Un catalizator este o substanță care modifică rata de reacție, participă la reacție, dar nu intră în substanțele finale. Efectul catalizatorului asupra ratei de reacție se numește cataliză. Rata reacției chimice în prezența catalizatorului poate crește (cataliză pozitivă) sau scădere (cataliză negativă sau inhibare). În funcție de faptul dacă catalizatorul este în fază cu substanțele care reacționează sau formează o fază separată, se disting o cataliză omogenă și eterogenă.
Efectul catalizatorilor pozitivi este redus la o scădere a energiei de activare a reacției, în timp ce numărul total al moleculelor active crește, viteza de reacție crește.
Mecanismul de acțiune al catalizatorului poate fi foarte divers și, de regulă, foarte complex. În cazul catalizei omogene, mecanismul de acțiune al catalizatorului este de obicei asociat cu formarea intermediarilor activi. De exemplu, o reacție chimică
în prezența catalizatorului, are loc în mai multe etape: catalizatorul interacționează cu una din substanțe pentru a forma un intermediar
atunci reacția intermediară Akat reacționează cu o altă substanță de pornire B, formând produsul final de reacție și izolând catalizatorul în forma sa originală:
In cazul catalizei pozitive (Fig. 2), energia de activare a reacției etapele intermediare (Ea și Ea k1 k2) trebuie să fie mai mică decât energia fără activarea catalizatorului (Ea).
Fig. 2. Schema energetică a reacției:
1 - fără catalizator, 2 - cu catalizator
Exemplul 7. Energia de activare a unei anumite reacții fără catalizator Ea este 75,4 kJ / mol, iar cu catalizatorul Ea, k = 53,0 kJ / mol. De câte ori rata de reacție crește în prezența catalizatorului dacă reacția are loc la 25 ° C?
Soluția. Indicăm constanta vitezei în prezența catalizatorului kk. Folosim ecuația Arrhenius (4.9):
Astfel, rata de reacție va crește cu 8443 de ori.
4.1. Cum se va schimba rata de reacție a SO2 + 2H2 S = 3S + 2H2O: a) dacă concentrația de oxid de sulf (IV) este crescută de 3 ori; b) creșterea concentrației de hidrogen sulfurat de 3 ori; c) creșterea concentrației de oxid de sulf (IV) și hidrogen sulfurat de 3 ori?
Răspuns. a) va crește de 3 ori; b) va crește de 9 ori; c) va crește de 27 de ori.
4.2. Reacția continuă conform ecuației 02 + 2S02 = 2S03. Cum de a mări rata de reacție de 9 ori prin schimbarea concentrațiilor de reactanți? (Oferiți cel puțin trei opțiuni).
4.3. Coeficientul de temperatură al ratei de reacție este de 3,5. Câte grade este necesar pentru creșterea temperaturii, astfel încât rata de reacție să crească: a) de 50 de ori; b) de 150 de ori?
Răspuns: a) la 30 ° C. b) la 40 ° C.
4.4. La 20 ° C, viteza unei reacții chimice este de 1 mmol / (L # 8729; c). La 80 ° C, rata crește la 100 mmol / (l # 8729; c). Se calculează viteza de reacție la o temperatură de 50 ° C.
Răspuns. 9,9 mmoli) (1 # 8729; c).
4.5. Găsiți valoarea energiei de activare a reacției dacă rata acesteia crește cu un factor de 20 cu o creștere a temperaturii de la 100 la 130 ° C.
Răspuns. 124,8 kJ / mol.
4.6. Catalizatorul scade energia de activare a unei reacții cu 20 kJ / mol. De câte ori va crește viteza acestei reacții, dacă se efectuează la o temperatură de 30 ° C?
4.7. Scrie expresia legii acțiunii în masă pentru următoarele reacții:
4.8. Cum se va schimba rata de reacție 2NO + O2 = 2NO2. a) dacă presiunea este mărită de 3 ori; b) concentrația de oxid nitric (II) este redusă de 2 ori?
Răspuns. a) va crește de 27 ori, b) va scădea de 4 ori.
4.9. La o temperatură de 20 ° C, reacția se desfășoară timp de 1 oră. Coeficientul de temperatură al vitezei de reacție este 2,5. La ce temperatură se va termina reacția în 5 minute?
4.10. Câte grade este necesar să se ridice temperatura unei anumite reacții (g = 3), astfel încât viteza să crească: a) de 20 de ori; b) de 100 de ori?
4.11. Energia de activare a unei anumite reacții este de 98,12 kJ / mol, cu introducerea catalizatorului, energia de activare este redusă la 79,81 kJ / mol. De câte ori va crește viteza de reacție în prezența catalizatorului la o temperatură de 100 ° C?
