- •1. Скорость химической реакции
- •1.1. Кинетическая классификация реакций
- •1.2. Понятие о скорости химической реакции
- •1.3. Факторы, влияющие на скорость реакции
- •1.3.1. Зависимость скорости реакции от природы реагирующих веществ
- •1.3.2. Зависимость скорости реакции
- •1.3.3. Влияние температуры на скорость реакции
- •1.3.4. Уравнение Аррениуса
- •1.3.5. Влияние среды на скорость реакции
- •1.3.6. Другие факторы, влияющие на скорость химической реакции
- •1.4. Катализ
- •1.4.1. Особенности катализаторов
- •1.4.2. Механизм действия катализаторов согласно теории активации. Гомогенный и гетерогенный катализ
- •1.4.3. Ферментативный катализ
- •1.5. Цепные реакции
- •1.6. Фотохимические реакции
- •1.7. Последовательность расчета кинетических данных
- •1.8. Примеры решения задач
- •2. Химическое равновесие
- •2.1. Обратимые и необратимые реакции
- •2.2. Состояние химического равновесия
- •2.3. Способы выражения константы равновесия
- •2.4. Смещение химического равновесия
- •2.4.1. Влияние изменения концентрации на состояние равновесия
- •2.4.2. Влияние изменения температуры на состояние равновесия
- •2.4.3. Влияние изменения давления на состояние равновесия
- •2.5. Влияние температуры на константу равновесия
- •2.6. Состояние равновесия и катализаторы
- •2.7. Использование кинетических знаний в управлении химическим процессом
- •2.8. Примеры решения задач
- •3. Контрольные вопросы
- •4. Экспериментальная часть
- •Задачи и упраждения для самостоятельной работы
- •2. Влияние температуры и природы веществ на скорость реакции
- •4. Вычисление молярности растворов и равновесных концентраций
1.7. Последовательность расчета кинетических данных
Целью любого кинетического исследования является нахождение кинетического уравнения и определение его параметров. Кинетическое исследование состоит из следующих этапов:
1) получение экспериментальных данных для построения графика кривых С = f() при нескольких температурах;
2) расчет частных порядков по каждому из реагирующих веществ и определение суммарного порядка реакции;
3) определение формального кинетического уравнения и проверка его соответствия экспериментальным данным;
4) определение значения констант скорости реакции при различных температурах;
5) расчет энергии активации и предэкспоненциального множителя в уравнении Аррениуса.
Определение кинетического порядка реакции
Существует несколько способов определения порядка реакции. Рассмотрим два простейших из них для необратимых реакций первого и второго порядков.
1. Метод подбора. Метод заключается в подстановке экспериментальных данных в уравнение первого и второго порядков и выяснении, какое из этих уравнений приводит к постоянному значению константы скорости реакции. Ели ни одно из них не дает постоянного результата, то реакция является более сложной.
2. Графический метод. Строится график, выражающий зависимость различных значений концентраций от времени в соответствии с различными кинетическими уравнениями.
Так, для реакции первого порядка линейная зависимость получается в координатах lg(ах) и (см. рис.6), второго порядкав координатах 1/(ах) и (рис.8) и lg(в(ах)/а(вх)) и (рис.9).
Определение константы скорости реакции
Константа скорости реакции может быть рассчитана, если известен порядок реакции из соответствующего кинетического уравнения. Известны несколько методов расчета константы скорости реакции. Важнейшие из них:
1) метод подстановки концентраций реагирующих веществ или продуктов реакции, полученных аналитически в разные моменты времени, в соответствующее кинетическое уравнение реакции. После расчета значения констант для разных времен () проводят их усреднение;
2) графический метод применяется, когда имеются удобные линейные формы зависимости величины концентраций и их производных от времени реакции.
Например, для реакции первого порядка кинетическое уравнение имеет вид:
lg(ах) = k/2,303 + lgа.
Это уравнение прямой линии с угловым коэффициентом k/2,303 (рис.16). Угловой коэффициент есть tg.
Из графика находим:
lg = k/2,303, lg() = k/2,303,
откуда
k = 2,303.lg().
Далее по экспериментальным данным строим график зависимости lg(ах) = f() и по тангенсу угла наклона (учитывая масштабы координат) определяем константу скорости реакции.
Рис.16. Графический расчет константы скорости
необратимой реакции первого порядка
Аналогичным образом можно определить константу скорости реакции второго порядка.
а) б)
Рис.17. Графический расчет константы скорости необратимой реакции второго порядка:
а) для случая равенства концентраций реагирующих веществ (а = в)
б) для общего случая (а в)