Задачи для самостоятельного решения

 

1. Для обратимой реакции первого порядка К_р=10, а k₁ = 0,2 с^–1. Вычислите время, при котором концентрации веществ А и В станут равными, если начальная концентрация вещества В равна 0.

2. Превращение роданида аммония NH₄SCN в тиомочевину (NH₂)₂CS ─ обратимая реакция первого порядка. Рассчитайте скорости прямой и обратной реакций, используя следующие экспериментальные данные:

t , мин	0	19	38	48	60	∞
Доля прореагировавшего NH4SCN, %	2.0	6,9	10,4	12,3	13,6	23,2

 

3. В параллельных реакциях первого порядка: В А ® С выход вещества В равен 53%, а время превращения А на 1/3 равно 40 с. Найдите k₁и k_2.

4. Реакция разложения вещества А может протекать парал-лельно по трем направлениям:

 

D А ® В

î_® C.

 

Концентрации продуктов в смеси через 5 мин после начала реакции составляли, моль/л: [В]=3,2, [С]=1,8, [D]=4,0. Опреде-лите константы скорости k₁…k₃, если период полураспада ве-щества А равен 10 мин.

5. Реакция разложения вещества А может протекать по трем направлениям:D А ® В

 

î_® C.

 

Концентрации продуктов в смеси через 10 мин после начала реакции составляли, моль/л: [В]=1,6, [С]=3,6, [D]=7,8. Опреде-лите константы скорости k₁…k₃, если период полураспада ве-щества А равен 8 мин.

6. Образец радиоактивного урана массой 100 г распадается по схеме: ²³⁹U ® ²³⁹Np ® ²³⁹Pu. (периоды полураспада – 20 и 600 мин). Рассчитайте массы нептуния и плутония: через 20 мин и 20 суток после начала распада. Определите максимальную массу нептуния, которая может быть получена из данного образца урана.

7. Кинетика обратимой реакции А ↔ В измерена при двух значениях температуры. Получены следующие эксперимен-тальные данные:

1) Т = 293 К

 

t. мин	0	10	20	∞
Доля В в смеси, %	2,0	21,5	31,0	39,7

 

2) Т = 313 К.

 

t. мин	0	3	9	∞
Доля В в смеси, %	2,0	27,1	45,2	50,7

 

Рассчитайте; а) энергии активации прямой и обратной реакций; б) константы равновесия при двух значениях температуры; в) тепловой эффект прямой реакции.

8. В системе протекают две параллельные реакции: А + В → → продукты (k₁) иА + С → продукты (k₂). Отношение k₁/k₂ = 7. Начальные концентрации веществ В и С одинаковы. К моменту времени t прореагировало 50% вещества В. Какая часть вещества С прореагировало к этому моменту?

9. Константа реакции цис-, трансизомеризации бутена-2 при 417 ^оС равна 8,52^.10^-7 с^-1, Константа равновесия при этой температуре равна 1,14. В начальный момент времени присутствует только цисизомер. Определите время, за которое прореагирует 30% бутена-2.

10. Константа скорости прямой реакции NH₄SCN ↔ ↔ (NH₂)₂CS при 25 ^оС равна 7,66^.10^-7 мин^-1. Константа равновесия при этой температуре равна 1,30. В начальный момент времени присутствует только роданид аммония. Определите время, за которое прореагирует 40% исходного вещества.

11. При смешении (273 К) раствор содержал 73,2% этилового спирта, 0,677 моль HCOOH и 0,0261% HCl (вода не учитывается). Для исследования кинетики реакции образования формиата при 521 К отбирали в различное время пробы объемом 5 мл и оттитровывали Ba(OH)₂. Результаты титрования представлены в таблице:

 

t, мин	0	50	100	160	220	∞
V, мл	43,52	40,40	37,75	35,10	31,09	24,28

 

Вычислите константы образования k₁ и разложения k₂ этилформиата в этом растворе и константу равновесия обратимой реакции К_р, если концентрации воды, этанола и ионов водорода постоянны.

12. Образование этилового эфира муравьиной кислоты при 303 К протекает по уравнению реакции первого порядка: HCOOH + C₂H₆O → HCOOC₂H₅. Были получены следующие результаты:

 

t, мин	0	1700	1000	14000	20000	40000
Количество кислоты, см3	29,44	28,59	24,77	23,05	21,28	16,80

 

Концентрацию кислоты определяли титрованием. Константа обратной реакции k₁ = 1,5^.10^-5 мин^-1. Концентрация продукта прямой реакции в начальный момент равна 0. Определите константу прямой реакции.