4.12. Catalizatorul reduce energia de activare a unei anumite reacții cu 22 kJ / mol. Calculați modul în care viteza acestei reacții se va modifica în prezența catalizatorului la o temperatură de 75 ° C
4.13. Cum se va schimba rata de reacție a 2NO + Cl2 = 2NOCl dacă concentrația de oxid nitric (II) crește simultan de 3 ori și concentrația de clor este redusă de 3 ori?
Răspuns. va crește de 3 ori.
4.14. De câte ori crește viteza de reacție:
dacă acestea sunt efectuate nu în aer, ci într-un mediu de oxigen pur? (Concentrația oxigenului în aer trebuie luată ca 20% vol.)
Răspuns. a) de 5 ori; b) de 3125 de ori; c) de 125 de ori.
4.15. Cu o creștere a temperaturii de la 30 la 60 ° C, rata de reacție a crescut de 64 ori. Cum se va schimba rata acestei reacții cu o scădere a temperaturii de la 30 la 20 ° C?
Răspuns. va scădea de 4 ori.
4.16. Coeficientul de temperatură al ratei de reacție este de 2,2. La o temperatură de 300 ° C, constanta vitezei de reacție este 2 # 8729; 10 - 3. Găsiți constanta vitezei la 400 ° C.
4.17. Cu o scădere a temperaturii de la 40 la 20 ° C, reacția a încetinit cu un factor de 10. Calculați energia de activare a acestei reacții.
Răspuns. 87,78 kJ / mol.
4.18. La 20 ° C în prezența catalizatorului, reacția are loc de 10.000 de ori mai rapidă decât fără catalizator. Găsiți energia de activare a reacției cu catalizatorul dacă energia de activare fără catalizator este de 101,8 kJ / mol.
Răspuns. 79,36 kJ / mol.
4.19. Scrieți expresia legii acțiunii de masă pentru reacția 2Fe + 3Cl2 = 2FeCl3. De câte ori va crește rata de reacție dacă volumul vasului de reacție este redus de 2,5 ori?
Răspuns. va crește cu 15.625 de ori.
4.20. Reacția omogenă se efectuează conform ecuației 3A2 + B2 = 2A3B. Concentrația de B2 a fost redusă de 15 ori. Modificarea concentrației de A2. astfel încât rata de reacție directă să rămână aceeași?
Răspuns. creștere de 2,47 ori.
4.21. Coeficientul de temperatură al vitezei de reacție este de 2,8. Cum se va schimba rata de reacție: a) cu o creștere a temperaturii cu 30 ° C; b) creșterea temperaturii cu 70 ° C; c) o scădere a temperaturii cu 50 ° C?
Răspuns. a) crește
în 22 de ori; b) va crește
în 1350 de ori; c) va scădea de 172 de ori.
4.22. Constanta vitezei de reacție la 0 și 40 ° C este de 2 # 8729, 10-3 și, respectiv, 0,1. Determinați coeficientul de temperatură al ratei acestei reacții.
4.23. Modificarea presiunii la viteza de reacție 2CO + O2 = 2CO2. a) a crescut de 100 de ori; b) a scăzut cu un factor de 10?
Răspuns. a) se majorează de 4,64 ori; b) se reduce cu 2,15 ori.
4.24. Omogeni Reacția decurge conform ecuației 4NH3 + 5O2 = 4NO + 6H2 O. Deoarece rata de schimbare a reacției, în cazul în care volumul vasului de reacție a fost redusă de 2 ori?
Răspuns. va crește de 512 de ori.
4.25. Când temperatura a fost scăzută cu 60 ° C, reacția a încetinit de 64 ori. Determinați coeficientul de temperatură al ratei acestei reacții.
4.26. La ce temperatură se va încheia reacția după 20 de minute, dacă la o temperatură de 20 ° C sunt necesare 3 ore pentru a termina reacția. Coeficientul de temperatură de reacție este 3.
4.27. Energia de activare a reacției este de 74,44 kJ / mol. De câte ori se va schimba rata de reacție dacă temperatura de reacție va crește de la 0 la 30 ° C?
4,28. La o temperatură de 0 ° C, reacția are loc la o viteză de 2 mol / (1 # 8729; min), la o temperatură de 50 ° C, 80 moli / (1 # 8729; min). Se calculează viteza de reacție la o temperatură de 30 ° C.
Răspuns. 18,3 mol / (1 # 8729; min).
4.29. Calculați energia de activare a reacției dacă constantele de viteză la 25 și 50 ° C sunt, respectiv, 0,4 și 22.
Răspuns. 128,3 kJ / mol.
4.30. Cum se va schimba rata de reacție a CO + 3H2 = CH4 + H2O: a) dacă presiunea este crescută de 3 ori; b) reducerea volumului sistemului de 2 ori; c) creșterea concentrației de hidrogen de 4 ori?
Răspunsul: a) va crește de 81 de ori; b) va crește de 16 ori; c) va crește de 64 de ori.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: