Formel für den Temperaturkoeffizienten der Reaktionsgeschwindigkeit. Abhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit von der Temperatur. Temperaturkoeffizient der Reaktionsgeschwindigkeit und seine Eigenschaften für biochemische Prozesse. Aktivierungsenergie

Aufgabe 336.
Bei 150 °C ist ein Teil der Reaktion in 16 Minuten abgeschlossen. Berechnen Sie unter Annahme des Temperaturkoeffizienten der Reaktionsgeschwindigkeit von 2,5, nach welcher Zeit diese Reaktion endet, wenn sie wie folgt durchgeführt wird: a) bei 20 0 °C; b) bei 80°C.
Lösung:
Nach der Van't-Hoff-Regel wird die Abhängigkeit der Geschwindigkeit von der Temperatur durch die Gleichung ausgedrückt:

v t und k t – Geschwindigkeit und Geschwindigkeitskonstante der Reaktion bei der Temperatur t°C; v (t + 10) und k (t + 10) sind die gleichen Werte bei der Temperatur (t + 10 0 C); - Temperaturkoeffizient der Reaktionsgeschwindigkeit, dessen Wert für die meisten Reaktionen im Bereich von 2 – 4 liegt.

a) Unter Berücksichtigung der Tatsache, dass die Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion bei einer bestimmten Temperatur umgekehrt proportional zur Dauer ihres Auftretens ist, ersetzen wir die in der Problemstellung angegebenen Daten in einer Formel, die die Van’t-Hoff-Regel quantitativ ausdrückt, und erhalten:

b) Da diese Reaktion mit einer Temperaturabnahme abläuft, ist die Geschwindigkeit dieser Reaktion bei einer gegebenen Temperatur direkt proportional zur Dauer ihres Auftretens. Wir ersetzen die in der Problemstellung angegebenen Daten in die Formel, die den Van quantitativ ausdrückt. t Hoff-Regel erhalten wir:

Antwort: a) bei 200 0 C t2 = 9,8 s; b) bei 80 0 C t3 = 162 h 1 min 16 s.

Aufgabe 337.
Ändert sich der Wert der Reaktionsgeschwindigkeitskonstante: a) wenn ein Katalysator durch einen anderen ersetzt wird; b) wenn sich die Konzentrationen reagierender Stoffe ändern?
Lösung:
Die Reist ein Wert, der von der Art der reagierenden Stoffe, von der Temperatur und vom Vorhandensein von Katalysatoren abhängt und nicht von der Konzentration der reagierenden Stoffe abhängt. Sie kann der Reaktionsgeschwindigkeit entsprechen, wenn die Konzentrationen der Reaktanten gleich eins (1 mol/l) sind.

a) Beim Ersetzen eines Katalysators durch einen anderen ändert oder erhöht sich die Geschwindigkeit einer bestimmten chemischen Reaktion. Wenn ein Katalysator verwendet wird, erhöht sich die Geschwindigkeit der chemischen Reaktion und der Wert der Reerhöht sich entsprechend. Wenn ein Katalysator durch einen anderen ersetzt wird, ändert sich auch der Wert der Reaktionsgeschwindigkeitskonstante, wodurch sich die Geschwindigkeit dieser Reaktion im Vergleich zum ursprünglichen Katalysator erhöht oder verringert.

b) Wenn sich die Konzentration der Reaktanten ändert, ändern sich die Werte der Reaktionsgeschwindigkeit, der Wert der Reändert sich jedoch nicht.

Aufgabe 338.
Hängt die thermische Wirkung einer Reaktion von ihrer Aktivierungsenergie ab? Begründen Sie die Antwort.
Lösung:
Der thermische Effekt der Reaktion hängt nur vom Anfangs- und Endzustand des Systems ab und ist nicht von den Zwischenstufen des Prozesses abhängig. Aktivierungsenergie ist die überschüssige Energie, die Stoffmoleküle haben müssen, damit ihr Zusammenstoß zur Bildung eines neuen Stoffes führt. Die Aktivierungsenergie kann durch Erhöhen oder Erniedrigen der Temperatur, entsprechendes Absenken oder Erhöhen verändert werden. Katalysatoren senken die Aktivierungsenergie und Inhibitoren senken sie.

Somit führt eine Änderung der Aktivierungsenergie zu einer Änderung der Reaktionsgeschwindigkeit, nicht jedoch zu einer Änderung der thermischen Wirkung der Reaktion. Der thermische Effekt einer Reaktion ist ein konstanter Wert und hängt nicht von Änderungen der Aktivierungsenergie für eine bestimmte Reaktion ab. Beispielsweise hat die Reaktion zur Bildung von Ammoniak aus Stickstoff und Wasserstoff die Form:

Diese Reaktion ist exotherm, > 0). Die Reaktion verläuft mit einer Abnahme der Molzahl der reagierenden Teilchen und der Molzahl der gasförmigen Substanzen, was das System von einem weniger stabilen Zustand in einen stabileren Zustand führt, die Entropie nimmt ab,< 0. Данная реакция в обычных условиях не протекает (она возможна только при достаточно niedrige Temperaturen). In Gegenwart eines Katalysators sinkt die Aktivierungsenergie und die Reaktionsgeschwindigkeit steigt. Aber sowohl vor der Verwendung des Katalysators als auch in seiner Anwesenheit ändert sich der thermische Effekt der Reaktion nicht, die Reaktion hat die Form:

