Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Нижегородский государственный технический

университет им. Р.Е.Алексеева

Кафедра “Общая и неорганическая химия”

СКОРОСТЬ ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ.

ХИМИЧЕСКОЕ РАВНОВЕСИЕ

Методические указания

для проведения лабораторных занятий

по курсу общей химии для студентов химических и нехимических специальностей всех форм обучения

Нижний Новгород, 2009

Составители: Ю.В. Батталова, Г.Н. Борисова, А.В. Борисов, Ж.В. Мацулевич, В.К. Османов

УДК 54 (07)

Скорость химических реакций. Химическое равновесие: метод. указания для проведения лабораторных занятий по курсу общей химии для студентов химических и нехимических специальностей всех форм обучения / НГТУ; сост.: Ю.В.Батталова, Г.Н.Борисова и др. Н.Новгород, 2009. 37с.

Методические указания включают краткое теоретическое введение, примеры решения типовых задач, задачи для домашних работ и практических занятий, а также описание лабораторных работ по теме.

Научный редактор Ю.М.Тюрин

Редактор Э.Б. Абросимова

Подп. к печ. 05.09. Формат 60х84 1/16. Бумага газетная. Печать офсетная. Печ. л. 2,25. Уч.-изд. л. 2,5 Тираж 2000 экз. Заказ

Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е.Алексеева.

Типография НГТУ. 603950, Н.Новгород, ул. Минина, 24.

©Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е.Алексеева, 2009

Скорость химической реакции

Химическая кинетика – это раздел химии, в котором изучают влияние различных факторов на скорость химической реакции и ее механизм. Рассматриваются только реакции, которые термодинамически разрешены (G_хр 0).

Скоростью химической реакции называют изменение концентрации реагирующих веществ или продуктов реакции (С) в единицу времени V = . Скорость реакции измеряется в моль/л∙с, если она идет во всем объеме системы (гомогенная реакция) и в моль/м²∙с, если реакция идет на границе раздела фаз (гетерогенная реакция). Гомогенная система состоит из одной фазы, гетерогенная – из нескольких фаз. Фазой системы называют ее часть, отделенную от других физической границей и обладающую во всех своих частях одинаковым составом и свойствами.

Средняя скорость реакции Vср в интервале времени от t₁ до t₂ определяется соотношением

V = ,

где С = С₂ - С₁ , t = t₂ - t₁; С₁ и С₂ – молярная (моль/л) концентрация любого участника реакции в моменты времени t₁ и t₂ соответственно. Знак (-) перед дробью относится к изменению концентраций исходных веществ, С  0; знак (+) - к изменению концентраций продуктов реакции, С > 0.

Мгновенная скорость – это скорость реакции в момент времени t. Она определяется производной от концентрации по времени V_t = (моль/л∙с, моль/л∙час).

Скорость реакции aA + bB → cC + dD экспериментально можно определять либо по убыли концентраций исходных веществ, либо по увеличению концентраций продуктов реакции:

V_t = = = =

3

Под механизмом химической реакции понимают последовательность отдельных стадий процесса, приводящих к продуктам реакции. Стадия, имеющая наименьшую скорость, называется лимитирующей. Она определяет скорость всего процесса в целом.

Основными факторами, влияющими на скорость химической реакции, являются: а) природа реагирующих веществ; б) концентрация реагирующих веществ; в) давление (если в реакции участвуют газы); г) температура; д) наличие катализатора; ж) площадь поверхности раздела фаз (для гетерогенных реакций).

Влияние концентрации реагирующих веществ на скорость химической реакции

Влияние концентрации на скорость химической реакции выражается законом действующих масс: «При постоянной температуре скорость химической реакции пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ в степенях, равных их стехиометрическим коэффициентам». Закон справедлив только для элементарных реакций.

В общем виде для реакции аА + bB = cC аналитическое выражение закона действующих масс будет иметь вид

= [A]^a[B]^b,

где a и b – порядки реакции по каждому реагенту, соответствующие стехиометрическим коэффициентам.

Для конкретной реакции: I_2(г) + H_2(г) ↔ 2HI_(г) уравнение скорости для прямой реакции будет = [I₂][H₂], а для обратной: = [HI]². В этих уравнениях и – константы скорости прямой и обратной реакций. Константа скорости – это скорость реакции при концентрации реагирующих веществ, равных единице. Таким образом, константу скорости можно рассматривать как удельную скорость.

В случае гетерогенных процессов, когда реакция протекает на границе раздела фаз, в уравнение скорости

4

входят концентрации только газообразных или растворенных веществ. Концентрация твердого вещества в процессе реакции остается постоянной и в уравнение скорости реакции не включается.

Например, для гетерогенной реакции Si_(тв) + O_2(г) = SiO_2(тв) уравнение скорости прямой реакции будет = [O₂].