ЗАДАЧА 4. Химическая кинетика

Для заданной химической реакции nА + mВ ® A_nB_m

Т 1, К	Т 2, К	k 1	k 2	t, мин	С0, моль/л
		5 .10-5 л2×моль-2×с-1	2 .10-1 л2×моль-2×с-1		0,1

1. Рассчитайте энергию активации по значениям констант скорости реакции k ₁ и k ₂ при температурах Т ₁ и Т ₂, соответственно. Дайте определение и предложите способы изменения энергии активации.

Зависимость константы скорости реакции от температуры определяется уравнением Аррениуса:

где R = 8,31 Дж/(моль×К) – универсальная газовая постоянная.

Для заданной химической реакции:

ln(2 ^.10^-1 / 5 ^.10^-5) = Е _акт ^. (400 - 330) / 8,31^. 400 ^. 330, решаем уравнение и получаем: Е _акт =130 кДж/моль.

Энергия активации – энергия, необходимая для перехода реагирующих частиц в состояние активированного комплекса. Энергию активации можно уменьшить с помощью катализатора.

2. Определите количество вещества (моль/л), израсходованного за указанное время t при температуре Т ₂ , если начальная концентрация реагентов одинакова и равна С₀.

По размерности константы скорости химической реакции,

[ k ] = [л²×моль^-2×с^-1], определяем порядок химической реакции: n =3.

Изменение концентрации исходных веществ по времени при одинаковой начальной концентрации исходных веществ для реакции третьего порядка рассчитывается по уравнению:

где с – текущая концентрация веществ в момент времени τ,

с₀ – начальная концентрация веществ, k – константа скорости,

τ – время.

Рассчитаем текущую концентрацию исходных веществ с в момент времени τ =30мин =1800 сек при температуре 400 К,

k ₂= 2 ^.10^-1 л²×моль^-2×с^-1:

,

решаем уравнение и получаем: с = 0,035 моль/л.

Количество вещества (моль/л), израсходованного за 30 минут при температуре 400 К:

Δ с = с ₀ - с = 0,1- 0,035= 0,065 моль/л.