Aufgabe 339.
Bei welcher Reaktion, direkt oder umgekehrt, ist die Aktivierungsenergie größer, wenn bei der direkten Reaktion Wärme freigesetzt wird?
Lösung:
Der Unterschied in den Aktivierungsenergien der Hin- und Rückreaktion ist gleich thermischer Effekt: H = E a(ex.) - E a(ex.) . Diese Reaktion erfolgt unter Freisetzung von Wärme, d.h. ist exotherm,< 0 Исходя из этого, энергия активации прямой реакции имеет меньшее значение, чем энергия активации обратной реакции:
E a(Bsp.)< Е а(обр.) .

Antwort: E a(Bsp.)< Е а(обр.) .

Aufgabe 340.
Wie oft erhöht sich die Geschwindigkeit einer Reaktion bei 298 K, wenn ihre Aktivierungsenergie um 4 kJ/mol verringert wird?
Lösung:
Bezeichnen wir die Abnahme der Aktivierungsenergie mit Ea und die Reavor und nach der Abnahme der Aktivierungsenergie mit k bzw. k. Mit der Arrhenius-Gleichung erhalten wir:

E a – Aktivierungsenergie, k und k“ – Reaktionsgeschwindigkeitskonstanten, T – Temperatur in K (298).
Indem wir die Problemdaten in die letzte Gleichung einsetzen und die Aktivierungsenergie in Joule ausdrücken, berechnen wir den Anstieg der Reaktionsgeschwindigkeit:

Antwort: 5 mal.

Antwort: a) bei 200 0 C t2 = 9,8 s; b) bei 80 0 C t3 = 162 h 1 min 16 s.

b) Wenn sich die Konzentration der Reaktanten ändert, ändern sich die Werte der Reaktionsgeschwindigkeit, der Wert der Reändert sich jedoch nicht.

Diese Reaktion ist exotherm, > 0). Die Reaktion verläuft mit einer Abnahme der Molzahl der reagierenden Teilchen und der Molzahl der gasförmigen Substanzen, was das System von einem weniger stabilen Zustand in einen stabileren Zustand führt, die Entropie nimmt ab,< 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:

Aufgabe 339.
Bei welcher Reaktion, direkt oder umgekehrt, ist die Aktivierungsenergie größer, wenn bei der direkten Reaktion Wärme freigesetzt wird?
Lösung:
Der Unterschied zwischen den Aktivierungsenergien der Hin- und Rückreaktion ist gleich dem thermischen Effekt: H = E a(rev.) - E a(rev.) . Diese Reaktion erfolgt unter Freisetzung von Wärme, d.h. ist exotherm,< 0 Исходя из этого, энергия активации прямой реакции имеет меньшее значение, чем энергия активации обратной реакции:
E a(Bsp.)< Е а(обр.) .

Antwort: E a(Bsp.)< Е а(обр.) .

Antwort: 5 mal.

Temperatur und Reaktionsgeschwindigkeit

Bei einer festen Temperatur ist eine Reaktion möglich, wenn die interagierenden Moleküle eine bestimmte Energiemenge haben. Arrhenius nannte dies überschüssige Energie Aktivierungsenergie und die Moleküle selbst aktiviert.

Nach Arrhenius-Geschwindigkeitskonstante k und Aktivierungsenergie E a hängen durch eine Beziehung zusammen, die Arrhenius-Gleichung genannt wird:

Hier A– präexponentieller Faktor, R- Universelle Gas Konstante, T- Absolute Temperatur.

Somit wird bei konstanter Temperatur die Reaktionsgeschwindigkeit bestimmt E a. Je mehr E a, je kleiner die Anzahl der aktiven Moleküle und desto langsamer verläuft die Reaktion. Beim Abnehmen E a Geschwindigkeit steigt und wann E a= 0, die Reaktion erfolgt sofort.

Größe E a charakterisiert die Art der reagierenden Stoffe und wird experimentell aus der Abhängigkeit ermittelt k = F(T). Nachdem wir Gleichung (5.3) in logarithmischer Form geschrieben und nach Konstanten bei zwei Temperaturen gelöst haben, finden wir E a:

γ ist der Temperaturkoeffizient der chemischen Reaktionsgeschwindigkeit. Die Van't-Hoff-Regel ist nur begrenzt anwendbar, da der Wert von γ von der Temperatur und außerhalb des Bereichs abhängt E a= 50–100 kJ ∙ mol –1 gilt diese Regel überhaupt nicht.

In Abb. In Abb. 5.4 ist zu erkennen, dass die Energie, die für die Überführung der Ausgangsprodukte in den aktiven Zustand aufgewendet wurde (A* ist der aktivierte Komplex), beim Übergang in die Endprodukte ganz oder teilweise wieder freigesetzt wird. Der Energieunterschied zwischen Ausgangs- und Endprodukt bestimmt Δ H eine Reaktion, die nicht von der Aktivierungsenergie abhängt.

