Первая стадия разложения толуола в газовой фазе при 450 К протекает с энергией активации кДж моль , значение предэкспоненциального множителя в уравнении Аррениуса . Рассчитайте константу скорости этой стадии для дейтеротолуола , приняв для групп и

Добавлена: 07.05.2026
Обновлена: 07.05.2026
Предмет: Химия
Автор: Кэмп

#Физическая химия
#Химическая кинетика

Первая стадия разложения толуола в газовой фазе при 450 К протекает с энергией активации кДж моль , значение предэкспоненциального множителя в уравнении Аррениуса . Рассчитайте константу скорости этой стадии для дейтеротолуола , приняв для групп и

Условие:

Первая стадия разложения толуола $\mathrm{C}_{6} \mathrm{H}_{5} \mathrm{CH}_{3} \rightarrow \mathrm{C}_{6} \mathrm{H}_{5} \mathrm{CH}_{2} \cdot+\cdot \mathrm{H}$ в газовой фазе при 450 К протекает с энергией активации $E_{\mathrm{a}}=324,26$ кДж моль ${ }^{-1}$ , значение предэкспоненциального множителя в уравнении Аррениуса $A=2,09 \cdot 10^{12} \mathrm{c}^{-1}$ . Рассчитайте константу скорости этой стадии для дейтеротолуола $\mathrm{C}_{6} \mathrm{H}_{5} \mathrm{CD}_{3}$ , приняв для групп $\mathrm{CH}_{3}$ и $\mathrm{CD}_{3}$ различаемыми частоты только двух колебаний разрываемой связи: $\omega\left(\mathrm{CH}_{3}\right)=1380$ и $1040 \mathrm{~cm}^{-1}, \omega\left(\mathrm{CD}_{3}\right)=1042$ и $874 \mathrm{~cm}^{-1}$ .

Решение:

Нам дана реакция диссоциации толуола

C₆H₅CH₃ → C₆H₅CH₂· + ·H

с экспериментальными параметрами для бензильного (H‑)процесса:
– энергия активации: Eₐ(H) = 324.26 кДж/моль,
– предэкспоненциальный множитель: A(H) = 2.09×10¹² с⁻¹,
– температура T = 450 K.

Нас просят рассчитать константу скорости той же стадии, но для дейтеротолуола C₆H₅CD₃, если считать, что единственное отличие между группами CH₃ и CD₃ связано с двумя колебательными модами разрываемой связи, для которых заданы частоты

для CH₃: ω₁ = 1380 см⁻¹, ω₂ = 1...

Внутри — полный разбор, аргументация, алгоритм решения, частые ошибки и как отвечать на каверзные вопросы препода, если спросит

Попробуй решить по шагам

Попробуй один шаг и продолжи в режиме обучения или посмотри готовое решение

Какой из факторов в уравнении Аррениуса наиболее значительно изменяется при дейтерировании толуола, если учитывать только изменение нулевой энергии колебаний и частот двух колебаний разрываемой связи?

Энергия активации (Ea) увеличивается, а предэкспоненциальный множитель (A) уменьшается.

Энергия активации (Ea) уменьшается, а предэкспоненциальный множитель (A) увеличивается.

Энергия активации (Ea) и предэкспоненциальный множитель (A) остаются неизменными, так как дейтерирование не влияет на химическую природу связи.

Что нужно знать по теме:

Что нужно знать по теме

Уравнение Аррениуса описывает температурную зависимость константы скорости химической реакции: $k = A \cdot \exp\left(-\frac{E_a}{RT}\right)$ , где $k$ — константа скорости, $A$ — предэкспоненциальный множитель, $E_a$ — энергия активации, $R$ — универсальная газовая постоянная, $T$ — абсолютная температура.
Энергия активации $E_a$ может изменяться при изотопном замещении из-за различий в нулевых энергиях колебаний (ZPE) реагентов. Разница в ZPE между изотопомерами влияет на эффективный энергетический барьер реакции.
Нулевая энергия колебаний для одной колебательной моды рассчитывается как $\varepsilon_0 = \frac{1}{2} h\nu$ , где $h$ — постоянная Планка, $\nu$ — частота колебания. Суммарная ZPE для нескольких мод является суммой ZPE каждой моды.
Предекспоненциальный множитель $A$ в теории переходного состояния зависит от статистических сумм реагентов и переходного состояния, включая колебательные вклады. Приближенно, для колебательных мод, он может быть пропорционален произведению частот колебаний.
Изотопный эффект проявляется в изменении константы скорости реакции при замене атомов одного изотопа на другой, что обусловлено различиями в массах изотопов, влияющими на частоты колебаний и, как следствие, на ZPE и предэкспоненциальный множитель.