Учебно-методическое пособие к лабораторным работам по общей химии ставрополь 2005 удк 546(07. 07) Учебно-методическое пособие к лабораторным работам по общей химии. / В. И. Гончаров, Л. И. Еременко, Т. А. Милащенко и др

Скачать 3.96 Mb.

Название	Учебно-методическое пособие к лабораторным работам по общей химии ставрополь 2005 удк 546(07. 07) Учебно-методическое пособие к лабораторным работам по общей химии. / В. И. Гончаров, Л. И. Еременко, Т. А. Милащенко и др
страница	6/17
Дата публикации	11.11.2014
Размер	3.96 Mb.
Тип	Учебно-методическое пособие

100-bal.ru > Химия > Учебно-методическое пособие

1 2 3 4 5 6 7 8 9 ... 17

2.1. Зависимость скорости химической реакции от температуры

К основным понятиям химической кинетики следует отнести понятия: активные молекулы и энергия активации.

"Активными" называются молекулы, при столкновении которых происходит акт взаимодействия в данной реакции.

С точки зрения энергетики химического процесса, не все молекулы в данной системе при данных условиях (температура, давление и т. д.) будут участвовать в химической реакции, а только некоторые, кинетическая энергия которых превышает некоторую критическую величину энергии, характерную для каждой реакции. Такая энергия называется энергией активации Е.

Энергия активации есть та минимальная энергия, которой должна обладать молекула, чтобы вступить в данную реакцию.

Таким образом, по физическому смыслу, энергия активации является потенциальным барьером, который необходимо преодолеть движущимся частицам (рис. 8).

A + B-*-D + F

Переходный комплекс [А -В]

Н

реагентов

Е_а - энергия активации прямой реакции, АН_р - энтальпия реакции, [А***В] -активированный комплекс, А,В - исходные вещества реакции, D, F - продукты реакции.

Возникновение его обусловлено тем, что при сближении молекул друг с другом имеют место силы кулоновского отталкивания (при взаимодействии электронных облаков молекул или атомов, ионов).

Очевидно, что энергия активации есть величина, характерная для определен

ной реакции.

Взаимосвязь константы скорости, энергии активации и температуры описывается уравнением Аррениуса: k_T = k₀*Ae~^E^/^RT, где к_т и к₀ - константы скоростей при температуре Т и Т _э е - основание натурального логарифма, А -стерический фактор.

Стерический фактор А определяет вероятность столкновения двух реагирующих частиц в активном центре молекулы. Этот фактор имеет особо важное значение для биохимических реакций с биополимерами. При кислотно-основных реакциях Н⁺-ион должен вступить в реакцию с концевой карбоксильной группой - СОО". Однако не всякое столкновение Н⁺-иона с молекулой белка приведет к данной реакции. Эффективны будут только те столкновения, которые непосредственно осуществляются в некоторых точках макромолекул, называемых активными центрами.

Из уравнения Аррениуса следует, что константа скорости тем выше, чем меньше величина энергии активации Е и выше температура Т процесса.

2.2. Кинетика сложных реакций. Фотохимические реакции

Химические реакции можно разделить на два типа: термические и фотохимические.

В термических реакциях участвуют атомы и молекулы в их основных состояниях.

Фотохимическая реакция происходит только при излучении энергии от видимого и ультрафиолетового до рентгеновских и у-лучей. Она идет только после перевода молекул исходных веществ излучением в электронно-возбужденное состояние.

Фотохимические реакции подразделяются на первичные и вторичные процессы.

Если на иодоводород действует свет подходящей длины волны, то идут следующие процессы: a) HI (hv) —> Н + I - (фотохимическая реакция, первичный процесс); б) Н + HI —> Н₂ + I; в) I + I —> I - (термические реакции, вторичные процессы).

Конечные продукты превращений (Н и I ) в тепловом и индуцированном светом процессах одинаковы, механизмы этих процессов различны.

Для описания фотохимических процессов используется фотохимическая эффективность:

Ф = число образовавшихся молекул / число поглощенных квантов света и

эффективность образования продукта Ф_р:

Ф = скорость образования продукта / полная скорость расходования А*

Ф_р = к₂ • [А*] / (к₁ • [А*] + к₂ • [А*]) = к₂/ (к₁ + к₂). Между Ф и Ф_р нет фундаментального соответствия. Две реакции могут иметь одинаковый квантовый выход, но различаться по константам скорости.