Auf dem Weg vom Anfangszustand zum Endzustand muss das System daher eine Energiebarriere überwinden. Nur aktive Moleküle verfügen im Moment der Kollision über die nötige Überschussenergie E a können diese Barriere überwinden und eine chemische Wechselwirkung eingehen. Mit steigender Temperatur steigt der Anteil aktiver Moleküle im Reaktionsmedium.

Präexponentieller FaktorA charakterisiert Gesamtzahl Kollisionen. Für Reaktionen mit einfachen Molekülen A nahe an der theoretischen Kollisionsgröße Z, d.h. A = Z, berechnet aus Kinetische Theorie Gase Für komplexe Moleküle A ≠ Z Daher ist es notwendig, einen sterischen Faktor einzuführen P:

Hier Z– Anzahl aller Kollisionen, P– der Anteil räumlich günstiger Kollisionen (nimmt Werte von 0 bis an) – der Anteil aktiver, also energetisch günstiger Kollisionen.

Die Dimension der Geschwindigkeitskonstante ergibt sich aus der Beziehung

Bei der Analyse des Ausdrucks (5.3) kommen wir zu dem Schluss, dass es zwei grundlegende Möglichkeiten gibt, die Reaktion zu beschleunigen:
a) Temperaturanstieg,
b) Abnahme der Aktivierungsenergie.

Aufgaben und Tests zum Thema „Chemische Kinetik. Temperatur und Reaktionsgeschwindigkeit“

Die Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion. Katalysatoren - Klassifizierung chemische Reaktionen und Muster ihres Auftretens, Klassen 8–9
Lektionen: 5 Aufgaben: 8 Tests: 1

Aus qualitativen Überlegungen ist klar, dass die Reaktionsgeschwindigkeit mit steigender Temperatur zunehmen sollte, weil Gleichzeitig erhöht sich die Energie der kollidierenden Teilchen und die Wahrscheinlichkeit, dass es bei einer Kollision zu einer chemischen Umwandlung kommt. Um Temperatureffekte in der chemischen Kinetik quantitativ zu beschreiben, werden zwei Hauptbeziehungen verwendet – die Van't-Hoff-Regel und die Arrhenius-Gleichung.

Van't Hoffs Regel ist, dass sich die Geschwindigkeit der meisten chemischen Reaktionen bei einer Erwärmung um 10 °C um das Zwei- bis Vierfache erhöht. Mathematisch bedeutet dies, dass die Reaktionsgeschwindigkeit nach dem Potenzgesetz von der Temperatur abhängt:

, (4.1)

wo ist der Temperaturkoeffizient der Geschwindigkeit ( = 24). Die Van't-Hoff-Regel ist sehr grob und nur in einem sehr begrenzten Temperaturbereich anwendbar.

Viel genauer ist Arrhenius-Gleichung, beschreibt die Temperaturabhängigkeit der Geschwindigkeitskonstante:

, (4.2)

Wo R- Universelle Gas Konstante; A- präexponentieller Faktor, der nicht von der Temperatur abhängt, sondern nur durch die Art der Reaktion bestimmt wird; E A - Aktivierungsenergie, die als eine bestimmte Schwellenenergie charakterisiert werden kann: grob gesagt, wenn die Energie kollidierender Teilchen geringer ist E A, dann findet während einer Kollision die Reaktion nicht statt, wenn die Energie übersteigt E A, wird die Reaktion stattfinden. Die Aktivierungsenergie ist nicht von der Temperatur abhängig.

Grafische Abhängigkeit k(T) wie folgt:

Bei niedrigen Temperaturen finden kaum chemische Reaktionen statt: k(T) 0. Bei sehr hohen Temperaturen tendiert die Geschwindigkeitskonstante zum Grenzwert: k(T)A. Dies entspricht der Tatsache, dass alle Moleküle chemisch aktiv sind und jeder Zusammenstoß eine Reaktion zur Folge hat.

Die Aktivierungsenergie kann durch Messung der Geschwindigkeitskonstante bei zwei Temperaturen bestimmt werden. Aus Gleichung (4.2) folgt:

. (4.3)

Genauer gesagt wird die Aktivierungsenergie aus den Werten der Geschwindigkeitskonstanten bei mehreren Temperaturen bestimmt. Dazu wird die Arrhenius-Gleichung (4.2) in logarithmischer Form geschrieben

und experimentelle Daten in ln-Koordinaten aufzeichnen k - 1/T. Der Tangens des Neigungswinkels der resultierenden Geraden ist gleich - E A / R.

Bei einigen Reaktionen hängt der präexponentielle Faktor schwach von der Temperatur ab. In diesem Fall das sogenannte erlebte Aktivierungsenergie:

. (4.4)

Wenn der präexponentielle Faktor konstant ist, dann ist die experimentelle Aktivierungsenergie gleich der Arrhenius-Aktivierungsenergie: E op = E A.

