Химическая кинетика

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное

образовательное учреждение высшего образования

«Казанский национальный исследовательский

технологический университет»

Н. М. Селиванова, Г. В. Булидорова, 

Ю. Г. Галяметдинов

ХИМИЧЕСКАЯ КИНЕТИКА

Практикум

Казань

Издательство КНИТУ

2020

УДК 541.124(076)
ББК Г542я7

С29

Печатается по решению редакционно-издательского совета 

Казанского национального исследовательского технологического университета

Рецензенты:

д-р хим. наук Я. А. Верещагина

д-р хим. наук В. Э. Семенов

С29

Селиванова Н. М.
Химическая кинетика : практикум / Н. М. Селиванова, Г. В. Булидорова, Ю. Г. Галяметдинов; Минобрнауки России, Казан. нац. исслед. технол. ун-т. – Казань : Изд-во КНИТУ, 2020. – 104 с.

ISBN 978-5-7882- 2827-3

Рассмотрены основные приемы расчетов и методы решения задач по раз
личным темам формальной химической кинетики: кинетика простых реакций, 
зависимость скорости реакции от температуры, сложные реакции. Приведены 
задачи для проведения практических занятий и самостоятельной работы студентов при изучении раздела «Химическая кинетика».

Предназначен для бакалавров, магистрантов и аспирантов всех форм обу
чения, изучающих дисциплины «Физическая химия», «Физическая и коллоидная 
химия», «Дополнительные главы физической химии», «Актуальные проблемы 
физической химии».

Подготовлен на кафедре физической и коллоидной химии.

ISBN 978-5-7882-2827-3
© Селиванова Н. М., Булидорова Г. В., 

Галяметдинов Ю. Г., 2020

© Казанский национальный исследовательский 

технологический университет, 2020

УДК 541.124(076)
ББК Г542я7

В В Е Д Е Н И Е

Данное пособие представляет собой материал для практических 

занятий и выполнения самостоятельной работы по дисциплинам «Физическая химия» и «Дополнительные главы физической химии», «Физическая и коллоидная химия» и предназначено для бакалавров, магистрантов и аспирантов всех форм обучения. Пособие ставит перед собой цель дать представление о теоретических основах различных 
направлений химической кинетики, таких как феноменологическая 
кинетика, зависимость скорости реакции от температуры, сложные реакции, и познакомить студентов с методами и приемами расчетов по 
разделу «Кинетика и катализ», изучение которого является важнейшей 
практической задачей физической химии.

Практикум состоит из 6 тем и включает 33 задачи, для каждой из 

которых предусмотрено 30 вариантов индивидуальных заданий. Задачи направлены на развитие мышления, научной интуиции, логики 
и воображения и способствуют более глубокому пониманию предмета. Для каждой задачи приведен пример с подробным решением. Для 
облегчения усвоения изучаемого материала и заострения внимания на 
отдельных важных и сложных для понимания проблемах студентам 
предлагается список контрольных вопросов.

Практикум построен таким образом, что решение предыдущего 

задания является частью решения последующего, т. е. задания представлены в логической последовательности и иллюстрируют связь полученных физико-химических результатов с фундаментальными законами химической кинетики.

Материал каждой темы представлен в следующей последова
тельности: условие задач, пример решения, многовариантные задачи 
для самостоятельного решения и контрольные вопросы. Данная форма 
изложения является оптимальной для проведения практических занятий по физической химии и должна помочь обучающимся освоить основные теоретические положения и расчеты по теме «Химическая кинетика».

3

.  О П Р Е Д Е Л Е Н И Е  С К О Р О С Т И  Р Е А К Ц И И

Задача 1. Для некоторой простой реакции получены эксперимен
тальные данные изменения концентрации исходного вещества С во 
времени τ при различных значениях начальной концентрации (табл. 1). 
Определить среднюю скорость реакции на участке 10–50 мин. Построить графическую зависимость истинной скорости от начальной 
концентрации.