Фотохимическое разложение:

а) С₆Н₅СОСН₂СН₃ С₆Н₅СОСН₃ + СН₂= СН₂; Ф = 0,40; к = 3 • 10⁶ с¹;

б) СН₃СОСН₂СН₂СН₃ СН₃СОСН₃ + СН₂= СН₂; Ф = 0,38; к = 1 • 10⁹ с¹.

При любом механизме процесса скорость фотохимической реакции должна быть пропорциональна скорости поглощения света.

Таким образом, при изучении кинетики фотохимических реакций необходимо точно измерять интенсивность света.

Реальная скорость фотохимической реакции зависит от многих параметров. Приближенно можно принять: скорость образования продуктов реакции = I • f • Ф _э где I - скорость поглощения света, f - доля света, индуцирующая образование химически активных частиц, Ф_р - квантовый выход образования продукта реакции.

Реакции с близкими Ф могут сильно различаться скоростями за счет разных значений Inf.

Более детальные сведения о фотохимических процессах можно получить, сделав реферативные доклады.

3. Лабораторная работа Определение константы скорости и порядка реакции 3.1. Ход работы

Возьмите 4 пробирки, пронумеруйте карандашом по стеклу, заполните их по данным 1, 2, 3 граф таблицы.

Таблица № 4

№	V(Na₂S₂0₃),	v(h₂0),	Условн.	Число	т, сек.	Условн.	igc	lg v
п/п	мл	мл	концент. C(Na₂S₂0₃)	капель h₂so₄		скорость v=100/t
1	4	0	4	4
2	3	1	3	4
3	2	2	2	4
4	1	3	1	4

Получаем растворы с условной концентрацией тиосульфата 4, 3, 2 и 1. Сделайте карандашом по стеклу на высоту жидкости в пробирке две вертикальные метки на расстоянии 2-3 мм.

В первую пробирку внесите 4 капли серной кислоты, быстро перемешайте.

В момент начала перемешивания включите секундомер. Наблюдайте появление мути в пробирке со стороны, противоположной нанесенным полоскам. Отметьте по секундомеру время исчезновения полоски и внесите время в таблицу. Аналогичную работу проделайте последовательно с оставшимися пробирками.

3.2. Обработка результатов эксперимента

Скорость реакции обратно пропорциональна времени протекания реакции. При расчетах удобно пользоваться величинами скорости реакции в пределах от

1 до 100 усл. ед. (обычно скорость реакции измеряется изменением числа молей реагента в ед. времени).

Вычислите величины скорости во всех пробирках по формуле: v = 100/т.

Данные внесите в таблицу.

Величины условных концентраций и скоростей прологарифмируйте.

Постройте график в координатах lgV-lgC с масштабом 0,1-1 см. Через полученные точки проведите прямую. Определите тангенс угла наклона полученной прямой, который равен порядку реакций.

tg а = (АС - AB)/AD

Рис. 9. График зависимости lg V от lgC .

Значение lgV, соответствующее АВ является lgk (к - кажущаяся константа скорости). Найдите lgk и величину к. Значения к, измеренные при различных температурах, позволяют рассчитать энергию активации реакции Е.

4. Контрольные задания и вопросы

Дайте понятия истинной и средней скорости, укажите единицы измерения, приведите математическое выражение.
Перечислите факторы, от которых зависит скорость химических реакций. Укажите физический смысл величины "к" в ЗДМ.
Приведите закон действия масс, его математическое выражение для мономолекулярных, бимолекулярных реакций.

Сформулируйте правило Вант-Гоффа. Что такое температурный коэффициент? Приведите его значения для ферментативных реакций?
Напишите уравнение Аррениуса о зависимости скорости реакции от температуры.
Что такое энергия активации Е? Дайте понятие энергетического барьера.
Напишите кинетические уравнения реакций 0, 1 и 2 порядков. Приведите формулы для расчета величин констант скоростей и периодов полупревращений.
Как проводят графическое определение порядка реакции и константы скорости?