Beispiel 4-1. Schätzen Sie mithilfe der Arrhenius-Gleichung ab, bei welchen Temperaturen und Aktivierungsenergien die Van't-Hoff-Regel gültig ist.

Lösung. Stellen wir uns die Van't-Hoff-Regel (4.1) als Potenzgesetzabhängigkeit der Geschwindigkeitskonstante vor:

Wo B- konstanter Wert. Vergleichen wir diesen Ausdruck mit der Arrhenius-Gleichung (4.2) und nehmen wir den Wert ~ für den Temperaturkoeffizienten der Geschwindigkeit an e = 2.718:

Nehmen wir den natürlichen Logarithmus beider Seiten dieser ungefähren Gleichheit:

Nachdem wir den resultierenden Zusammenhang nach der Temperatur differenziert haben, finden wir den gewünschten Zusammenhang zwischen Aktivierungsenergie und Temperatur:

Wenn die Aktivierungsenergie und die Temperatur diese Beziehung annähernd erfüllen, kann die Van't-Hoff-Regel verwendet werden, um den Einfluss der Temperatur auf die Reaktionsgeschwindigkeit abzuschätzen.

Beispiel 4-2. Die Reaktion erster Ordnung ist bei einer Temperatur von 70 °C in 60 Minuten zu 40 % abgeschlossen. Bei welcher Temperatur ist die Reaktion in 120 Minuten zu 80 % abgeschlossen, wenn die Aktivierungsenergie 60 kJ/mol beträgt?

Lösung. Bei einer Reaktion erster Ordnung wird die Geschwindigkeitskonstante als Grad der Umwandlung wie folgt ausgedrückt:

wobei a = X/A- Grad der Transformation. Schreiben wir diese Gleichung bei zwei Temperaturen unter Berücksichtigung der Arrhenius-Gleichung:

Wo E A= 60 kJ/mol, T 1 = 343 K, T 1 = 60 min, a 1 = 0,4, T 2 = 120 min, a 2 = 0,8. Teilen wir eine Gleichung durch eine andere und bilden wir den Logarithmus:

Wenn wir die obigen Werte in diesen Ausdruck einsetzen, finden wir T 2 = 333 K = 60 °C.

Beispiel 4-3. Die Geschwindigkeit der bakteriellen Hydrolyse von Fischmuskeln verdoppelt sich, wenn man von einer Temperatur von -1,1 °C auf eine Temperatur von +2,2 °C übergeht. Schätzen Sie die Aktivierungsenergie dieser Reaktion ab.

Lösung. Eine Erhöhung der Hydrolysegeschwindigkeit um das Zweifache ist auf eine Erhöhung der Geschwindigkeitskonstante zurückzuführen: k 2 = 2k 1 . Die Aktivierungsenergie in Abhängigkeit von den Geschwindigkeitskonstanten bei zwei Temperaturen kann aus Gleichung (4.3) mit bestimmt werden T 1 = T 1 + 273,15 = 272,05 K, T 2 = T 2 + 273,15 = 275,35 K:

130800 J/mol = 130,8 kJ/mol.

4-1. Berechnen Sie mithilfe der Van't-Hoff-Regel, bei welcher Temperatur die Reaktion in 15 Minuten endet, bei 20 °C dauert sie 2 Stunden. Temperaturkoeffizient Geschwindigkeit ist 3.(Antwort)

4-2. Die Halbwertszeit des Stoffes beträgt bei 323 K 100 Minuten und bei 353 K 15 Minuten. Bestimmen Sie den Temperaturkoeffizienten der Geschwindigkeit.(Antwort)

4-3. Wie groß sollte die Aktivierungsenergie sein, damit sich die Reaktionsgeschwindigkeit bei einem Temperaturanstieg um 10 0 C verdreifacht a) bei 300 K; b) bei 1000 K? (Antwort)

4-4. Die Reaktion erster Ordnung hat eine Aktivierungsenergie von 25 kcal/mol und einen präexponentiellen Faktor von 5. 10 13 Sek. -1 . Bei welcher Temperatur beträgt die Halbwertszeit dieser Reaktion: a) 1 Minute; b) 30 Tage? (Antwort)

4-5. In welchem der beiden Fälle erhöht sich die Reum? größere Zahl Zeiten: beim Erhitzen von 0 °C auf 10 °C oder beim Erhitzen von 10 °C auf 20 °C? Begründen Sie Ihre Antwort mit der Arrhenius-Gleichung. (Antwort)

4-6. Die Aktivierungsenergie einer Reaktion ist 1,5-mal größer als die Aktivierungsenergie einer anderen Reaktion. Beim Erhitzen ab T 1 zu T 2 Die Geschwindigkeitskonstante der zweiten Reaktion erhöhte sich um A einmal. Wie oft erhöhte sich die Geschwindigkeitskonstante der ersten Reaktion beim Erhitzen? T 1 zu T 2 ?(Antwort)

4-7. Die Geschwindigkeitskonstante einer komplexen Reaktion wird durch die Geschwindigkeitskonstanten der Elementarstufen wie folgt ausgedrückt:

