При 0°С реакция образования оксида углерода (IV) идет за 32 минуты. Определите, сколько времени нужно для этой реакции при 20°С, если при увеличении температуры на каждые 10°С скорость реакции возрастает в 4 раза.
от

1 Ответ

Дано:  
Температура при 0°C, T₁ = 0°C = 273K  
Температура при 20°C, T₂ = 20°C = 293K  
Время реакции при T₁, t₁ = 32 минуты  
Увеличение скорости реакции на 10°C, k = 4  

Найти:  
Время реакции при T₂, t₂  

Решение:
Из уравнения Вант-Гоффа:  
k₂ / k₁ = exp((Ea/R) * (1/T₁ - 1/T₂))  

где:  
k₁ - скорость реакции при температуре T₁,  
k₂ - скорость реакции при температуре T₂,  
Ea - энергия активации,  
R - универсальная газовая постоянная.  

Поскольку скорость реакции изменяется в k раз при изменении температуры на 10°C, значит:  
k = k₂ / k₁ = 4  

Подставляя k = 4 в уравнение Вант-Гоффа и подставляя известные значения, получаем:  
4 = exp((Ea/R) * (1/273 - 1/293))  
4 = exp((Ea/R) * (0.003663 - 0.003422))  
4 = exp((Ea/R) * 0.000241)  
ln(4) = (Ea/R) * 0.000241  
Ea/R = ln(4) / 0.000241  
Ea/R ≈ 2882.52  

Теперь можем использовать уравнение Аррениуса для определения времени реакции при T₂:  
t₂ = t₁ * exp((Ea/R) * ((1/T₁) - (1/T₂)))  
t₂ = 32 * exp(2882.52 * ((1/273) - (1/293)))  
t₂ = 32 * exp(2882.52 * (0.003663 - 0.003422))  
t₂ = 32 * exp(2882.52 * 0.000241)  
t₂ ≈ 32 * exp(0.6946)  
t₂ ≈ 32 * 2 = 64 минуты  

Ответ:
Время реакции при 20°C составит 64 минуты.
от