5. Решение типовых задач Условие задачи № 1

Вычислите скорость реакции разложения вещества АВ в момент времени,

когда [АВ]=2,0 моль/л; к=0,017 (t=17°C). Известно, что кинетика этой реакции описывается уравнением первого порядка. Эталон решения:

Применим кинетическое уравнение реакций первого порядка (дифференциальная форма и математическое выражение закона действия масс): V=-dC/dt= =k-CnmV=dC_An/dt=k-C ■ V=k-C_A =0,0017моль/л-2,0моль/(л-с)=0,0034моль/(л-с).

АВ АВ⁵ АВ ⁵ ⁵ V 7 J \ /

Условие задачи № 2

Вычислите скорость реакции омыления уксусно-этилового эфира раствором щелочи (реакция второго порядка) в следующих условиях: С_эф= 2,5моль/л, С_хт = 3,5 моль/л, t = 25°С

NaOH ⁵ ⁵

Эталон решения:

Кинетические уравнения для реакций второго порядка в дифференциальной форме: V = - dC/dt = к*С². Для данного процесса:

СКСООСН + NaOH = CRCOONa + С Н ОН; V = к- С • С _птг

3 2 5 3 2 5 ⁵ эф. NaOH

к - константа скорости данного процесса находится по справочным таблицам при t = 25°C; к = 6,21 • 10"³.

Отсюда V = 6,21*10"³ моль/(л • с) • 2,5 моль/л • 3,5 моль/л = 54,33 • 10~³ моль/(л • с).

Условие задачи № 3

Реакция между веществами А и В, протекающая в одну стадию, выражается уравнением: А+2В = С. Начальные концентрации составляют [А] =0,3 моль/л, [В] =0,5 моль/л. Константа скорости реакции равна 0,4. Найдите начальную скорость реакции и скорость по истечении некоторого времени, когда концентрация вещества А уменьшится на 0,1 моль/л.

Эталон решения:

Применив выражение ЭДМ для скорости, найдем начальную скорость реакции: V_Q = к • [А]₀ • [В]₀² = 0,4 • 0,3 • 0,5² = 0,03 (моль/л).
Найдем концентрации веществ А и В по истечении некоторого времени. По условию задачи, концентрация вещества А уменьшилась на 0,1 моль/л: [А] = 0,3 - 0,1 = 0,2 (моль/л). Тогда концентрация вещества В уменьшится на 2 • 0,1 =0,2 (моль/л) согласно уравнению реакции, и станет равной:

[В] = 0,5-0,2 = 0,3 (моль/л).

Найдем скорость реакции по истечении некоторого времени:

V = к • [А] • [В]² = 0,4 • 0,2 • 0,3² = 0,0072 (моль/л). Условие задачи № 4 Как изменится скорость реакции при охлаждении реакционной смеси на 20°С, если температурный коэффициент у=3? Эталон решения: 1.3ная, что V/V^y^⁷¹⁰.

2. Пусть отношение скорости V до охлаждения к V₂ - скорости после охлаждения равно: Х = 3 ^20/10; Х=9.

Следовательно, скорость данной реакции замедлится в 9 раз.

6. Задачи для самостоятельного решения

Вычислить скорость реакции разложения пероксида водорода в момент времени, когда [H₂OJ = 1,5 моль/л; к=0,00158; t=15°С. Известно, что кинетика этой реакции описывается уравнением первого порядка.
Вычислить скорость реакции омыления уксусноэтилового эфира раствором щелочи (реакция второго порядка) в следующих условиях: С_эф =1,6 моль/л; С_хт = 2,5 моль/л, t = 25°С.

NaOH ⁵ ⁵

Скорость бактериального гидролиза мышц рыб, протекающего по типу реакции первого порядка, удваивается при переходе от температуры -1,1 °С к температуре +2,2°С. Оцените энергию активации Е этой реакции. Есть ли здесь какая-нибудь связь с проблемой хранения рыбы?

Реакция между веществами А и В, протекающая в одну стадию, выражается уравнением А + 2В = С. Начальные концентрации составляют: [А] =0,1 моль/л, [В] = 0,3 моль/л. Константа скорости реакции равна 0,2. Найдите начальную скорость реакции и скорость по истечении некоторого времени, когда концентрация вещества А уменьшится на 0,05 моль/л.