Drücken Sie die Aktivierungsenergie und den präexponentiellen Faktor der komplexen Reaktion in Form der entsprechenden Größen aus, die sich auf die Elementarstufen beziehen. (Antwort)

4-8. Bei einer irreversiblen Reaktion 1. Ordnung in 20 Minuten bei 125 °C betrug der Umwandlungsgrad der Ausgangssubstanz 60 % und bei 145 °C wurde der gleiche Umwandlungsgrad in 5,5 Minuten erreicht. Finden Sie die Geschwindigkeitskonstanten und die Aktivierungsenergie für diese Reaktion. (Antwort)

4-9. Die Reaktion 1. Ordnung ist bei einer Temperatur von 25 °C in 30 Minuten zu 30 % abgeschlossen. Bei welcher Temperatur ist die Reaktion in 40 Minuten zu 60 % abgeschlossen, wenn die Aktivierungsenergie 30 kJ/mol beträgt? (Antwort)

4-10. Die Reaktion 1. Ordnung ist bei einer Temperatur von 25 °C in 15 Minuten zu 70 % abgeschlossen. Bei welcher Temperatur ist die Reaktion in 15 Minuten zu 50 % abgeschlossen, wenn die Aktivierungsenergie 50 kJ/mol beträgt? (Antwort)

4-11. Die Reerster Ordnung beträgt 4,02. 10 -4 s -1 bei 393 K und 1,98 . 10 -3 s -1 bei 413 K. Berechnen Sie den präexponentiellen Faktor für diese Reaktion. (Antwort)

4-12. Für die Reaktion H 2 + I 2 2HI beträgt die Geschwindigkeitskonstante bei einer Temperatur von 683 K 0,0659 l/(Mol.min) und bei einer Temperatur von 716 K - 0,375 l/(Mol.min). Finden Sie die Aktivierungsenergie dieser Reaktion und die Geschwindigkeitskonstante bei einer Temperatur von 700 K. (Antwort)

4-13. Für die Reaktion 2N 2 O 2N 2 + O 2 beträgt die Geschwindigkeitskonstante bei einer Temperatur von 986 K 6,72 l/(mol. min) und bei einer Temperatur von 1165 K - 977,0 l/(mol. min). Finden Sie die Aktivierungsenergie dieser Reaktion und die Geschwindigkeitskonstante bei einer Temperatur von 1053,0 K. (Antwort)

4-14. Trichloracetat-Ionen in ionisierenden Lösungsmitteln, die H + enthalten, zersetzen sich gemäß der Gleichung

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

Der Schritt, der die Reaktionsgeschwindigkeit bestimmt, ist die monomolekulare Spaltung der C-C-Bindung im Trichloracetat-Ion. Die Reaktion verläuft in erster Ordnung und die Geschwindigkeitskonstanten haben folgende Werte: k= 3,11. 10 -4 s -1 bei 90 °C, k= 7,62. 10 -5 s -1 bei 80 o C. Berechnen Sie a) Aktivierungsenergie, b) Geschwindigkeitskonstante bei 60 o C. (Antwort)

4-15. Für die Reaktion CH 3 COOC 2 H 5 + NaOH * CH 3 COONa + C 2 H 5 OH beträgt die Geschwindigkeitskonstante bei einer Temperatur von 282,6 K 2,307 l/(mol. min) und bei einer Temperatur von 318,1 K - 21,65 l/(Molmin). Finden Sie die Aktivierungsenergie dieser Reaktion und die Geschwindigkeitskonstante bei einer Temperatur von 343 K. (Antwort)

4-16. Für die Reaktion C 12 H 22 O 11 + H 2 O C 6 H 12 O 6 + C 6 H 12 O 6 beträgt die Geschwindigkeitskonstante bei einer Temperatur von 298,2 K 0,765 l/(Mol. min) und bei einer Temperatur von 298,2 K von 328,2 K - 35,5 l/(mol·min). Finden Sie die Aktivierungsenergie dieser Reaktion und die Geschwindigkeitskonstante bei einer Temperatur von 313,2 K. (Antwort)

4-17. Der Stoff zerfällt auf zwei parallelen Wegen mit konstanter Geschwindigkeit k 1 und k 2. Wie groß ist der Unterschied in den Aktivierungsenergien dieser beiden Reaktionen bei 10 °C? k 1 /k 2 = 10 und bei 40 o C k 1 /k 2 = 0,1? (Antwort)

4-18. Bei zwei Reaktionen gleicher Ordnung beträgt der Unterschied in den Aktivierungsenergien E 2 - E 1 = 40 kJ/mol. Bei einer Temperatur von 293 K beträgt das Verhältnis der Geschwindigkeitskonstanten k 1 /k 2 = 2. Bei welcher Temperatur werden die Geschwindigkeitskonstanten gleich? (Antwort)

4-19. Die Zersetzung von Acetondicarbonsäure in einer wässrigen Lösung ist eine Reaktion erster Ordnung. Die Geschwindigkeitskonstanten dieser Reaktion wurden bei verschiedenen Temperaturen gemessen:

Berechnen Sie die Aktivierungsenergie und den präexponentiellen Faktor. Wie groß ist die Halbwertszeit bei 25 °C?

