Ang pag-asa ng rate ng reaksyon sa temperatura. Ang koepisyent ng temperatura ng rate ng reaksyon at mga tampok nito para sa mga proseso ng biochemical

Ang rate ng isang kemikal na reaksyon ay depende sa temperatura, at habang ang temperatura ay tumataas, ang rate ng reaksyon ay tumataas. Ipinakita ng Dutch scientist na si Van't Hoff na kapag ang temperatura ay tumaas ng 10 degrees, ang rate ng karamihan sa mga reaksyon ay tumataas ng 2-4 na beses;

VT 2 = VT 1 *y (T2-T1)/10

Kung saan ang VT 2 at VT 1 ay ang mga rate ng reaksyon sa mga temperatura T 2 at T 1; y ay ang koepisyent ng temperatura ng rate ng reaksyon, na nagpapakita kung gaano karaming beses tumaas ang rate ng reaksyon sa pagtaas ng temperatura ng 10K.

Sa isang konsentrasyon ng reactant na 1 mol/l, ang rate ng reaksyon ay ayon sa bilang na katumbas ng rate na pare-pareho k. Pagkatapos ang equation ay nagpapakita na ang rate constant ay depende sa temperatura sa parehong paraan tulad ng rate ng proseso.

3. Sumulat ng isang variant ng reaksyon ng pag-aalis (pag-aalis) sa paglabas ng hydrogen halide.

C 2 H 5 Cl \u003d C 2 H 4 + HCl

Numero ng tiket 4

1. Ano ang "atomic mass", "molecular mass", "mole of substance" at ano ang kinuha bilang atomic mass unit (a.m.u.)?

ATOMIC MASS - ang masa ng isang atom sa atomic mass units (a.m.u.). bawat yunit a. e.m., 1/12 ng masa ng carbon-12 isotope ay tinatanggap.

a.u.m. \u003d 1/12 m 12 6 C \u003d 1.66 * 10 -24

MOLECULAR WEIGHT - Ang molar mass ng isang compound, tinutukoy sa 1/12 ng molar mass ng isang carbon-12 atom.

MOL - ang halaga ng isang substance na naglalaman ng parehong bilang ng mga particle o structural units (atoms, ions, molecules, radicals, electron, equivalents, atbp.) tulad ng sa 12 a. e.m. isotope carbon-12.

Ang formula para sa pagtaas ng rate ng isang reaksyon sa pagkakaroon ng isang katalista.

Maaari mong baguhin ang halaga ng Ea (activation energy) gamit ang mga catalyst. Ang mga sangkap na nakikibahagi, ngunit hindi natupok sa proseso ng reaksyon, ay tinatawag na mga katalista. Ang kababalaghang ito mismo ay tinatawag na catalysis. Ang pagtaas sa rate ng reaksyon sa pagkakaroon ng isang katalista ay tinutukoy ng formula

Depende sa kung ang katalista ay nasa parehong yugto ng mga reactant o bumubuo ng isang independiyenteng yugto, ang isa ay nagsasalita ng homogenous o heterogenous catalysis. Ang mekanismo ng catalytic action para sa kanila ay hindi pareho, gayunpaman, sa parehong mga kaso, ang reaksyon ay pinabilis dahil sa isang pagbawas sa Ea. Mayroong isang bilang ng mga tiyak na catalysts - mga inhibitor na nagpapababa sa rate ng reaksyon.

nasaan ang mga parameter ng proseso ng catalytic, V, k, Ea- non-catalytic na proseso.

Isulat ang mga reaksyon ng pagkasunog ng carbonaceous mga di-organikong sangkap sa oxygen, na nagpapahiwatig ng ahente ng oxidizing at ahente ng pagbabawas, pati na rin ang estado ng oksihenasyon ng carbon bago at pagkatapos ng reaksyon.

C - pagbabawas ng ahente, proseso ng oksihenasyon

O - oxidizing agent, proseso ng pagbabawas

Numero ng tiket 5

1. Ano ang "electronegativity", "valency", "oxidation state" ng isang elemento at ano ang mga pangunahing panuntunan para sa pagtukoy sa mga ito?

OXIDATION STATE - ang conditional charge ng isang atom ng isang elemento, na nakuha sa pagpapalagay na ang compound ay binubuo ng mga ions. Maaari itong maging positibo, negatibo, sero, praksyonal at may denotasyon Arabic numeral na may sign na “+” o “-” sa anyo ng kanang itaas na index ng simbolo ng elemento: C 1-, O 2-, H +, Mg 2+, N 3-, N 5+, Cr 6+.

Upang matukoy ang estado ng oksihenasyon (s. o.) ng isang elemento sa isang tambalan (ion), ang mga sumusunod na patakaran ay ginagamit:

1 V mga simpleng sangkap(H2, S8, P4) s. tungkol sa. katumbas ng zero.

2 pare-pareho p. tungkol sa. may mga elementong alkaline (E+) at alkaline earth (E2+), pati na rin ang fluorine P-.

3 Ang hydrogen sa karamihan ng mga compound ay may s. tungkol sa. H + (H2O, CH4, HC1), sa hydrides - H- (-NaH, CaH2); kasama. tungkol sa. oxygen, bilang isang panuntunan, ay katumbas ng -2 (O2-), sa peroxides (-O-O-) - 1 (O-).

4 Sa binary compound ng mga non-metal, negatibong p. tungkol sa. itinalaga sa elemento sa kanan).

5 Algebraic sum kasama. tungkol sa. ang molekula ay zero, ion - ang singil nito.

Ang kakayahan ng isang atom na ilakip o palitan ang isang tiyak na bilang ng iba pang mga atomo ay tinatawag na VALENCE. Ang sukat ng valency ay ang bilang ng mga atomo ng hydrogen o oxygen na nakakabit sa isang elemento, sa kondisyon na ang hydrogen ay isa- at ang oxygen ay divalent.

Problema 336.
Sa 150°C, ang ilang reaksyon ay kumpleto sa loob ng 16 minuto. Pagkuha ng koepisyent ng temperatura ng rate ng reaksyon na katumbas ng 2.5, kalkulahin kung gaano katagal magtatapos ang reaksyong ito kung ito ay isasagawa: a) sa 20 0 °С; b) sa 80°C.
Desisyon:
Ayon sa tuntunin ng van't Hoff, ang pagdepende ng bilis sa temperatura ay ipinahayag ng equation:

v t at k t - ang rate at rate constant ng reaksyon sa temperatura na t°C; v (t + 10) at k (t + 10) ang parehong mga halaga sa temperatura (t + 10 0 C); - ang koepisyent ng temperatura ng rate ng reaksyon, ang halaga nito para sa karamihan ng mga reaksyon ay nasa hanay na 2 - 4.

a) Dahil ang rate ng isang kemikal na reaksyon sa isang naibigay na temperatura ay inversely proportional sa tagal ng kurso nito, pinapalitan namin ang data na ibinigay sa kondisyon ng problema sa isang formula na quantitatively nagpapahayag ng van't Hoff rule, nakukuha namin :

b) Dahil ang reaksyong ito ay nagpapatuloy sa pagbaba ng temperatura, kung gayon sa isang naibigay na temperatura ang rate ng reaksyong ito ay direktang proporsyonal sa tagal ng kurso nito, pinapalitan namin ang data na ibinigay sa kondisyon ng problema sa isang formula na quantitatively nagpapahayag ng van't Hoff rule, nakukuha natin:

Sagot: a) sa 200 0 С t2 = 9.8 s; b) sa 80 0 С t3 = 162 h 1 min 16 s.

Problema 337.
Magbabago ba ang halaga ng rate ng reaksyon: a) kapag pinapalitan ang isang katalista sa isa pa; b) kapag nagbabago ang mga konsentrasyon ng mga reactant?
Desisyon:
Ang pare-pareho ang rate ng reaksyon ay isang halaga na nakasalalay sa likas na katangian ng mga reactant, sa temperatura at sa pagkakaroon ng mga catalyst, at hindi nakasalalay sa konsentrasyon ng mga reactant. Maaari itong maging katumbas ng rate ng reaksyon sa kaso kapag ang mga konsentrasyon ng mga reactant ay katumbas ng pagkakaisa (1 mol/l).

a) Kapag ang isang katalista ay pinalitan ng isa pa, ang rate ng isang ibinigay na kemikal na reaksyon ay magbabago, o ito ay tataas. Kung ang isang katalista ay ginagamit, ang rate ng isang kemikal na reaksyon ay tataas, kung gayon, nang naaayon, ang halaga ng pare-pareho ang rate ng reaksyon ay tataas din. Ang isang pagbabago sa halaga ng pare-pareho ang rate ng reaksyon ay magaganap din kapag ang isang katalista ay pinalitan ng isa pa, na magpapataas o magpapababa sa rate ng reaksyong ito na may kaugnayan sa orihinal na katalista.

b) Kapag nagbago ang konsentrasyon ng mga reactant, magbabago ang mga halaga ng rate ng reaksyon, at hindi magbabago ang halaga ng pare-pareho ang rate ng reaksyon.