13. Для реакции между иодистым метилом и раствором диметилпаратолуидина в нитробензоле CH₃C₆H₄N(CH₃)₂+CH₃I® ® H₄C₆H₃CN(CH₃)₃ получены следующие данные:

 

t, мин	10,2	26,5	36,0	78,0
x/ c0	0,175	0,343	0,402	0,523

 

Константа равновесия реакции равна 69,8. Начальные концентрации обоих реагентов равны 0,05 моль/л, продукт в процессе реакции отводится. Определите, по какому кинетическому уравнению следует описать кинетическую кривую, и рассчитайте константу скорости реакции.

14. Реакция термического крекинга нефти относится к консекутивной реакции, причем бензин является промежуточным продуктом, распадающимся на газообразные вещества. Определите максимальную концентрацию бензина и время ее достижения при крекинге 1 т нефти, если при 673 К константа образования бензина k₁ = 0,283 ч^-1, а константа распада бензина k₂ = 0,102 ч^-1.

15. Покажите, что для реакций А В и А С время, за которое образуется половина количества В (по сравнению с его количеством при t = ∞) и время, за которое образуется половина количества С, одинаково, хотя константы k₁ и k₂ имеют разные значения.

16. Определите периоды полураспада RaB и RaC, связанные генетическим рядом: RaB  RaC  RaC΄, если существует зависимость изменения концентрации радиоактивных ядер RaB от времени и время, при котором кон- центрации накопленных RaC, RaC΄ будут максимальны, τ_max = = 35 мин. (опыт проводили с чистыми ядрами RaB).

 

Число ядер NRaB	100	70	50	34	17	5	4	2,5
τ, мин	0	10	20	40	50	80	90	100

 

17. Для последовательной реакции первого порядка

А В С определите максимальную концентрацию промежуточного вещества В и время ее достижения.

18. Для последовательной реакции первого порядка: А В С начальная концентрация А равна 1 моль/л, k₁= 0,1 мин^-1, k₂ = 0,05 мин^-1. Определите: 1) максимальное значение концентрации промежуточного вещества В и время ее достижения t; 2) концентрации веществ А и С в момент времени t.

19. Для последовательной реакции первого порядка: А В С начальная концентрация А равна 2 моль/л, k₁= 0,12 мин^-1, k₂ = 0,05 мин^-1. Определите: 1) максимальное значение концентрации промежуточного вещества В и время ее достижения t; 2) концентрации веществ А и С в момент времени t.

ОТВЕТЫ К ЗАДАЧАМ

 

Тема 1

1. 0,055. 2. 6^.10^-3 моль/л. 3. I = 0,006; a_Ca2⁺ = 6,4^.10^-3 моль/л; a_Cl- = а = 1,5^.10^-2 моль/л. 4. а_± = 8,223^.10^-2; а = 5,56^.10^-4. 5.-133,15 кДж/моль. 6. 297 К. 7. 5,5^.10^-6 Ом^-1.м^-1. 8. 138,3 Ом^-1.м^2.моль^-1. 9. 387,9 Ом^-1.см^2.моль^-1. 10. 0,141 Ом^-1.м^-1; 0,0141 Ом^-1.моль^-1.м². 11. 0,78. 12 К=1,75^.10^-7 моль/л; рН = 5,29. 13. λ_- = 0,00763 Ом^-1.моль^-1.м²; v⁰_- = 7,91^.10^-8 м^2.с^-1.В^-1. 14. t₊ =0,472; t_- = 0,528. 15. 0,0298 г.

Тема 2

1. -126 В. 2. -2,39 В; -2,42 В; -2,45 В. 3. -0,28 В. 4. 0,1 моль/л. 5. 7,6. 6. 1,8^.10⁶. 7. 6,5^.10^-13. 8. -0,4141 В. 9. ΔG = = -4,400 кДж/моль; DH = 5,348 кДж/моль; ΔS = 32,8 Дж/(моль^.К). 10. 0,4910 В. 11. 109,99 кДж/моль. 12. -94,25 кДж/моль. 13. Е = 0,968 В; (dE/dT)_p = 1/85^.10^-4 В/К. 14. 0,1287 В. 15. 0,12 В.

Тема 3

1. 0,21 л/с и 0,15 л/с. 2. 0,0045 моль/(л^.с); 0.0023 моль/(л^.с). 3. 0,15 с^-1; 4. 144 мин.; 5. 49 лет. 6. 120 суток. 7. 0,091 мг.; 0,003 мг. 8. 0,018 моль/(л^.с); 25 с. 9. 0,043 л^.с/моль; 45 мин; 34 мин. 10. 2. 11. 1; 0,0095 с^-1. 12. 29,4 ч.; 13. 11,6 лет. 14. 2; 0,0012 моль/(л^.с). 15. 0,0037 моль/(л^.с); 320 с. 16. 38 мин. 17. 34 мин. 18. 1; 0,018 с^-1. 19. 2. 20. 0,0075 моль/л.

Тема 4

1. 70,1 кДж/моль; 0,02264 с^-1. 2. 0,58 сек. 3. 3,69^.10^-17; 4,2^.10²⁴. 4. 314,9 кДж/моль; 4,2^.10²⁴. 5. 1210 сек. 6. В 10 раз. 7. В два раза. 8. В 43 раза. 9. На 67 ⁰С. 10. 2,6. 11 На 18 ⁰С. 12. При 110 ⁰С. 13. 13,57 мин. 14. 39 ⁰С. 15. 1,9. 16. 85 кДж/моль; 920 кДж/моль. 17. 47 ч. 18. 0,0002. 19. 350 К. 20. 288 К.

Тема 5

1. Е = 663,5 кДж/моль.2. γ = 2,1. 3. λ = 0,5^.10^-6м. 4. 2,5^.10 Дж/(моль^.с). 5. γ = 4,8^.10⁵. 6. γ = 16,6. 8. γ = 100. 9. 251 кДж.

Тема 6

1. 3,36 ч. 2. w₁= 0,22 моль/(л^.c); w₂ = 0,003 моль/(л^.c). 3. k₁=0,01 c^-1; k=0,05 c^-1. 4. k₁=0,004 c^-1; k₂= 0,0023 c^-1; k₃=0,002 c^-1. 5. k₁=0,024 c^-1; k₂= 0,021 c^-1; k₃=0,019 c^-1. 6. 21,5 г; 17,6 г; 1,9 г; 0.7 г. 7. Е_а,1,2=126,5 и 212,7 кДж; К_1,2 = 0,15 и 1,25; -345,4 кДж/моль. 8. 48,1%. 9. 94 с. 10. 220 мин. 11. k₁=0,133 c^-1; k₂ 0,096c^-1; K=47,6; 12. k = 1,35 c^-1. 13. По уравнению реакции второго порядка. 14. 1,823 кмоль/м³; 1,6 ч.1 6. t₁ = 12,5 мин; t₂=15,8 мин. 17. 23,3 моль/л; 138 c. 18. 1) 0,347 моль/л; 52 мин; 2) 0,625 моль/л; 0,127 моль/л. 19. 1) 0,237 моль/л; 35 мин; 2) 0,165 моль/л; 0,118 моль/л.

СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

 

1. Стромберг А.Г., Лельчук Х.А., Картушинская А.И. Сборник задач по химической кинетике: учеб. пособие для хим. техн. спец. вузов / Под ред. А.Г. Стромберга. М.: Высш. шк., 1985. 192 с.

2. Задачи по физической химии: учеб. пособие / В.В. Еремин, С.И. Каргов, И.А. Успенская, Н.Е. Кузьменко, В.В. Лунин. М.: Экзамен, 2003. 320 с.

3. Киселева Е.В. и др. Сборник примеров и задач по физической химии. М.: Химия, 1984. 455 с.

4. Пономарева И.С. Сборник задач по физической химии. М.: Химия, 1965. 200 с.

5. Баталин Т.И. Сборник примеров и задач по физической химии / Киев. ун-т. Киев, 1960. 546 с.

6. Карапетьянц М.Х. Примеры и задачи по электрохимии. М.: Химия, 1974. 301 с.

7. Сборник вопросов и задач по физической химии для самоконтроля: учеб. пособие для вузов/под ред. С.Ф. Белевского. М.: Высш. шк., 1979. 118 с.

8. Краткий справочник физико-химических величин / под ред. А.А. Равделя и А.М. Пономаревой. Л.: Химия, 1983. 231 с.

11. Зайцев О.С. Химическая кинетика к курсу общей химии. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1973. 294 с.

12. Свиридов В.В., Попкович Г.А., Васильева Г.И.. Задачи, вопросы и упражнения по общей и неорганической химии. Минск: Изд-во Белорус. ун-та, 1978. 352 с.