Aufgabe Nr. 1. Die Wechselwirkung mit freiem Sauerstoff führt zur Bildung von hochgiftigem Stickstoffdioxid / /, obwohl diese Reaktion unter physiologischen Bedingungen langsam abläuft und bei niedrigen Konzentrationen keine wesentliche Rolle bei der toxischen Schädigung von Zellen spielt, nimmt die pathogene Wirkung jedoch stark zu Überproduktion. Bestimmen Sie, wie oft die Wechselwirkungsrate von Stickoxid (II) mit Sauerstoff zunimmt, wenn sich der Druck im Ausgangsgasgemisch verdoppelt, wenn die Reaktionsgeschwindigkeit zunimmt durch die Gleichung beschrieben ?

Lösung.

1. Eine Verdoppelung des Drucks ist gleichbedeutend mit einer Verdoppelung der Konzentration ( Mit) Und . Daher entsprechen die Wechselwirkungsraten und nehmen gemäß dem Massenwirkungsgesetz die folgenden Ausdrücke an: Und

Antwort. Die Reaktionsgeschwindigkeit erhöht sich um das Achtfache.

Aufgabe Nr. 2. Man geht davon aus, dass eine Konzentration von Chlor (einem grünlichen Gas mit stechendem Geruch) in der Luft über 25 ppm lebens- und gesundheitsgefährlich ist, es gibt jedoch Hinweise darauf, dass, wenn sich der Patient von einer akuten schweren Vergiftung mit diesem Gas erholt hat, dann werden keine Resteffekte beobachtet. Bestimmen Sie, wie sich die Geschwindigkeit der in der Gasphase ablaufenden Reaktion ändert, wenn Sie sie um das Dreifache erhöhen: Konzentration, Konzentration, 3) Druck / /?

Lösung.

1. Wenn wir die Konzentrationen bzw. mit und bezeichnen, dann erhält der Ausdruck für die Reaktionsgeschwindigkeit die Form: .

2. Nach einer dreifachen Erhöhung der Konzentrationen sind sie für und für gleich. Daher wird der Ausdruck für die Reaktionsgeschwindigkeit die Form annehmen: 1) 2)

3. Eine Druckerhöhung erhöht daher die Konzentration gasförmiger Reaktanten um den gleichen Betrag

4. Der Anstieg der Reaktionsgeschwindigkeit im Vergleich zur ursprünglichen wird jeweils durch das Verhältnis bestimmt: 1) , 2) , 3) .

Antwort. Die Reaktionsgeschwindigkeit erhöht sich um das 1) , 2) , 3) fache.

Problem Nr. 3. Wie verändert sich die Wechselwirkungsgeschwindigkeit der Ausgangsstoffe bei einer Temperaturänderung von auf , wenn der Temperaturkoeffizient der Reaktion 2,5 beträgt?

Lösung.

1. Der Temperaturkoeffizient zeigt, wie sich die Reaktionsgeschwindigkeit bei jeder Temperaturänderung ändert (Van't-Hoff-Regel): .

2. Wenn die Temperaturänderung: ist, dann erhalten wir unter Berücksichtigung der Tatsache, dass: . Von hier, .

3. Mithilfe der Antilogarithmentabelle finden wir: .

Antwort. Wenn sich die Temperatur ändert (d. h. erhöht), erhöht sich die Geschwindigkeit um das 67,7-fache.

Problem Nr. 4. Berechnen Sie den Temperaturkoeffizienten der Reaktionsgeschwindigkeit und wissen Sie, dass die Geschwindigkeit mit steigender Temperatur um den Faktor 128 zunimmt.

Lösung.

1. Die Abhängigkeit der Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion von der Temperatur wird durch die empirische Van't-Hoff-Regel ausgedrückt:

.Wenn wir die Gleichung nach auflösen, finden wir: , . Daher =2

Antwort. =2.

Problem Nr. 5. Für eine der Reaktionen wurden zwei Geschwindigkeitskonstanten bestimmt: bei 0,00670 und bei 0,06857. Bestimmen Sie die Geschwindigkeitskonstante für dieselbe Reaktion bei .

Lösung.

1. Basierend auf zwei Werten der Reabestimmen wir mithilfe der Arrhenius-Gleichung die Aktivierungsenergie der Reaktion: . Für dieser Fall: Von hier: J/mol.

2. Berechnen Sie die Rebei und verwenden Sie dabei die Geschwindigkeitskonstante bei und die Arrhenius-Gleichung in den Berechnungen: . Für diesen Fall: und unter Berücksichtigung der Tatsache, dass: , wir bekommen: . Somit,

Antwort.

Berechnung der chemischen Gleichgewichtskonstante und Bestimmung der Richtung der Gleichgewichtsverschiebung nach dem Prinzip von Le Chatelier .

