- •Лабораторная работа № 2
- •Работу выполнил__________________ Работу принял______________________
- •Основные понятия.
- •Влияние концентрации реагирующих веществ.
- •Влияние температуры на скорость реакции.
- •Катализ.
- •Экспериментальная часть.
- •См. Здм, уравнение 2
- •Увеличение давления приводит к эквивалентному увеличению концентраций всех реагентов, пример 1
- •Контрольные вопросы
- •Варианты заданий для защиты лабораторных работ.
Лабораторная работа № 2
СКОРОСТЬ ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ.
Работу выполнил__________________ Работу принял______________________
Дата выполнения__________________ Отметка о зачете____________________
Основные понятия.
Скорости и механизмы протекания химических реакций изучает химическая кинетика
Скорость реакции ( v ) определяется числом молей вещества ( n ), превращенного за единицу времени ( t ) в единице объема ( V ) 1 n
v = ( 1 )
V t
При постоянном объеме системы выражение ( 1 ) переходит в : v = C/t,
где С - молярная концентрация вещества моль/л .
При химической реакции концентрации исходных веществ убывают ( Сисх 0 ), а продуктов реакции - возрастают ( Спрод 0 ), поэтому для величины v можно записать два равноценных выражения: v = - Cисх/t = + Cпрод/t.
Однородная часть системы ( жидкая, твердая , газообразная) называется фазой.
Реакция, протекающая в системе, состоящей из одной фазы, называется гомогенной реакцией. Реакция, в которой участвует несколько фаз, называется гетерогенной.
Скорость реакций зависит от следующих основных факторов: природы реагентов, концентрации реагирующих веществ, температуры и присутствия катализаторов.
Влияние концентрации реагирующих веществ.
Зависимость скорости реакции от концентрации реагирующих веществ определяется законом действия масс ( ЗДМ ):
скорость химической реакции прямо пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ в степенях их стехиометрических коэффициентов, если уравнение реакции соответствует механизму проходящей реакции.
В общем виде для гомогенной реакции: aA + bB продукты
скорость равна: V = K * CaA * CbB (2)
где k - константа скорости реакции.
Для реакций с участием газообразных веществ принято использовать выражение ЗДМ через парциальные давления веществ РА и РВ [ Па ]: а b
v = k * РА * РВ
Константа скорости реакции равна скорости реакции при концентрации всех реагентов, равных единице. Константа скорости зависит от природы веществ и температуры, но не зависит от концентраций.
Сумма показателей степеней концентраций (a + b) в кинетическом уравнении ( 2 ) называется теоретическим порядком реакции.
ПРИМЕР 1. Химическая реакция H2(г) + I2(г) 2 HI(г) идет в одну стадию и в прямом и в обратном направлении, и ее механизм соответствует стехиометрическому уравнению. Как изменится скорость реакции при увеличении давления в системе в 2 раза?
Согласно ЗДМ, скорость прямой реакции: v = kпр CH 2 CI 2 ( порядок реакции = 2 ),
скорость обратной реакции: v = kобр C2HI ( порядок реакции = 2 ).
При увеличении давления в 2 раза концентрации (парциальные давления) всех газообразных веществ увеличиваются в 2 раза, т.е. отношение скорости реакции после повышения давления к исходной скорости равно: v2/v1 = (kпр2CH 2 2CI 2 ) /(kпрCH 2 CI 2 ) = 4.
Стехиометрическое уравнение реакции отражает лишь количественное соотношение между реагирующими веществами и не показывает механизма протекающего процесса. Реальный процесс обычно значительно сложнее, чем это отражено в стехиометрическом уравнении. Если химическая реакция протекает через несколько промежуточных стадий, то суммарная скорость реакции определяется наиболее медленной ( лимитирующей ) стадией.
ПРИМЕР 2. Реакция 2 NO(г) + 2 H2(г) = 2 H2O(г) + N2(г) идет в две стадии:
( 1 ) 2 NO + H2 = N2 + H2O2 ( медленная )
( 2 ) H2O2 + H2 = 2 H2O ( быстрая )
Первая стадия, являясь более медленной, определяет кинетическое уравнение всей реакции:
v = k C2NO CH 2 , порядок реакции = 3 , а не 4 .
В гетерогенной системе с участием конденсированной ( твердой или жидкой) фазы химическая реакция идет на границе раздела фаз. Поверхностная концентрация молекул твердого (жидкого) вещества постоянна, поэтому скорость гетерогенной реакции зависит только от концентрации газообразных веществ. В связи с этим концентрации веществ, находящихся в конденсированной фазе, в кинетическое уравнение не входят.
ПРИМЕР 3. Для гетерогенной реакции CaO(к) + CO2(г) = CaCO3(к) скорость определяется кинетическим уравнением v = k CCO2 .