Problema 338.
Nakadepende ba ang thermal effect ng isang reaksyon sa activation energy nito? Pangatwiranan ang sagot.
Desisyon:
Ang thermal effect ng reaksyon ay nakasalalay lamang sa inisyal at huling estado ng system at hindi nakasalalay sa mga intermediate na yugto ng proseso. Ang activation energy ay ang labis na enerhiya na dapat taglayin ng mga molecule ng mga substance upang ang kanilang banggaan ay humantong sa pagbuo ng isang bagong substance. Ang enerhiya ng pag-activate ay maaaring mabago sa pamamagitan ng pagtaas o pagbaba ng temperatura, ayon sa pagkakabanggit, pagbaba o pagtaas nito. Ang mga catalyst ay nagpapababa ng activation energy, habang ang mga inhibitor ay nagpapababa nito.

Kaya, ang pagbabago sa activation energy ay humahantong sa pagbabago sa rate ng reaksyon, ngunit hindi sa pagbabago sa init ng reaksyon. Ang thermal effect ng isang reaksyon ay isang pare-parehong halaga at hindi nakadepende sa pagbabago sa activation energy para sa isang partikular na reaksyon. Halimbawa, ang reaksyon para sa pagbuo ng ammonia mula sa nitrogen at hydrogen ay:

Ang reaksyong ito ay exothermic, > 0). Ang reaksyon ay nagpapatuloy sa isang pagbawas sa bilang ng mga moles ng reacting particle at ang bilang ng mga moles ng mga gas na sangkap, na nagdadala ng system mula sa isang hindi gaanong matatag na estado sa isang mas matatag, ang entropy ay bumababa,< 0. Данная реакция в обычных условиях не протекает (она возможна только при достаточно низких температурах). В присутствии катализатора энергия активации уменьшается, и скорость реакции возрастает. Но, как до применения катализатора, так и в присутствии его тепловой эффект реакции не изменяется, реакция имеет вид:

Problema 339.
Para sa aling reaksyon, direkta o baligtad, ang enerhiya ng pag-activate ay mas malaki kung ang direktang reaksyon ay nagpapatuloy sa pagpapalabas ng init?
Desisyon:
Ang pagkakaiba sa pagitan ng mga activation energies ng direkta at reverse reactions ay thermal effect: H \u003d E a (hal.) - E a (arr.) . Ang reaksyong ito ay nagpapatuloy sa pagpapalabas ng init, i.e. ay exothermic,< 0 Исходя из этого, энергия активации прямой реакции имеет меньшее значение, чем энергия активации обратной реакции:
E a(hal.)< Е а(обр.) .

Sagot: E a(hal.)< Е а(обр.) .

Problema 340.
Ilang beses tataas ang rate ng isang reaksyon na nagpapatuloy sa 298 K kung ang activation energy nito ay mababawasan ng 4 kJ/mol?
Desisyon:
Tukuyin natin ang pagbaba sa activation energy ng Ea, at ang rate constants ng reaksyon bago at pagkatapos ng pagbaba sa activation energy, ayon sa pagkakabanggit, ng k at k. Gamit ang Arrhenius equation, nakukuha natin ang:

Ang E a ay ang activation energy, k at k" ay ang reaction rate constants, T ay ang temperatura sa K (298).
Ang pagpapalit ng data ng problema sa huling equation at, na nagpapahayag ng activation energy sa joules, kinakalkula namin ang pagtaas sa rate ng reaksyon:

Sagot: 5 beses.

Temperatura at rate ng reaksyon

Sa isang nakapirming temperatura, ang isang reaksyon ay posible kung ang mga nakikipag-ugnay na molekula ay may isang tiyak na halaga ng enerhiya. Tinawag ni Arrhenius ang labis na enerhiya na ito activation energy , at ang mga molekula mismo activated.

Ayon kay Arrhenius, pare-pareho ang rate k at activation energy Ea ay nauugnay sa isang relasyon na tinatawag na Arrhenius equation:

Dito A ay ang pre-exponential factor, R ay ang unibersal na gas constant, T ay ang ganap na temperatura.

Kaya, sa isang pare-parehong temperatura, tinutukoy ang rate ng reaksyon Ea. Ang higit pa Ea, mas maliit ang bilang ng mga aktibong molekula at mas mabagal ang reaksyon. Kapag bumababa Ea tumataas ang bilis at Ea= 0 ang reaksyon ay nagpapatuloy kaagad.

Halaga Ea nagpapakilala sa likas na katangian ng mga tumutugon na sangkap at natutukoy sa eksperimento mula sa pagtitiwala k = f(T). Pagsusulat ng equation (5.3) sa logarithmic form at paglutas nito para sa mga constant sa dalawang temperatura, makikita natin Ea:

Ang γ ay ang koepisyent ng temperatura ng rate ng reaksyon ng kemikal. Ang tuntunin ng van't Hoff ay may limitadong aplikasyon, dahil ang halaga ng γ ay nakasalalay sa temperatura, at sa labas ng rehiyon Ea= 50–100 kJ ∙ mol–1 hindi natupad ang panuntunang ito.

Sa fig. 5.4 makikita na ang enerhiya na ginugol sa paglipat ng mga paunang produkto sa aktibong estado (A * - activated complex) ay pagkatapos ay ganap o bahagyang muling inilalabas sa panahon ng paglipat sa mga huling produkto. Ang pagkakaiba sa pagitan ng mga enerhiya ng paunang at panghuling produkto ay tumutukoy sa Δ H reaksyon na hindi nakadepende sa activation energy.

Kaya, sa daan mula sa paunang estado hanggang sa huling estado, dapat na malampasan ng system ang hadlang sa enerhiya. Ang mga aktibong molekula lamang ang nagtataglay sa sandali ng pagbangga ng kinakailangang labis na enerhiya na katumbas ng Ea, maaaring malampasan ang hadlang na ito at pumasok sa isang kemikal na pakikipag-ugnayan. Habang tumataas ang temperatura, tumataas ang proporsyon ng mga aktibong molekula sa medium ng reaksyon.

Preexponential multiplierA nagpapakilala kabuuang bilang mga banggaan. Para sa mga reaksyon na may mga simpleng molekula A malapit sa theoretical collision magnitude Z, ibig sabihin. A = Z kinakalkula mula sa kinetic theory ng mga gas. Para sa mga kumplikadong molekula A ≠ Z, kaya kinakailangang ipakilala ang steric factor P:

Dito Z ay ang bilang ng lahat ng banggaan, P ay ang proporsyon ng mga spatially na paborableng banggaan (kumukuha ng mga halaga mula 0 hanggang ), ay ang proporsyon ng aktibo, ibig sabihin, masigasig na paborableng banggaan.

Ang dimensyon ng pare-pareho ng rate ay nakuha mula sa kaugnayan

Sa pagsusuri ng expression (5.3), napag-isipan natin na mayroong dalawang pangunahing posibilidad para sa pagpapabilis ng reaksyon:
a) pagtaas ng temperatura,
b) pagbaba sa activation energy.

Mga gawain at pagsubok sa paksang "Chemical kinetics. Temperatura at rate ng reaksyon"

• Ang bilis ng isang kemikal na reaksyon. Mga katalista - Pag-uuri ng mga reaksiyong kemikal at mga pattern ng kanilang kurso Baitang 8–9

  Aralin: 5 Takdang-Aralin: 8 Pagsusulit: 1

Habang tumataas ang temperatura, kadalasang tumataas ang bilis ng proseso ng kemikal. Noong 1879, ang Dutch scientist na si J. van't Hoff ay bumuo ng isang empirical rule: na may pagtaas sa temperatura ng 10 K, ang rate ng karamihan sa mga kemikal na reaksyon ay tumataas ng 2-4 na beses.

Matematika na notasyon mga regulasyon I. van't Hoff:

γ 10 \u003d (k t + 10) / k t, kung saan ang k t ay ang rate constant ng reaksyon sa temperatura T; k t+10 - pare-pareho ang rate ng reaksyon sa temperatura T+10; γ 10 - Koepisyent ng temperatura ng Van't Hoff. Ang halaga nito ay mula 2 hanggang 4. Para sa mga biochemical na proseso, ang γ 10 ay nag-iiba mula 7 hanggang 10.