Aufgabe Nr. 6. Kohlendioxid / / im Gegensatz zu Kohlenmonoxid / / beeinträchtigt nicht die physiologischen Funktionen und die anatomische Integrität eines lebenden Organismus und ihre erstickende Wirkung ist nur auf das Vorhandensein in hohen Konzentrationen und eine Verringerung des Sauerstoffanteils in der eingeatmeten Luft zurückzuführen. Womit ist es gleich Reaktionsgleichgewichtskonstante / /: bei der Temperatur, ausgedrückt durch: a) Partialdrücke der reagierenden Substanzen; b) ihre molaren Konzentrationen, wobei bekannt ist, dass die Zusammensetzung der Gleichgewichtsmischung durch Volumenanteile ausgedrückt wird: , und , und der Gesamtdruck im System Pa beträgt?

Lösung.

1. Der Partialdruck eines Gases ist gleich dem Gesamtdruck multipliziert mit dem Volumenanteil des Gases in der Mischung, daher:

2. Wenn wir diese Werte in den Ausdruck für die Gleichgewichtskonstante einsetzen, erhalten wir:

3. Die Beziehung zwischen und wird auf der Grundlage der Mendeleev-Clapeyron-Gleichung für hergestellt ideale Gase und wird durch die Gleichheit ausgedrückt: , wobei die Differenz zwischen der Molzahl der gasförmigen Reaktionsprodukte und der gasförmigen Ausgangsstoffe ist. Für diese Reaktion: . Dann: .

Antwort. Pa. .

Aufgabe Nr. 7. In welche Richtung verschiebt sich das Gleichgewicht bei folgenden Reaktionen:

3. ;

a) mit steigender Temperatur, b) mit sinkendem Druck, c) mit steigender Wasserstoffkonzentration?

Lösung.

1. Das chemische Gleichgewicht im System stellt sich bei konstanten äußeren Parametern (usw.) ein. Ändern sich diese Parameter, verlässt das System den Gleichgewichtszustand und die direkte (nach rechts) oder umgekehrte Reaktion (nach links) beginnt zu überwiegen. Der Einfluss verschiedener Faktoren auf die Gleichgewichtsverschiebung spiegelt sich im Prinzip von Le Chatelier wider.

2. Betrachten wir den Einfluss aller drei Faktoren, die das chemische Gleichgewicht beeinflussen, auf die oben genannten Reaktionen.

a) Mit zunehmender Temperatur verschiebt sich das Gleichgewicht in Richtung der endothermen Reaktion, d. h. Reaktion, die bei der Aufnahme von Wärme abläuft. Die 1. und 3. Reaktion sind exotherm / /, daher verschiebt sich das Gleichgewicht mit steigender Temperatur in Richtung der Rückreaktion und in der 2. Reaktion / / - in Richtung der Vorwärtsreaktion.

b) Mit abnehmendem Druck verschiebt sich das Gleichgewicht in Richtung einer Zunahme der Molzahl der Gase, d.h. hin zu mehr Druck. In der 1. und 3. Reaktion auf der linken und rechten Seite der Gleichung wird es sein selbe Nummer Mol Gase (2-2 bzw. 1-1). Daher die Druckänderung wird nicht dazu führen Gleichgewichtsverschiebungen im System. Bei der 2. Reaktion befinden sich auf der linken Seite 4 Mol Gase und auf der rechten Seite 2 Mol. Daher verschiebt sich das Gleichgewicht mit abnehmendem Druck in Richtung der Rückreaktion.

V) Mit zunehmender Konzentration der Reaktionskomponenten verschiebt sich das Gleichgewicht in Richtung deren Verbrauch. In der ersten Reaktion ist Wasserstoff in den Produkten vorhanden, und eine Erhöhung seiner Konzentration beschleunigt die Rückreaktion, bei der er verbraucht wird. Bei der 2. und 3. Reaktion gehört Wasserstoff zu den Ausgangsstoffen, so dass eine Erhöhung seiner Konzentration das Gleichgewicht in Richtung der Reaktion verschiebt, die unter Verbrauch von Wasserstoff abläuft.

Antwort.

a) Mit steigender Temperatur verschiebt sich das Gleichgewicht in den Reaktionen 1 und 3 nach links und in Reaktion 2 nach rechts.

b) Die Reaktionen 1 und 3 werden durch einen Druckabfall nicht beeinflusst, aber bei Reaktion 2 verschiebt sich das Gleichgewicht nach links.

c) Eine Temperaturerhöhung führt bei den Reaktionen 2 und 3 zu einer Gleichgewichtsverschiebung nach rechts und bei Reaktion 1 nach links.

1.2. Situationsaufgaben Nr. 7 bis 21 zur Konsolidierung des Materials (durchgeführt in einem Protokollheft).

Aufgabe Nr. 8. Wie ändert sich die Geschwindigkeit der Glukoseoxidation im Körper, wenn die Temperatur von auf absinkt, wenn der Temperaturkoeffizient der Reaktionsgeschwindigkeit 4 beträgt?

Problem Nr. 9.Berechnen Sie mithilfe der ungefähren Van't-Hoff-Regel, um wie viel die Temperatur erhöht werden muss, damit die Reaktionsgeschwindigkeit um das 80-fache steigt? Nehmen Sie den Temperagleich 3.

