Раздел 4. Химическая кинетика

↑

▷ Содержание

⇐ ПредыдущаяСтр 4 из 7Следующая ⇒

В задачах (581-595) для данной химической реакции при заданных температуре Т, порядке реакции n, начальных концентрациях реагентов С ₀, времени полупревращения t _½ определите время, за которое прореагирует указанная доля исходного вещества a.

В задачах (596-610) для реакции n- го порядка рассчитайте концентрацию исходных веществ С ₂ через некоторое время t ₂ от начала реакции, если известно, что при начальных концентрациях реагентов С ₀ при некоторой температуре за время t ₁ концентрация исходного вещества стала С ₁.

В задачах (611-630) по известным экспериментальным данным, приведенным в таблице (n - порядок реакции; E_a - энергия активации; k₀ - предэкспоненциальный множитель в уравнении Аррениуса k_T = k₀ exp(- E_a/RT); Т₁ и Т₂ - начальная и конечная температура; С - исходная концентрация вещества), рассчитайте константы скорости реакции при температуре Т₁ и Т₂ иопределите скорость реакции в некоторый момент времени, когда прореагировало некоторая доля исходного вещества a.

В задачах (631 – 640) определите скорость газофазной реакции по каждому компоненту, если известна скорость образования r какого-либо продукта.

В задачах (641 – 650) для данной химической реакции рассчитайте скорость реакции r ₂ при указанной концентрации С ₂ одного из компонентов, если известны начальные концентрации реагентов С ₀ и скорость реакции r ₁ при известной концентрации одного из компонентов С ₁.

В задачах (651 –660) определите, во сколько раз увеличилась константа скорости второй реакции при нагревании от Т ₁ до Т ₂, если дано соотношение энергий активации первой и второй реакций (Е ₁/ Е ₂) и известно, что при нагревании от Т ₁ до Т₂ К константа скорости первой реакции увеличилась в а раз.

В задачах (661 – 670) рассчитайте для реакции второго порядка А + В ® D при известных начальных концентрациях реагентов С ₀ константу скорости реакции и время полупревращения t _½ обоих веществ, если известно,что через некоторое время t концентрация вещества А уменьшилась до значения С _А.

Примеры решения задач

Раздел «Строение вещества (атом, молекула, кристалл)

Пример 1.

Используя метод молекулярных орбиталей, объясните различные значения энергии и длины связи в частицах F₂ и F₂⁺

Решение

Процесс образования частицы F₂ можно представить записью:

F [1s²2s²2p⁵] + F [1s²2s²2p⁵] →

F₂ [σ(1s)² σ*(1s)² σ(2s)² σ*(2s)² σ(2p_x)²π(2p_y)²π(2p_z)² π *(2p_y)² π *(2p_z)²].

Перекрывание 1s- атомных орбиталей приводит к заполнению σ(1s) - связывающей и σ*(1s)- разрыхляющей молекулярных орбиталей двумя электронами с антипараллельными спинами и не изменяет энергию связывающихся атомов и в дальнейшем может не учитываться. В молекуле F₂ имеется избыток двух связывающих электронов, что соответствует одинарной связи или порядку связи n, равному единице, который для двухатомной частицы рассчитывается по формуле: = =1, где N – количество связывающих электронов, N^* - количество разрыхляющих электронов.

Все электроны в молекуле F₂ спарены (спины электронов на отдельных молекулярных орбиталях параллельны) и частица не обладает магнитными свойствами (диамагнитна).

На рис.1 представлена энергетическая диаграмма образования молекулы F₂.

Процесс образования частицы F₂⁺ можно представить записью:

F [К2s²2p⁵] + F⁺ [К2s²2p⁴] →

F₂⁺ [ККσ(2s)² σ*(2s)² σ(2p_x)²π(2p_y)²π(2p_z)² π *(2p_y)² π *(2p_z)¹].

В молекулярном ионе F₂⁺ имеется избыток трех связывающих электронов, что соответствует полуторной связи или порядку связи, равному 1,5.

Увеличение количества связывающих электронов приводит к упрочнению связи и уменьшению межъядерного расстояния (длины связи). В молекулярном ионе F₂⁺ имеется один неспаренный электрон и частица обладает магнитными свойствами (парамагнитна).

