Тема 7. Энергия активации химических реакций

1. В соответствии с уравнением Аррениуса, скорость реакции экспоненциально увеличивается с ростом температуры. Всегда ли это справедливо? При какой температуре прекратится экспоненциальный рост скорости реакции, если энергия активации E = 250 кДж/моль. Можно ли экспериментально обнаружить это явление?

2. В координатах температура – энергия активации обозначить область, в которой выполняется так называемое правило Вант-Гоффа: ускорение химической реакции в 2 – 4 раза при повышении температуры на 10^оС. Чем можно объяснить появление этого правила, которое формально не согласуется с уравнением Аррениуса?

3. На упаковке импортного замороженного продукта написано:

Storage: Refrigerator (0 ^oC) 1 day

*Freezer (–6 ^oC)                   1 week

**Freezer (–12 ^oC)               2 weeks

***Freezer (–18 ^oC)             9 months.

Найдите ошибку в надписи и исправьте ее. Определите, при какой температуре следует хранить продукт в течение 4 месяцев. Указание: считать, что скорость порчи продукта подчиняется обычным кинетическим закономерностям, в том числе закону Аррениуса.

4. Один из методов определения энергии активации для реакции 1-го порядка заключается в понижении температуры реакционной смеси по определенному закону. После достаточного охлаждения, когда реакция практически прекращается, определяют степень превращения вещества. В одном из таких экспериментов температуру понижали по закону T = T/(1 + at), где a – постоянная, T – абсолютная температура, t – время. Когда реакцию начали при температуре 50 ^оС, она прошла на 10%, а когда ее начали при 100 ^оС, она прошла на 90%. Найти энергию активации.

5. Реакция диенового синтеза (реакция Дильса – Альдера) между одним из производных антрацена (А) и тетрацианоэтиленом (В) идет с промежуточным образованием ярко окрашенного комплекса донорно-акцепторного типа (p) по схеме:

А + Вp® Р. Равновесие между реагентами и комплексом устанавливается практически мгновенно по сравнению со стадией превращения комплекса в продукт реакции, при экспериментально выбираются условия, когда [В] » [А].

Как будет зависеть начальная скорость реакции образования продукта от температуры? Вывести формулу для расчета температуры, при которой начальная скорость реакции достигает максимального значения. (Указание: расчеты упрощаются, если воспользоваться аррениусовской зависимостью скорости реакции от температуры.) Рассчитать температуру, при которой скорость реакции максимальна, для случаев [В] = 0,1; 0,5 и 1 моль/л.

Экспериментальные данные для данной реакции: константа равновесия для реакции комплексообразования K = 1 л/моль при 300 К, энтальпия комплексообразования DH^о = –15 кДж/моль. Энергия активации стадии превращения комплекса в продукт равна 7,5 кДж/моль.