Увеличение температуры реакции на 10 градусов влечет повышение скорости реакции в 2 – 4 раза.

, где γ – температурный коэффициент скорости реакции.

Пример 3. Во сколько раз увеличится скорость реакции при повышении температуры процесса с 20 до 40^оС, если температурный коэффициент скорости реакции равен 3?

Решение: Скорость возрастет в 9 раз.

Более строгая математическая зависимость скорости реакции от температуры предложена Сванте Аррениусом. Она описывает связь между константой скорости химической реакции, температурой процесса и энергией активации.

Эмпирическое уравнение Аррениуса (1889 г.): , где k – константа скорости химической реакции при температуре Т, А – константа, зависящая от частоты соударения определенным образом ориентированных в пространстве частиц, Е_а – энергия активации. Это энергия, которой должны обладать молекулы, чтобы прореагировать. Для большинства реакций энергия активации лежит в интервале 15 – 60 ккал/моль, что соответствует энергиям химических связей.

Уравнение Аррениуса по форме напоминает уравнение распределения молекул по скоростям Больцмана. Максимум на кривой соответствует энергии кратковременно существующего активированного комплекса, т. е. молекулы, в которой одна из связей находится в процессе разрушения или образования.

Энергию активации можно рассчитать, зная константы скорости химической реакции при двух температурах:

Тангенс угла наклона прямой к оси абсцисс будет равен Е_а/R, откуда легко вычислить значение энергии активации.

(Представленная зависимость получается после дифференцирования уравнения Аррениуса в логарифмической форме по Т с последующим интегрированием между значениями Т₁ и Т₂)

Пример 4: Рассчитайте энергию активации для реакции, скорость которой удваивается при переходе от 300 к 310 К. (R = 1,987 ккал/моль ×К)

Решение: Е _а = 12,8 ккал/моль

Величину энергии активации можно определить графически, построив график зависимости lg k = f(1/T), представляющий собой прямую линию.

Задачи для самостоятельного решения

1. В реакции А +2В = С повышение концентрации вещества В в 2 раза вызвало повышение скорости реакции в 2,25 раз. Каков истинный порядок реакции по веществу В и общий порядок?

2. В реакции Н₂ + Вг₂ = 2НВг при повышении концентрации брома в 3 раза скорость реакции возросла в 3,165 раза. Каковы порядок реакции по брому и общий порядок?

3. Если прямая реакция экзотермическая, а обратная эндотермическая, то какая из них характеризуется более высоким значением энергии активации? (Проиллюстрируйте свое решение).

4. На сколько градусов требуется повысить температуру системы, чтобы скорость реакции, протекающей в ней, увеличилась в 30 раз. Температурный коэффициент скорости реакции равен 2,5.

5. При повышении температуры реакции на 50^оС скорость реакции увеличилась в 525 раз. Найти температурный коэффициент скорости реакции.

6. Энергия активации некоторой реакции в отсутствии катализатора равна 80 кДж/моль, а в присутствии катализатора она понижается до 53 кДж/моль. Во сколько раз возрастет скорость реакции в присутствии катализатора при 20 ^оС?

7. Рассчитайте время полураспада и среднее время жизни молекулы (1/k) для некоторой реакции первого порядка, константа скорости которой 94,2 с ^-1.

8. При увеличении температуры от 0 до 13 ^оС скорость некоторой реакции возросла в 2,97 раза. Чему равна энергия активации этой реакции?

9. Пользуясь уравнением Аррениуса, оцените диапазон значений энергии активации, при которых будет справедливо правило Вант-Гоффа для комнатной температуры 298 К.

10. Энергия активации некоторой реакции в 3 раза больше, чем энергия активации другой реакции. При нагревании от Т₁ до Т₂ константа скорости второй реакции увеличилась в Х раз. Во сколько раз увеличилась константа скорости первой реакции при нагревании от Т₁ до Т₂?

Задание для самостоятельной работы по теме «Химическая кинетика»

 

№	Вариант
	Дано уравнение реакции, протекающей в гомогенной системе. А) Записать кинетическое уравнение этой реакции; Б) Рассчитать, во сколько раз и как изменится скорость реакции, если повысить давление в системе в 3 раза? В) Во сколько раз надо повысить концентрацию первого компонента, чтобы скорость реакции возросла в 10 раз?
4NH3 + 3O2 = 2N2 + 6H2O	2NO + O2 = 2NO2	N2 + 3H2 = 2NH3	2NO + H2 = N2O + H2O
	Рассчитать энергию активации реакции, если при температуре Т1, ^0С реакция заканчивается за τ1 с., а при температуре Т2,^0С – за τ2 с.
Т1 =37, Т2 =47 τ1 =150, τ2 =75	Т1 =17, Т2 =37 τ1 =80, τ2 =40	Т1 =20, Т2 =40 τ1 =105, τ2 =50	Т1 =27, Т2 =37 τ1 =100, τ2 =64
	Вычислить температурный коэффициент скорости реакции γ, если при повышении температуры на А^оС скорость возросла в Б раз
А =70, Б = 3000	А = 38, Б = 140	А = 65, Б = 200	А = 45, Б = 1000