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 (  С_исх 0 ), а продуктов реакции - возрастают (  С_прод  0 ), поэтому для величины v можно записать два равноценных выражения: v = - C_исх/t = + C_прод/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 * C^a_A * C^b_B (2)

где k - константа скорости реакции.

Для реакций с участием газообразных веществ принято использовать выражение ЗДМ через парциальные давления веществ Р_А и Р_В [ Па ]: _{а b}

v = k * Р_А * Р_В

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 H_2(г) + I_2(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 = k_пр  C_{H 2}  C_{I 2} ( порядок реакции = 2 ),

скорость обратной реакции: v = k_обр  C²_HI ( 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 = (k_пр2C_{H 2} 2C_{I 2} ) /(k_прC_{H 2} C_{I 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 H_2(г) = 2 H₂O_(г) + N_2(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  C²_NO  C_{H 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) + CO_2(г) = CaCO_3(к) скорость определяется кинетическим уравнением v = k  C_{CO2 .}