Зависимость скорости химической реакции от температуры

При повышении температуры скорость химической реакции как правил возрастает.

Правило Вант-Гоффа:

При повышении температуры на каждые 10 ⁰ скорость химической реакции возрастает в 2 – 4 раза.

Математическое выражение правило Вант-Гоффа имеет следующий вид:

,

Где ϑ₁ и ϑ₂ – скорости химической реакции, k₂ и k₁ - константы скоростей, τ₁ и τ₂ – время, за которое реакция протекает при температурах t₂ и t₁, соответственно; γ – температурный коэффициент химической реакции (обычно его значения находятся в интервале от 2 до 4).

Это эмпирическое правило, оно не выполняется при высоких температурах.

Более точно зависимость константы скорости от температуры выражается уравнением Аррениуса:

,

где k - константа скорости при температуре Т (в К), R – универсальная газовая постоянная (8,31 Дж/(моль∙К)), А – предэкспоненциальный множитель, Е_а – энергия активации (Дж/моль).

Энергия активации (Е_а) – это энергетический барьер, который должны преодолеть исходные вещества по пути превращения в продукты реакции. Е_а важная характеристика химической реакции. Аналитический способ расчета энергии активации имеет следующий вид:

.

Выражая из данного уравнения энергию активации, получаем следующую формулу:

,

где k₂ и k₁ - константы скоростей при температурах Т₂ и Т₁, соответственно.

Задачи для самостоятельного решения:

На правило Вант-Гоффа

1. При 150°С химическая реакция заканчивается за 16 мин. Принимая температурный коэффициент скорости равным 2,5, рассчитайте через сколько минут закончилась бы эта реакция при 200°С и при 80°С.

2. При 20°С реакция протекает за 2 мин. За сколько времени будет протекать реакция при 50°С? Температурный коэффициент скорости реакции равен 2.

3. Во сколько раз увеличится скорость химической реакции при повышении температуры от 200 до 275°С, если температурный коэффициент равен 2?

4. Во сколько раз увеличится константа скорости химической реакции при повышении температуры от 120 до 160°С, если температурный коэффициент равен 3?

На уравнение Аррениуса

1. Константа скорости реакции СО_(г) + Cl2_(г) = СОCl_2(г) при 349 °С равна 3,81, а при 395 ° С – 15,5. Вычислите ее энергию активации.

2. Константа скорости реакции при 298 К и 323 К соответственно равна 0,0093 и 0,0806 мин^-1. Рассчитайте энергию активации этой реакции.

3. Для реакции омыления уксусноэтилового эфира при большом избытке воды константа скорости при 20°С равна 0,00099 мин^-1, а при 40°С ее величина составляет 0,00439 мин^-1. Рассчитайте энергию активации этой реакции.