбувається збільшення утворення активних частинок (* О *. * Н, * ОН), що породжує ланцюгову реакцію, і швидкість її різко зростає, відбувається вибух суміші газів.

  • Ви тут:
  • Головна
  • завдання
  • Хімія-Глінка
  • Ентропія реакції | Завдання 303 - 307