Таблица 1

Индивидуальные задания

Вариант 1

, мин
0
5
20
90
180

С, моль/л

1
0,82
0,45
0,04
0,001

3
2,475
1,39
0,094
0,00297

5
4,126
2,318
0,157
0,00494

9
7,426
4,172
0,283
0,0089

Вариант 2

, мин
0
5
20
90
180

С, моль/л

1
0,86
0,62
0,27
0,15

3
2,044
1,045
0,319
0,168

4
2,464
1,145
0,327
0,17

6
3,1
1,265
0,336
0,173

Вариант 3

, мин
0
5
20
90
180

С, моль/л

1
0,83
0,555
0,22
0,12

1,5
1,152
0,679
0,233
0,126

2
1,425
0,766
0,242
0,129

3
1,87
0,878
0,25
0,132

Вариант 4

, мин
0
5
20
90
180

С, моль/л

1
0,91
0,74
0,47
0,345

3
1,782
1,039
0,514
0,366

4
1,937
1,067
0,518
0,368

6
2,078
1,089
0,52
0,368

4

Продолжение табл. 1

Вариант 5

, мин
0
5
20
90
180

С, моль/л

1
0,7
0,25
0,002
0,00001

4
2,84
1,018
0,0085
0,000018

6
4,262
1,527
0,013
0,000027

8
5,68
2,036
0,017
0,000036

Вариант 6

, мин
0
5
20
90
180

С, моль/л

1
0,81
0,57
0,31
0,225

1,2
0,91
0,6
0,315
0,226

1,4
0,984
0,62
0,318
0,228

1,8
1,097
0,646
0,321
0,229

Вариант 7

, мин
0
5
20
90
180

С, моль/л

1
0,74
0,42
0,137
0,074

2
1,178
0,528
0,148
0,0766

3
1,467
0,579
0,151
0,0776

4
1,671
0,608
0,153
0,0781

Вариант 8

, мин
0
5
20
90
180

С, моль/л

1
0,95
0,83
0,58
0,45

1,2
1,115
0,939
0,611
0,464

1,5
1,343
1,063
0,642
0,477

1,7
1,481
1,128
0,656
0,482

Вариант 9

, мин
0
5
20
90
180

С, моль/л

1
0,9
0,67
0,16
0,02

2
1,8
1,32
0,31
0,047

4
3,6
2,64
0,62
0,095

7
6,31
4,62
1,08
0,166

Вариант 10

, мин
0
5
20
90
180

С, моль/л

1
0,88
0,67
0,39
0,29

1,2
1,
0,725
0,4
0,294

1,5
1,157
0,777
0,412
0,297

1,7
1,242
0,801
0,415
0,298

5

Продолжение табл. 1

Вариант 11

, мин
0
5
20
90
180

С, моль/л

1
0,95
0,84
0,59
0,45

2
1,675
1,24
0,698
0,509

3
2,144
1,365
0,702
0,503

4
2,433
1,431
0,711
0,507

Вариант 12

, мин
0
5
20
90
180

С, моль/л

1
0,84
0,62
0,34
0,25

1,2
0,949
0,652
0,35
0,253

1,8
1,175
0,713
0,359
0,256

2,8
1,358
0,748
0,363
0,258

Вариант 13

, мин
0
5
20
90
180

С, моль/л

1
0,905
0,71
0,35
0,21

3
2,288
0,528
0,148
0,076

5
3,293
0,579
0,151
0,0776

7
4,056
0,608
0,153
0,078

Вариант 14

, мин
0
5
20
90
180

С, моль/л

1
0,78
0,37
0,011
0,00013

0,5
0,388
0,184
0,0056
0,000064

2
1,559
0,739
0,0226
0,000256

3
2,339
1,108
0,0339
0,000383

Вариант 15

, мин
0
5
20
90
180

С, моль/л

1
0,79
0,54
0,29
0,21

0,2
0,198
0,191
0,167
0,146

0,5
0,466
0,395
0,259
0,197

0,7
0,615
0,474
0,278
0,205

Вариант 16

, мин
0
5
20
90
180

С, моль/л

1
0,71
0,45
0,23
0,165

0,2
0,196
0,186
0,153
0,128

0,6
0,515
0,385
0,22
0,161

1,4
0,817
0,473
0,234
0,166

6

Продолжение табл. 1

Вариант 17

, мин
0
5
20
90
180

С, моль/л

1
0,69
0,43
0,218
0,157

0,1
0,0994
0,0979
0,0913
0,0846

0,5
0,443
0,345
0,205
0,151

0,8
0,612
0,409
0,216
0,156

Вариант 18

, мин
0
5
20
90
180

С, моль/л

1
0,86
0,54
0,067
0,004

2
1,718
1,088
0,129
0,00837

5
4,294
2,721
0,323
0,0209

8
6,871
4,354
0,518
0,0335

Вариант 19

, мин
0
5
20
90
180

С, моль/л

1
0,8
0,5
0,18
0,1

1,4
1,036
0,582
0,191
0,103

1,8
1,240
0,642
0,197
0,104

2,2
1,418
0,686
0,201
0,105

Вариант 20

, мин
0
5
20
90
180

С, моль/л

1
0,67
0,415
0,21
0,15

0,2
0,195
0,183
0,146
0,121

0,4
0,366
0,3
0,189
0,142

0,7
0,555
0,381
0,205
0,148

Вариант 21

, мин
0
5
20
90
180

С, моль/л

1
0,63
0,3
0,085
0,045

4
1,191
0,383
0,0921
0,046

7
1,365
0,4
0,0930
0,047

10
1,45
0,407
0,0933
0,047

