Хімічна кінетика і каталіз. Розчини неелектролітів. Електропровідність розчинів електролітів. Поверхневі явища

Контрольні завдання

Питання для самоперевірки

1.  Як формулюється перший початок термодинаміки? Приведіть його математичний вираз.

2.  Що називається ентальпією?

3.  Як формулюється закон Гесса?

4.  Як формулюється другий початок термодинаміки?

5.  Що таке ентропія?

6.  Сформулюйте третій початок термодинаміки.

7.  Що називається вільною енергією?

8.  Яка статистична інтерпретація ентропії?

9. Як зв'язана зміна енергії Гиббса—Гельмгольца із
спрямуванням  хімічних  процесів?

10. Яким рівнянням зв'язані величини ∆G, ∆Н, ∆S?

11.Який зв'язок між ∆G і константою хімічної рівноваги?

Рішення типових задач

1. Обчислити тепловий ефект реакції утворення окисі вуглецю (графіту), якщо теплота утворення двуокисі вуглецю рівна 94,05 ккал, а теплота згорання окисі вуглецю до двуокисі рівна 67,6 ккал.

Рішення.

На підставі закону Гесса можна обчислювати теплові ефекти одних реакцій з теплових ефектів інших реакцій, доступніших точним вимірюванням, або з табличних даних.

а)  По умові:      С + О₂=СО₂ + 94,05 ккал                   (1)

                           СО + 1/2О₂₌С0₂ + 67,6 ккал              (2)

Віднімемо (2) з (1)   С — СО+ 1/2О₂ = 26,45 ккал

або, після перестановки членів рівняння

С+1/20₂=СО+ 26,45 ккал

б) В даний час більш прийнятий інший запис теплот хімічних реакцій: поряд з рівнянням реакції записується приріст ентальпії і застосовується термодинамічна система запису теплот хімічних реакцій, а саме, теплота та, що виділяється пишеться із заком —, а теплота поглинається із знаком +. Зазвичай приводиться стандартна зміна ентальпії, ∆Н тобто зміна ентальпії, коли продукти реакції і початкові речовини знаходяться в своїх стандартних станах (25°С і 1 атм).

С_(гр)+ 0₂ = С0₂                 ∆Н˚₁ = -94,05 ккал         (1)

СО+1/20₂ = С0₂         ∆Н °₂ = — 67,6 ккал     (2) -

                С_(гр)+ 1/2О₂=С0                ∆Н °₃ = ?                      (3)

Віднімаючи з реакції (1) реакцію (2), отримаємо реакцію (3), отже

∆Н °з = ∆Н˚₁ -∆Н °₂ = —94,05—(—67,6)=-26,45 ккал.

2. Обчислити зміну стандартній ентропії утворення (∆S˚образ) етанолу з елементів, користуючись табличними даними абсолютних ентропії речовин при 25°С (стандартних ентропії речовин) S˚:

                     Речовина                   S° кал /моль-град

С(Т), графить              1,361

                             Н2(г)                      31,21

                         02(Г)                            49,0

                        С₂H₅OH(Ж)                38,4

Рішення.

∆S°образ ⁼ ES⁰,пр — ES⁰реаг                   (1)

Рівняння утворення етанолу з елементів:

2С + ЗH₂+ 1/2O_{2 =} С₂Н₅ОН

Підставляючи величини S⁰ в рівняння (1), для даної реакції отримаємо

∆S°образ=38,4— (2-1,361 + 3-31,21+ 1/2.49,0) =

2

=-82,5 кал/(моль-град).

3. Обчислити зміну вільній енергії реакції (∆Gр) отримання розбавленої оцетової кислоти з етанолу на підставі табличних даних стандартних вільних енергій утворення речовин у водних розчинах (∆G˚oбраз):

Речовина                      ∆ G˚ образ ккал/міль

СHзCOOH_(водн)                      -95,38

Н₂0(ж)                                  -56,69

С₂H₅OH_(вед„)                                     -43,39

(величина ∆ G˚ образ елементу в його стандартному стані приймається рівним нулю).

Рішення.

∆Gр ⁼Σ ∆Goбраз.пр- Σ∆Gобраз-реаг         (2)

Реакція описується сумарним рівнянням:

С₂Н₅0Н_(водп)+О₂→СНзСООН_(водн) + Н₂О_(ж).

Застосовуючи рівняння (2) і дані умови, отримаємо

 ∆Gр = —95,38+(-56,69) — (- 43,39) -  0- — 108,7 ккал/міль.

Хімічна кінетика і каталіз

Зверніться до визначення хімічної кінетики, як науки про швидкість реакції і її механізм. Звертаючись до понять середньої і дійсної швидкості, пригадаєте розмірності концентрацій, які використовуються в хімічній кінетиці. Особливо зупиніться на кінетичних рівняннях реакцій першого і другого порядку. Встановите зв'язок між температурою і швидкістю реакції. Розглянете каталітичні явища, зробивши упор на характерні ознаки каталізу і на особливості ферментативного каталізу.

ЛІТЕРАТУРА: 1, с. 174 — 180, 187—207, 2, с. 153—168.

Питання для самоперевірки

1. Що називається швидкістю хімічної реакції?

2.  Напишіть вираз середній і дійсній швидкості реакції.

3.  Напишіть кінетичне рівняння реакцій першого і другого порядків.

4. Що, таке константа швидкості хімічної реакції?

5. Як впливає температура на швидкість хімічної реакції?

6.  Що називається енергією активації?

7.  Що називається каталізом?

Вирішення  типових  завдань

1. Активність атомів полонію за 7 днів зменшилася на 3,425%'.

Визначити константу швидкості його розпаду і період напіврозпаду.

Рішення.

Реакція радіоактивного розпаду полонію є реакцією першого порядку, кінетичне рівняння якої має вигляд

D(a-x)/dt=(а—х), звідки  R= 2.303/t lga/a-x

де а — початкова концентрація речовини

х — зменшення концентрації за час t,

 а — х — кінцева концентрація.

Приймаючи початкову кількість за 100%, отримаємо