Энергия активации реакции | Задачи 341 — 347

Расчеты энергии активации реакции по уравнению Аррениуса

 

Задача 341. 

Чему равна энергия активации реакции, если при повышении температуры от 290 до 300 К скорость ее увеличится в 2 раза?

Решение:

Из уравнения Аррениуса   находим:

Ea  — энергия активации, k  и k’  — константы скорости реакции, Т – температура в К (298). Учитывая, что происходит повышение температуры реакции от 290 К до 300 К, уравнение  можно преобразовать, получим:

Ответ: 49,9кДж/моль.


Задача 342.
Каково значение энергии активации реакции, скорость которой при 300 К в 10 раз больше, чем при 280 К?
Решение:
Из уравнения Аррениуса  находим:

<

Ea  — энергия активации, k и k’  — константы скорости реакции, Т – температура в К (298). Учитывая зависимость константы скорости реакции от изменения температуры, получим:

Видео:Порядок реакции и энергия активацииСкачать

Порядок реакции и энергия активации

Подставляя в последнее уравнение данные задачи и, выражая энергию активации в джоулях, получим:

Ответ: 80,3кДж/моль.


Задача 343. 
Энергия активации реакции O3(г) + NO(г) → O2(г) + NO2(г)  равна 10 кДж/моль. Во сколько раз изменится скорость реакции при повышении температуры от 27 до 37 °С?
Решение:
Из уравнения Аррениуса   находим:

Ea  — энергия активации, k  и k’  — константы скорости реакции, Т – температура в К (298). Учитывая зависимость константы скорости реакции от изменения температуры, получим:

Подставляя в последнее уравнение данные задачи и, выражая энергию активации в джоулях, получим:

Окончательно находим: k/k’ = 1,14.  

Ответ: В 1,14 раз.


Задача 344. 
Зависит ли температурный коэффициент скорости реакции от значения энергии активации? Ответ обосновать.
Решение:
Согласно правилу Вант-Гоффа, зависимость скорости реакции от температуры определяется уравнением:

Здесь vt  и kt  — скорость и константа скорости реакции при температуре t °С; v(t + 10)  и k(t + 10) те же величины при температуре (t + 10 °С);   — температурный коэффициент скорости реакции, значение которого для большинства реакций лежит в пределах 2 — 4 (правило Вант-Гоффа).

Возрастание скорости реакции с ростом температуры принято характеризовать температурным коэффициентом скорости реакции  — числом, показывающим, во сколько раз возрастёт скорость данной реакции при повышении температуры системы на 10 градусов. Температурный коэффициент различных реакций различен. В то же время каждая реакция характеризуется определённым барьером энергии; для его преодоления необходима энергия активации – избыточная энергия, которой должны обладать молекулы при данной температуре, для того чтобы их столкновение привело бы к образованию нового вещества. Зависимость константы скорости реакции (k) от энергиия активации (Ea кДж/моль) выражается уравнением Аррениуса:  или , где

Еа  — энергия активации, k и k’ — константы скорости реакции, Т – температура в К (298). Учитывая зависимость константы скорости реакции от изменения температуры, получим:

Из чего следует, что чем меньше энергия активации и выше температура, тем больше константа скорости реакции и k’/k .

В стандартных условиях энергия активации различных реакций различна и она зависит от природы реагирующих веществ.

Таким образом, температурный коэффициент () не зависит от энергия активации (Ea).


Задача 345. 
Зависит ли значение энергии активации реакции в случае гетерогенного катализа от площади поверхности катализатора и от ее структуры?
Решение:
Известно, что катализатор снижает энергию активации реакции, чем дольше активность катализатора, тем большее снижение энергии активации реакции наблюдается в присутствии катализатора. 

При гетерогенном катализе реакция протекает на поверхности катализатора. Отсюда следует, что активность катализатора зависит от величины поверхности (площади) его и свойств этой поверхности. Чаще всего используют пористую структуру (пемза, асбест и др.). Чтобы увеличить активность данного катализатора, нужно увеличить площадь соприкосновения его с реагентом. Применяют катализаторы с различной структурой поверхности (пористую, порошковую, в виде колец, трубок и т.п.). 