V. Лабораторное занятие № 5 1. Задание к занятию № 5 Тема: Гомогенный и гетерогенный катализ. Ферменты как биокатализаторы Цели: 1. Сформировать у студентов представления об особенностях биологического катализа. 2. Научить правильно подбирать условия при работе с ферментами для возможного применения знаний в будущей врачебной практике.

2. Основные вопросы:

Основные понятия теории катализа. Теория промежуточного состояния (активного комплекса).
Особенности биологического катализа. Комплекс "фермент - субстрат", его обратимость. Понятие "активных центров" биокатализаторов.
Влияние концентрации фермента и субстрата, температуры, рН на ферментативный процесс.
Уравнение Михаэлиса-Ментен и графическая запись скорости ферментативной реакции.

Контроль на входе: фронтальный опрос (устно), тестовый (письменно).

3. Лабораторные работы

Сравнительное действие неорганических и биологических катализаторов.
Термолабильность ферментов.

3.3. Специфичность ферментов.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 ... 17

Похожие:

	Практикум по общей химии Москва 2013г Лабораторный практикум по общей химии Методическое пособие предназначено, в первую очередь, для студентов факультета инженерной механики, изучающих курс общей химии в...		Лабораторная работа эффект Мёссбауэра Зеленодольск 2007 Печатается... Методическое пособие предназначено для студентов третьего курса физико-математического факультета Зеленодольского филиала кгу, специализирующихся...
	Методическое пособие для студентов геолого-географического факультета... Учебно-методическое пособие разработано доцентом кафедры общей географии, краеведения и туризма В. Г. Еременко		Методическое пособие по курсу «Картография» для студентов специальностей... Учебно-методическое пособие разработано доцентом кафедры общей географии, краеведения и туризма В. Г. Еременко, доцентом кафедры...
	Лекция 8 Географические атласы Учебно-методическое пособие разработано доцентом кафедры общей географии, краеведения и туризма В. Г. Еременко		В. Т. Жуков социально-экономическая картография Учебно-методическое пособие разработано доцентом кафедры общей географии, краеведения и туризма В. Г. Еременко
	Методическое пособие к теме "диаграмма состояния железо-углерод"... Методическое пособие разработано кандидатами химических наук, доцентами кафедры общей и неорганической химии С. Н. Свирской и И....		Лабораторная работа №1 Шатило С. П., Ковалев А. Ю. Методическое руководство к лабораторным работам по курсу «Технология конструкционных материалов»
	Учебно-методическое пособие для студентов специальность 050144 Дошкольное... Данное учебно-методическое пособие адресовано студентам педагогического колледжа и имеет цель оказать помощь в подготовке к зачету...		Учебно-методическое пособие Тольятти 2011 удк ббк ахметжанова Г.... Учебно-методическое пособие предназначено для студентов магистров, обучающихся на педагогическом факультете тгу по направлению «Педагогика»....
	Методическое пособие для самостоятельной работы студентов по подготовке... Методическое пособие для самостоятельной работы для студентов по подготовке к контрольным и курсовым работам и рейтинг программа...		2 Естественные науки (естествознание) 20. 1 Человек и окружающая... Учебно-методическое пособие разработано доцентом кафедры общей географии, краеведения и туризма В. Г. Еременко, доцентом кафедры...
	Тема: «Форма и размеры Земли. Движение Земли. Смена дня и ночи» Учебно-методическое пособие разработано доцентом кафедры общей географии, краеведения и туризма В. Г. Еременко, доцентом кафедры...		Учебно-методическое пособие Красноярск сфу 2012 удк 504. 004. 4 (07) ббк 28. 0я73 Экологическая информатика: учебно-методическое пособие [Текст] / сост. М. А. Субботин. – Красноярск: Сиб федер ун-т, 2012. – 9 с
	Учебно-методическое пособие самара 2005 удк 657 Рецензенты Учебное пособие предназначено для студентов заочного отделения Международного института рынка, обучающихся по специальности «Финансы...		Учебно-методическое пособие / О. Н. Углицких, И. И. Глотова, Е. П.... Учебно-методическое пособие предназначено для студентов, обучающихся по направлению подготовки 080300. 68 «Финансы и кредит» очной...

Школьные материалы