Ang lahat ng biological na proseso ay nagpapatuloy sa isang tiyak na hanay ng temperatura: 45-50°C. Ang pinakamabuting kalagayan na temperatura ay 36-40°C. Sa katawan ng mga hayop na may mainit na dugo, ang temperatura na ito ay pinananatiling pare-pareho dahil sa thermoregulation ng kaukulang biosystem. Kapag nag-aaral ng mga biosystem, ginagamit ang mga koepisyent ng temperatura γ 2 , γ 3 , γ 5. Para sa paghahambing, dinadala sila sa γ ​​10 .

Ang pag-asa ng rate ng reaksyon sa temperatura, alinsunod sa panuntunan ng van't Hoff, ay maaaring katawanin ng equation:

V 2 /V 1 \u003d γ ((T 2 -T 1) / 10)

Pag-activate ng enerhiya. Ang isang makabuluhang pagtaas sa rate ng reaksyon na may pagtaas ng temperatura ay hindi maipaliwanag lamang sa pamamagitan ng pagtaas ng bilang ng mga banggaan sa pagitan ng mga particle ng mga tumutugon na sangkap, dahil, alinsunod sa kinetic theory ng mga gas, ang bilang ng mga banggaan ay tumataas nang bahagya sa pagtaas ng temperatura. Ang pagtaas sa rate ng reaksyon sa pagtaas ng temperatura ay ipinaliwanag sa pamamagitan ng katotohanan na ang isang kemikal na reaksyon ay hindi nangyayari sa anumang banggaan ng mga particle ng mga tumutugon na sangkap, ngunit lamang sa isang pulong ng mga aktibong particle na may kinakailangang labis na enerhiya sa sandali ng banggaan.

Ang enerhiya na kinakailangan upang gawing aktibong mga partikulo ang mga di-aktibong particle ay tinatawag activation energy (Ea). Enerhiya ng pag-activate - labis, kumpara sa average na halaga, ang enerhiya na kinakailangan para sa pagpasok ng mga reactant sa reaksyon kapag sila ay nagbanggaan. Ang activation energy ay sinusukat sa kilojoules per mole (kJ/mol). Karaniwan ang E ay mula 40 hanggang 200 kJ/mol.

Ang diagram ng enerhiya ng mga exothermic at endothermic na reaksyon ay ipinapakita sa fig. 2.3. Para sa anumang proseso ng kemikal, posibleng makilala ang inisyal, intermediate at panghuling estado. Sa tuktok ng energy barrier, ang mga reactant ay nasa isang intermediate state na tinatawag na activated complex, o transition state. Ang pagkakaiba sa pagitan ng enerhiya ng activated complex at ang paunang enerhiya ng mga reagents ay Ea, at ang pagkakaiba sa pagitan ng enerhiya ng mga produkto ng reaksyon at mga panimulang materyales (reagents) ay ΔН, ang init ng reaksyon. Ang activation energy, sa kaibahan sa ΔH, ay palaging isang positibong halaga. Para sa isang exothermic reaksyon (Larawan 2.3, a), ang mga produkto ay matatagpuan sa isang mas mababang antas ng enerhiya kaysa sa mga reactant (Ea< ΔН).

Ang Ea ang pangunahing salik sa pagtukoy sa bilis ng reaksyon: kung ang Ea > 120 kJ/mol (mas mataas na hadlang sa enerhiya, mas kaunting aktibong particle sa system), ang reaksyon ay mabagal; at vice versa, kung Ea< 40 кДж/моль, реакция осуществляется с большой скоростью.

Para sa mga reaksyon na kinasasangkutan ng mga kumplikadong biomolecules, dapat isaalang-alang ng isa ang katotohanan na sa isang aktibong kumplikadong nabuo sa panahon ng banggaan ng mga particle, ang mga molekula ay dapat na nakatuon sa espasyo sa isang tiyak na paraan, dahil tanging ang reacting na rehiyon ng molekula ay sumasailalim sa pagbabagong-anyo, na kung saan ay maliit na may kaugnayan sa laki nito.

Kung ang rate constants k 1 at k 2 ay kilala sa mga temperatura T 1 at T 2 , ang halaga ng Ea ay maaaring kalkulahin.