Aufgabe Nr. 10. Um die Reaktion praktisch zu stoppen, wird eine schnelle Abkühlung des Reaktionsgemisches („Reaktionsgefrieren“) eingesetzt. Bestimmen Sie, wie oft sich die Reaktionsgeschwindigkeit ändert, wenn die Reaktionsmischung von 40 auf abgekühlt wird, wenn der Temperaturkoeffizient der Reaktion 2,7 beträgt.

Aufgabe Nr. 11. Das zur Behandlung einiger Tumoren verwendete Isotop hat eine Halbwertszeit von 8,1 Tagen. Nach welcher Zeit sinkt der Gehalt an radioaktivem Jod im Körper des Patienten um das Fünffache?

Aufgabe Nr. 12. Die Hydrolyse einiger synthetischer Hormone (Arzneimittel) ist eine Reaktion erster Ordnung mit einer Geschwindigkeitskonstante von 0,25 (). Wie verändert sich die Konzentration dieses Hormons nach 2 Monaten?

Aufgabe Nr. 13. Die radioaktive Halbwertszeit beträgt 5600 Jahre. In einem lebenden Organismus wird durch den Stoffwechsel eine konstante Menge aufrechterhalten. In den Überresten des Mammuts war der Inhalt derselbe wie im Original. Bestimmen Sie, wann das Mammut lebte?

Problem Nr. 14. Die Halbwertszeit eines Insektizids (ein Pestizid zur Bekämpfung von Insekten) beträgt 6 Monate. Eine bestimmte Menge davon gelangte in das Reservoir, wo die Konzentration mol/l ermittelt wurde. Wie lange wird es dauern, bis die Insektizidkonzentration auf den mol/l-Wert sinkt?

Aufgabe Nr. 15. Fette und Kohlenhydrate oxidieren bei einer Temperatur von 450 - 500 ° und in lebenden Organismen bei einer Temperatur von 36 - 40 ° mit spürbarer Geschwindigkeit. Was ist der Grund für den starken Temperaturabfall, der für die Oxidation erforderlich ist?

Problem Nr. 16. Wasserstoffperoxid zerfällt in wässrigen Lösungen in Sauerstoff und Wasser. Die Reaktion wird sowohl durch einen anorganischen Katalysator (Ion) als auch durch einen bioorganischen Katalysator (Katalase-Enzym) beschleunigt. Die Aktivierungsenergie der Reaktion in Abwesenheit eines Katalysators beträgt 75,4 kJ/mol. Das Ion reduziert es auf 42 kJ/mol und das Enzym Katalase auf 2 kJ/mol. Berechnen Sie das Verhältnis der Reaktionsgeschwindigkeiten in Abwesenheit eines Katalysators in Gegenwart von Katalase. Welche Schlussfolgerung lässt sich über die Aktivität des Enzyms ziehen? Die Reaktion findet bei einer Temperatur von 27 °C statt.

Problem Nr. 17 Konstante der Penicillin-Zerfallsrate für Walkie-Talkies J/mol.

1.3. Kontrollfragen

1. Erklären Sie, was die Begriffe bedeuten: Reaktionsgeschwindigkeit, Geschwindigkeitskonstante?

2. Wie werden die durchschnittlichen und tatsächlichen Geschwindigkeiten chemischer Reaktionen ausgedrückt?

3. Warum ist es sinnvoll, nur über die Geschwindigkeit chemischer Reaktionen zu sprechen? in diesem Moment Zeit?

4. Formulieren Sie die Definition einer reversiblen und irreversiblen Reaktion.

5. Definieren Sie das Massenwirkungsgesetz. Spiegelt sich in den Gleichungen, die dieses Gesetz ausdrücken, die Abhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit von der Art der Reaktanten wider?

6. Wie hängt die Reaktionsgeschwindigkeit von der Temperatur ab? Wie nennt man Aktivierungsenergie? Was sind aktive Moleküle?

7. Von welchen Faktoren hängt die Geschwindigkeit homogener und heterogener Reaktionen ab? Nenne Beispiele.

8. Wie ist die Reihenfolge und Molekularität chemischer Reaktionen? In welchen Fällen stimmen sie nicht überein?

9. Welche Stoffe werden Katalysatoren genannt? Was ist der Mechanismus der beschleunigenden Wirkung des Katalysators?

10. Was ist der Begriff „Katalysatorvergiftung“? Welche Substanzen werden als Inhibitoren bezeichnet?

11. Was nennt man chemisches Gleichgewicht? Warum heißt es dynamisch? Welche Reaktantenkonzentrationen werden als Gleichgewicht bezeichnet?

12. Wie nennt man die chemische Gleichgewichtskonstante? Kommt es auf die Art der reagierenden Stoffe, deren Konzentration, Temperatur, Druck an? Welche Funktionen gibt es? mathematische Notation für die Gleichgewichtskonstante in heterogenen Systemen?

13. Wie ist die Pharmakokinetik von Arzneimitteln?

14. Prozesse, die mit auftreten Medizin im Körper, werden durch eine Reihe pharmakokinetischer Parameter quantitativ charakterisiert. Nennen Sie die wichtigsten.