Таким образом, с увеличением площади поверхности твёрдого катализатора увеличивается его активность и, соответственно, значительно уменьшается энергия активация катализируемой реакции.


Задача 346. 
Реакция 2Н2(г) + О2(г) = 2Н2О(г)  протекает с выделением теплоты. Однако для того, чтобы реакция началась, исходную смесь газов надо нагреть. Как это объяснить? 
Решение:
Данная реакция является экзотермической, но для начала протекания реакции необходимо дополнительно подогреть смесь водорода и кислорода. Это можно объяснить тем, что энергия активации реакции слишком велика ( больше 120 кДж/моль), значит лишь только малая часть столкновений молекул водорода и кислорода друг с другом приводит к их взаимодействию. Для того чтобы увеличить число активных столкновений необходимо исходную смесь нагреть, т.е. повысить температуру системы, что вызовет разрыв или ослабление связей между атомами молекул газов. При нагревании смеси Н2 и О2 в отношении 2 : 1 происходит взрыв. Объясняется это тем, что из атомов водорода и кислорода, изначально образовавшихся при подогревании газовой смеси, образуются радикалы  *ОН, которые легко реагируют с молекулой Н2 с образованием молекул Н2О и *Н. Последний реагирует с молекулой О2 с образованием радикалов  *О*,  и *ОН. В свою очередь, атом кислорода, реагируя с молекулой Н2, порождает радикалы *Н  и  *ОН, при столкновении которых образуется молекула Н2О.

Таким образом, при нагревании смеси водорода и кислорода происходит увеличение образования активных частиц(*О*, *Н, *ОН), что порождает цепную реакцию, и скорость её резко возрастает, происходит взрыв смеси газов.


🎬 Видео

Энергия активации химической реакцииСкачать

Энергия активации химической реакции

Использование уравнения Аррениуса для решения задач (1/2). Химия для поступающих.Скачать

Использование уравнения Аррениуса для решения задач (1/2). Химия для поступающих.

Зависимость скорости реакции от концентрации реагентовСкачать

Зависимость скорости реакции от концентрации реагентов

Задачи на скорость реакции в зависимости от концентрации реагентовСкачать

Задачи на скорость реакции в зависимости от концентрации реагентов

Лекция 13 || 2021 || Температурная зависимость скорости, уравнение Аррениуса, энергия активацииСкачать

Лекция 13 || 2021 || Температурная зависимость скорости, уравнение Аррениуса, энергия активации

Влияние температуры на скорость химических реакций. 10 класс.Скачать

Влияние температуры на скорость химических реакций. 10 класс.

Занятие 4. "Энергетический профиль химической реакции".Скачать

Занятие 4. "Энергетический профиль химической реакции".

Урок 255. Задачи на работу и мощность электрического токаСкачать

Урок 255. Задачи на работу и мощность электрического тока

3 1 Константа химической реакцииСкачать

3 1  Константа химической реакции

123. Решение задач на нахождение скорости хим. реакции по известным концентрациям и времени.Скачать

123. Решение задач на нахождение скорости хим. реакции по известным концентрациям и времени.

Реактивная мощность за 5 минут простыми словами. Четкий #энерголикбезСкачать

Реактивная мощность за 5 минут простыми словами. Четкий #энерголикбез

Урок 266. Задачи на мощность электрического токаСкачать

Урок 266. Задачи на мощность электрического тока

Скорость химической реакции. Гомо- и гетерогенные реакции. Механизм реакции.Скачать

Скорость химической реакции. Гомо- и гетерогенные реакции. Механизм реакции.

Связи и реакции связей. Определение направления силы реакцийСкачать

Связи и реакции связей. Определение направления силы реакций

влияние концентрации реагирующих веществ на скорость химической реакцииСкачать

влияние концентрации реагирующих веществ на скорость химической реакции

Скорость химической реакции. Практическая часть. 10 класс.Скачать

Скорость химической реакции. Практическая часть. 10 класс.

Влияние концентрации на скорость химических реакций. 10 класс.Скачать

Влияние концентрации на скорость химических реакций. 10 класс.

Урок 317. Задачи на законы сохраненияСкачать

Урок 317. Задачи на законы сохранения
Поделиться или сохранить к себе:
Конспекты лекций по химии