На рис.2 представлена энергетическая диаграмма образования молекулы F₂⁺.

Рис.1 Энергетическая диаграмма молекулы F₂

Атомные орбитали Молекулярные орбитали Атомные орбитали

Рис.2 Энергетическая диаграмма молекулярного иона F₂⁺

Атомные орбитали Молекулярные орбитали Атомные орбитали

Пример 2.

Известно, что молекулярный ион [BrF₄]⁺ имеет форму искаженного тетраэдра. Объясните, используя метод валентных связей, как образуется эта частица, полярна ли она?

Решение. Электронное строение атомов:

Br 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p⁵,

Br⁺ 4s²4p⁴;

2p ­¯­¯­_

F 1s²2s²2p⁵ или 2s ­¯

Схема образования гибридных орбиталей брома:

4d __ __ __ __ __ 4d ­_ __ __ __ __

4p ­¯­ ­_ Þ 4p ­_­_­_ Þ ­¯­_­_­_­_

Br⁺ 4s ­¯ (Br⁺)^* 4s ­¯

промотирование гибридизация sp³d

(5 орбиталей)

(тригональная бипирамида)

При образовании четырех равноценных связей Br⁺ с атомами F по обменному механизму неподеленная электронная пара Br⁺ оказывается несвязывающей, что приводит к искажению пространственного расположения атомов и частица [BrF₄]⁺ приобретает форму искаженного тетраэдра, в котором каждая связь полярна и векторная сумма электрических моментов связей (дипольных моментов) не равна нулю, т.е. частица [BrF₄]⁺ является полярной (рис.3).

Рис.3. Схема образования связей в частице [BrF₄]⁺

F

F Неподеленная пара

Br электронов

F

F

Пример 3.

Определите, к какому структурному типу кристаллической решетки кубической системы (тип СsС1, NaCl или ZnS) относится оксид бария BaO, если известны радиусы ионов и плотность вещества: R _{кат =}1,36·10^-10м, R _анион =1,40·10^-10м,

ρ = 6,022 г/см³, укажите координационное число ионов.

Решение. Перечисленные структурные типы отличаются числом формульных единиц в элементарной кубической ячейке (соответственно 1, 4, 4) и соотношением параметра элементарной ячейки (ребра куба) а и межионного расстояния (кратчайшего расстояния) d.

По исходным данным можно определить межионное расстояние d и затем рассчитать параметр элементарной ячейки а для всех трех вариантов. По вычисленному параметру элементарной ячейки рассчитываем плотность вещества и сравниваем с приведенным в условии задачи значением. Определяем структурный тип по совпадению рассчитанного и заданного значения плотности.

Определим межионное расстояние d = R _кат + R _анион =1,36 + 1,40 = 2,76·10^-10м.

Рассчитаем параметр элементарной ячейки а:

для структурного типа CsCl (объемноцентрированный куб) -

а = 2 d /Ö3 = 2·2,76/1,732 = 3,187·10^-10м;

для структурного типа NaCl (примитивный куб) -

а = 2 d = 2·2,76 = 5,52·10^-10м;

для структурного типа ZnS (алмазоподобная решетка) -

а =4 d /Ö3= 4·2,76/1,732 = 6,374·10^-10м.

Рассчитываем плотность вещества по формуле r = m/V = (ZM)/(N_A a³), где Z – число формульных единиц, M – молярная масса вещества, N _A – число Авогадро, a ³ – объем кубической элементарной ячейки:

для структурного типа CsCl -

r = 1·0,15334кг/моль / [6,02·10²³моль^-1· (3,187·10^-10м)³] = 7864 кг/м³=7,864 г/см³;

для структурного типа NaCl -

r = 4·0,15334кг/моль / [6,02·10²³моль^-1· (5,52·10^-10м)³] = 6053 кг/м³ = 6,053 г/см³;

для структурного типа ZnS -

r = 4·0,15334кг/моль / [6,02·10²³моль^-1· (6,374·10^-10м)³] =2369 кг/м³ =2,369 г/см³.

Рассчитанное значение плотности совпадает с заданным только в случае структурного типа NaCl, для которого координационные числа катиона и аниона равны 6.

Познавательные статьи:



Техника прыжка в длину с разбега

Тактические действия в защите

История Олимпийских игр

История развития права интеллектуальной собственности