Sa mga proseso ng biochemical, ang activation energy ay 2-3 beses na mas mababa kaysa sa mga inorganic. Kasabay nito, ang Ea ng mga reaksyon na kinasasangkutan ng mga dayuhang sangkap, xenobiotics, ay makabuluhang lumampas sa Ea ng mga maginoo na proseso ng biochemical. Ang katotohanang ito ay ang natural na bioprotection ng system mula sa impluwensya ng mga dayuhang sangkap, i.e. ang mga natural na reaksyon para sa katawan ay nangyayari sa ilalim ng paborableng mga kondisyon na may mababang Ea, at para sa mga dayuhang reaksyon, ang Ea ay mataas. Ito ay isang barrier ng gene na nagpapakilala sa isa sa mga pangunahing tampok ng kurso ng mga proseso ng biochemical.

Mula sa mga husay na pagsasaalang-alang, malinaw na ang rate ng mga reaksyon ay dapat tumaas sa pagtaas ng temperatura, dahil sa kasong ito, tumataas ang enerhiya ng mga nagbabanggaan na particle at tumataas ang posibilidad na magkaroon ng pagbabagong kemikal sa panahon ng pagbangga. Para sa isang quantitative na paglalarawan ng mga epekto ng temperatura sa chemical kinetics, dalawang pangunahing ugnayan ang ginagamit - ang panuntunan ng van't Hoff at ang Arrhenius equation.

Ang panuntunan ni Van't Hoff ay nakasalalay sa katotohanan na kapag pinainit ng 10 ° C, ang rate ng karamihan sa mga reaksiyong kemikal ay tumataas ng 2-4 na beses. Sa matematika, nangangahulugan ito na ang rate ng reaksyon ay nakasalalay sa temperatura sa isang paraan ng batas ng kapangyarihan:

, (4.1)

kung saan ang temperatura koepisyent ng bilis ( = 24). Ang panuntunan ni Van't Hoff ay napakabagal at nalalapat lamang sa isang napakalimitadong hanay ng temperatura.

Mas tumpak ay Arrhenius equation naglalarawan ng pagdepende sa temperatura ng pare-pareho ang rate:

, (4.2)

saan R- pangkalahatang gas pare-pareho; A- pre-exponential factor, na hindi nakasalalay sa temperatura, ngunit tinutukoy lamang ng uri ng reaksyon; E A - activation energy, na maaaring mailalarawan bilang ilang threshold na enerhiya: halos pagsasalita, kung ang enerhiya ng nagbabanggaan na mga particle ay mas mababa sa E A, kung gayon ang reaksyon ay hindi magaganap sa panahon ng banggaan kung lumampas ang enerhiya E A, magaganap ang reaksyon. Ang enerhiya ng pag-activate ay hindi nakasalalay sa temperatura.

Graphically dependency k(T) tulad ng sumusunod:

Sa mababang temperatura, halos hindi nangyayari ang mga reaksiyong kemikal: k(T) 0. Sa napakataas na temperatura, ang rate constant ay may posibilidad sa limitasyong halaga: k(T)A. Ito ay tumutugma sa katotohanan na ang lahat ng mga molekula ay aktibo sa kemikal at ang bawat banggaan ay humahantong sa isang reaksyon.

Ang activation energy ay maaaring matukoy sa pamamagitan ng pagsukat ng rate constant sa dalawang temperatura. Ang equation (4.2) ay nagpapahiwatig:

. (4.3)

Mas tiyak, ang enerhiya ng pag-activate ay tinutukoy mula sa mga halaga ng pare-pareho ang rate sa ilang mga temperatura. Upang gawin ito, ang Arrhenius equation (4.2) ay nakasulat sa logarithmic form

at isulat ang pang-eksperimentong data sa mga coordinate ln k - 1/T. Ang padaplis ng slope ng nagresultang tuwid na linya ay - E A / R.

Para sa ilang mga reaksyon, ang pre-exponential factor ay bahagyang nakasalalay lamang sa temperatura. Sa kasong ito, ang tinatawag na pang-eksperimentong activation energy:

. (4.4)

Kung pare-pareho ang pre-exponential factor, kung gayon ang experimental activation energy ay katumbas ng Arrhenius activation energy: E op = E A.

Halimbawa 4-1. Gamit ang Arrhenius equation, tantyahin kung anong mga temperatura at activation energies ang valid na panuntunan ng van't Hoff.

Desisyon. Katawanin natin ang panuntunan ng van't Hoff (4.1) bilang pagdepende sa batas ng kapangyarihan ng pare-pareho ang rate:

,

saan B- isang pare-parehong halaga. Ihambing natin ang expression na ito sa Arrhenius equation (4.2), na kumukuha ng value na ~ e = 2.718:

.

Kunin natin natural na logarithm parehong bahagi ng tinatayang pagkakapantay-pantay na ito:

.

Ang pagkakaiba-iba ng nakuha na kaugnayan na may paggalang sa temperatura, nakita namin ang nais na kaugnayan sa pagitan ng enerhiya ng pag-activate at temperatura:

Kung ang activation energy at temperature ay humigit-kumulang natutugunan ang kaugnayan na ito, ang van't Hoff rule ay maaaring gamitin upang tantiyahin ang epekto ng temperatura sa reaction rate.

Halimbawa 4-2. Ang unang order na reaksyon sa 70°C ay 40% na kumpleto sa loob ng 60 minuto. Sa anong temperatura magiging 80% na kumpleto ang reaksyon sa loob ng 120 min kung ang activation energy ay 60 kJ/mol?

Desisyon. Para sa isang reaksyon sa unang pagkakasunud-sunod, ang rate constant ay ipinahayag sa mga tuntunin ng antas ng conversion tulad ng sumusunod:

,

kung saan a = x/a- ang antas ng pagbabago. Isinulat namin ang equation na ito sa dalawang temperatura, isinasaalang-alang ang Arrhenius equation:

saan E A= 60 kJ/mol, T 1 = 343K, t 1 = 60 min, a 1 = 0.4, t 2 = 120 min, a 2 = 0.8. Hatiin ang isang equation sa isa at kunin ang logarithm:

Ang pagpapalit ng mga dami sa itaas sa expression na ito, nakita namin T 2 \u003d 333 K \u003d 60 o C.

Halimbawa 4-3. Ang rate ng bacterial hydrolysis ng mga kalamnan ng isda ay dumoble kapag lumilipat mula sa temperatura na -1.1 o C hanggang sa temperatura na +2.2 o C. Tantyahin ang activation energy ng reaksyong ito.

Desisyon. Ang pagtaas sa rate ng hydrolysis ng 2 beses ay dahil sa pagtaas ng rate constant: k 2 = 2k isa. Ang activation energy na may kaugnayan sa rate constants sa dalawang temperatura ay maaaring matukoy mula sa equation (4.3) na may T 1 = t 1 + 273.15 = 272.05K T 2 = t 2 + 273.15 = 275.35K:

130800 J/mol = 130.8 kJ/mol.

4-1. Gamit ang panuntunan ng van't Hoff, kalkulahin kung anong temperatura ang reaksyon ay magtatapos pagkatapos ng 15 minuto, kung sa 20 ° C ay aabutin ng 2 oras. Koepisyent ng temperatura ang bilis ay 3. (sagot)

4-2. Ang kalahating buhay ng isang sangkap sa 323 K ay 100 minuto, at sa 353 K ito ay 15 minuto. Tukuyin ang koepisyent ng temperatura ng bilis. (Sagot)

4-3. Ano ang dapat na enerhiya ng pag-activate upang ang rate ng reaksyon ay tumaas ng 3 beses na may pagtaas sa temperatura ng 10 0 С a) sa 300 K; b) sa 1000 K? (sagot)

4-4. Ang unang pagkakasunud-sunod na reaksyon ay may activation energy na 25 kcal/mol at isang pre-exponential factor na 5 . 10 13 seg -1 . Sa anong temperatura ang magiging kalahating buhay para sa reaksyong ito: a) 1 min; b) 30 araw? (sagot)

4-5. Sa alin sa dalawang kaso tumataas ang rate constant ng isang reaksyon higit pa mga oras: kapag pinainit mula 0 o C hanggang 10 o C o kapag pinainit mula 10 o C hanggang 20 o C? Pangatwiranan ang iyong sagot gamit ang Arrhenius equation.(Sagot)

4-6. Ang activation energy ng ilang reaksyon ay 1.5 beses na mas malaki kaysa sa activation energy ng isa pang reaksyon. Kapag pinainit mula sa T 1 hanggang T 2 tumaas ang rate constant ng pangalawang reaksyon a minsan. Ilang beses tumaas ang rate constant ng unang reaksyon kapag pinainit mula sa T 1 hanggang T 2? (sagot)

4-7. Ang rate constant ng isang komplikadong reaksyon ay ipinahayag sa mga tuntunin ng rate constants ng elementarya na mga hakbang tulad ng sumusunod:

Ipahayag ang activation energy at ang pre-exponential factor ng complex reaction sa mga tuntunin ng katumbas na dami na nauugnay sa elementary stages. (Sagot)

4-8. Sa 1st order na hindi maibabalik na reaksyon sa loob ng 20 min sa 125°C, ang antas ng conversion ng panimulang materyal ay 60%, at sa 145°C ang parehong antas ng conversion ay nakamit sa 5.5 min. Hanapin ang rate constants at activation energy ng reaksyong ito. (Sagot)

4-9. Ang reaksyon ng 1st order sa temperatura na 25 ° C ay nakumpleto ng 30% sa loob ng 30 minuto. Sa anong temperatura magiging 60% na kumpleto ang reaksyon sa loob ng 40 minuto kung ang activation energy ay 30 kJ/mol? (Sagot)

4-10. Ang reaksyon ng 1st order sa temperatura na 25 ° C ay nakumpleto ng 70% sa loob ng 15 minuto. Sa anong temperatura magiging 50% na kumpleto ang reaksyon sa loob ng 15 minuto kung ang activation energy ay 50 kJ/mol? (Sagot)

4-11. Ang rate constant ng first order reaction ay 4.02. 10 -4 s -1 sa 393 K at 1.98 . 10 -3 s -1 sa 413 K. Kalkulahin ang pre-exponential factor para sa reaksyong ito. (Sagot)

4-12. Para sa reaksyon H 2 + I 2 2HI, ang rate constant sa temperatura na 683 K ay 0.0659 l / (mol. min), at sa temperatura na 716 K - 0.375 l / (mol. min). Hanapin ang activation energy ng reaksyong ito at ang rate constant sa temperatura na 700 K. (Sagot)

4-13. Para sa reaksyon 2N 2 O 2N 2 + O 2, ang rate constant sa temperatura na 986 K ay 6.72 l / (mol. min), at sa temperatura na 1165 K - 977.0 l / (mol. min). Hanapin ang activation energy ng reaksyong ito at ang rate constant sa temperatura na 1053.0 K. (Sagot)

4-14. Ang trichloroacetate ion sa ionizing solvents na naglalaman ng H + ay nabubulok ayon sa equation

H + + CCl 3 COO - CO 2 + CHCl 3

Ang hakbang sa pagtukoy ng rate ay ang monomolecular cleavage ng C-C bond sa trichloroacetate ion. Ang reaksyon ay nagpapatuloy sa unang pagkakasunud-sunod, at ang rate constants ay may mga sumusunod na halaga: k= 3.11 . 10 -4 s -1 sa 90 o C, k= 7.62. 10 -5 s -1 sa 80 o C. Kalkulahin ang a) activation energy, b) rate constant sa 60 o C. (sagot)

4-15. Para sa reaksyon CH 3 COOC 2 H 5 + NaOH * CH 3 COONa + C 2 H 5 OH, ang rate constant sa temperatura na 282.6 K ay 2.307 l / (mol. min), at sa temperatura na 318.1 K - 21.65 l /(mol. min). Hanapin ang activation energy ng reaksyong ito at ang rate constant sa temperatura na 343 K. (Sagot)

4-16. Para sa reaksyon C 12 H 22 O 11 + H 2 O C 6 H 12 O 6 + C 6 H 12 O 6, ang rate constant sa temperatura na 298.2 K ay 0.765 l / (mol. min), at sa temperatura na 328.2 K - 35.5 l/(mol min). Hanapin ang activation energy ng reaksyong ito at ang rate constant sa temperatura na 313.2 K. (Sagot)

4-17. Ang sangkap ay nabubulok sa dalawang magkatulad na landas na may mga pare-parehong rate k 1 at k 2. Ano ang pagkakaiba sa pagitan ng mga activation energies ng dalawang reaksyong ito, kung nasa 10 o C k 1 /k 2 = 10, at sa 40 o C k 1 /k 2 = 0.1? (sagot)

4-18. Sa dalawang reaksyon ng parehong pagkakasunud-sunod, ang pagkakaiba sa activation energies ay E 2 - E 1 = 40 kJ/mol. Sa temperatura na 293 K, ang ratio ng mga constant ng rate ay k 1 /k 2 \u003d 2. Sa anong temperatura magiging pantay ang mga constant ng rate? ​​(Sagot)

4-19. Ang agnas ng acetone dicarboxylic acid sa may tubig na solusyon ay isang first order reaction. Ang rate constants ng reaksyong ito ay sinusukat sa iba't ibang temperatura:

Kalkulahin ang activation energy at ang pre-exponential factor. Ano ang kalahating buhay sa 25°C?