4. Основні закономірності перебігу хімічних реакцій

Значення розділу. З одного боку, хімічні реакції становлять основу процесів добування та синтезу речовин, які використовуються для створення нових сучасних матеріалів. З іншого боку, в процесі експлуатації матеріалів речовини, що входять до їх складу, можуть підлягати певним хімічним перетворенням. Ці перетворення призводять до поступового погіршення властивостей матеріалу або навіть його псування. Прикладами таких процесів є руйнування металевих виробів унаслідок корозії або старіння пластмас. Для визначення галузей та умов експлуатації матеріалів необхідно розуміти основні закономірності перебігу хімічних реакцій. Ця тема дає можливість з’ясувати:

- чи буде проходити взаємодія між певними речовинами;

- чому самочинно можуть відбуватися реакції, що супроводжуються як виділенням енергії, так і її поглинанням;

- чи є реакція оборотною;

- дією яких чинників можна збільшити швидкість хімічної реакції або змістити її рівновагу?

Цілі вивчення теми:

- формування понять: «термодинамічна система», «фаза», «теплота», «робота», «термодинамічні параметри», «термодинамічні процеси», «термодинамічні функції», їх класифікації;

- набуття уявлень про сутність і властивості термодинамічних функцій (внутрішня енергія, ентальпія, ентропія, енергія Гіббса), вплив на них різних чинників;

- усвідомлення законів термодинаміки: першого закону як універсального закону природи, статистичного характеру другого закону, прикладного значення третього закону як інструмента визначення абсолютних значень ентропії утворення речовин;

- вивчення закону Гесса;

- поглиблення знань про швидкість хімічної реакції та чинників, що впливають на неї, шляхом розгляду правила Вант-Гоффа, рівняння Арреніуса, закону діючих мас, основних понять хімічної кінетики;

- формування уявлень про стан хімічної рівноваги і чинники, що впливають на нього;

- формування вмінь проведення типових розрахунків з використанням термодинамічних функцій, за термохімічними рівняннями, за правилом Вант-Гоффа і законом діючих мас.

Результати вивчення теми

Необхідно знати:

1 Основні поняття хімічної термодинаміки: «термодинамічна система», «фаза», «стан системи», «термодинамічні параметри».

2 Сутність і значення термодинамічних функцій (внутрішня енергія, ентальпія, ентропія, енергія Гіббса), їх залежність від певних чинників та змінювання внаслідок перебігу процесу.

3 Формулювання і значення І, ІІ і ІІІ законів термодинаміки.

4 Формулювання та математичний вираз закону Гесса, його наслідки і значення для розрахунків.

5 Умови самочинного перебігу хімічної реакції.

6 Поняття про швидкість гомогенної та гетерогенної реакцій, кінетичне рівняння хімічної реакції, порядок реакції, терміни «механізм» і « молекулярність» реакції.

7 Залежність швидкості реакції від концентрації, закон діючих мас.

8 Вплив температури на швидкість реакції (правило Вант-Гоффа, рівняння Арреніуса).

9 Сутність каталізу і механізм дії каталізаторів.

10 Ознаки хімічної рівноваги та її зміщення під дією певних чинників. Принцип Ле Шательє-Брауна, константу хімічної рівноваги.

Необхідно вміти:

1 Визначати типи систем за їх природою та фазовим складом, рівноважний і нерівноважний стани системи, типи термодинамічних параметрів залежно від сталості певного параметра, характерні ознаки термодинамічних параметрів і термодинамічних функцій.

2 Проводити розрахунки: зміни ентальпії, ентропії та енергії Гіббса хімічної реакції, на підставі проведених розрахунків роботи висновки щодо можливості самочинного перебігу хімічної реакції за визначених умов.

3 Складати термохімічні рівняння реакцій і фазових перетворень, вміти аналізувати їх.

4 Проводити типові розрахунки за термохімічними законами: обчислювати тепловий ефект реакції, ентальпії утворення сполук і кількість виділеної чи поглинутої теплоти внаслідок реакції при довільній кількості вихідної речовини.

5 Аналізувати дію різних чинників (природи реагентів, температури, концентрації реагентів, каталізатора, площі поверхні зіткнення реагентів, тиску) на швидкість хімічної реакції.

6 Розрізняти пряму і зворотну реакції, оборотні процеси, умови необоротності, пояснювати динамічний характер рівноваги та її зміщення під дією різних чинників, виводити математичний вираз константи рівноваги для будь-якої системи.

7 Аналізувати дію різних чинників (зміни: температури, концентрації реагентів та продуктів, тиску) на стан рівноваги системи, прогнозувати напрямок зміщення рівноваги залежно від характера стороннього впливу.

8 Розраховувати швидкість хімічної реакції та концентрації речовин у певний момент часу, змінення швидкості реакції при зміненні температури.

9 Розраховувати константу рівноваги за рівноважними концентраціями і рівноважні чи початкові концентрації речовин – за величиною константи.