Вариант 22

, мин
0
5
20
90
180

С, моль/л

1
0,83
0,56
0,22
0,12

4
2,22
0,95
0,259
0,134

6
2,724
1,032
0,265
0,135

11
3,432
1,12
0,27
0,137

7

Продолжение табл. 1

Вариант 23

, мин
0
5
20
90
180

С, моль/л

1
0,666
0,33
0,1
0,052

0,3
0,26
0,187
0,081
0,0466

0,5
0,399
0,249
0,09
0,0496

0,8
0,57
0,306
0,097
0,0516

Вариант 24

, мин
0
5
20
90
180

С, моль/л

1
0,534
0,302
0,147
0,105

0,2
0,191
0,169
0,119
0,093

0,4
0,338
0,248
0,14
0,102

0,7
0,469
0,288
0,146
0,104

Вариант 25

, мин
0
5
20
90
180

С, моль/л

1
0,74
0,3
0,0045
0,00002

3
2,221
0,901
0,013
0,0000596

5
3,701
1,502
0,022
0,0000994

9
6,663
2,703
0,04
0,000179

Вариант 26

, мин
0
5
20
90
180

С, моль/л

1
0,2
0,059
0,0138
0,007

0,1
0,0715
0,0386
0,0123
0,00653

0,5
0,167
0,055872
0,0136
0,00689

1,2
0,208
0,06
0,0138
0,00695

Вариант 27

, мин
0
5
20
90
180

С, моль/л

1
0,7
0,25
0,002
0,000003

1,5
1,111
0,451
0,00669
0,0000298

2
1,481
0,613
0,00892
0,0000397

2,5
1,851
0,751
0,0111
0,0000497

Вариант 28

, мин
0
5
20
90
180

С, моль/л

1
0,965
0,87
0,53
0,28

1,5
1,448
1,303
0,795
0,421

2
1,93
1,737
1,06
0,562

2,5
2,413
2,171
1,325
0,702

8

Окончание табл. 1

Вариант 29

, мин
0
5
20
90
180

С, моль/л

1
0,975
0,905
0,638
0,406

1,5
1,463
1,357
0,955
0,608

2
1,95
1,81
1,274
0,811

3
2,438
2,26
1,592
1,014

Вариант 30

, мин
0
5
20
90
180

С, моль/л

1
0,961
0,852
0,487
0,237

0,5
0,48
0,426
0,244
0,119

2
1,922
1,705
0,974
0,475

3
2,402
2,131
1,218
0,593

Решение. Определим среднюю скорость на участке 10–50 мин

и построим графическую зависимость скорости от начальной концентрации, используя экспериментальные данные, приведенные в табл. 2.

Таблица 2

Экспериментальные данные

, мин
0
5
20
90
180

С, моль/л

1
0,630
0,300
0,0850
0,0450

2
0,918
0,350
0,0900
0,0460

3
1,0836
0,372
0,0914
0,0464

4
1,191
0,383
0,0920
0,0466

Скорость химической реакции в общем случае определяется чис
лом элементарных актов реакции, которые совершаются за единицу 
времени в единице объема. Поскольку представляется сложным экспериментально оценить число элементарных актов, то скорость выражают через изменение концентрации одного из участников реакции 
в единицу времени.

Средняя скорость определяется изменением концентрации ΔС

за некоторый интервал времени Δτ:

𝑤̅ =

∆𝐶

∆𝜏.

9

Истинная скорость определяется в данный момент времени:

𝑤 =

𝑑𝐶

𝑑𝜏.

Для анализа кинетики реакции строят кинетические кривые – за
висимости изменения концентрации участников реакции во времени. 

На рис. 1 приведена кинетическая кривая для начальной концен
трации С0 = 1 моль/л. Определим среднюю скорость на участке 10–
50 мин. Через 10 мин от начала реакции концентрация реагента составит 0,47 моль/л, через 50 мин – 0,16 моль/л (рис. 1).

𝑤̅ =

0,47−0,16

50−10
= 0,0775 моль/(л ∙ мин. ).

Рис. 1. Кинетическая кривая 

для начальной концентрации С0 = 1 моль/л

Истинная скорость химической реакции численно равна тангенсу 

угла наклона касательной в соответствующей точке кинетической 
кривой. 

Для нахождения значения скорости необходимо построить четы
ре кинетических кривых при различных начальных концентрациях, 
используя экспериментальные данные. Далее к каждой кривой следует
провести касательную в точке, соответствующей одному и тому же 
времени от начала реакции, например,  = 20 мин.

10