Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«СЕВЕРО-КАВКАЗСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Невинномысский технологический институт

Кафедра химической технологии, машин и аппаратов химических производств

КИНЕТИКА И КАТАЛИЗ

ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

к лабораторному практикуму по дисциплине «Физическая химия»

для студентов очной, заочной и сокращенной форм обучения по специальности 240301.65 «Химическая технология неорганических веществ»

Невинномысск 2011

Методические указания предназначены для проведения лабораторного практикума в соответствии с рабочей программой дисциплины «Физическая химия» для студентов очной, заочной и сокращенной форм обучения по специальности 240301.65 – Химическая технология неорганических веществ.

Изложены краткие теоретические основы химической кинетики, основные кинетические уравнения химических реакций различных порядков, методы определения порядка химической реакции. Приведены особенности реакций протекающих с использованием катализатора, как гомогенного, так и гетерогенного.

В лабораторных работах студенты осваивают экспериментальный метод определения порядка химической реакции, определение константы скорости реакции, периода полураспада веществ и расчета энергии активации химической реакции.

Составители: ст. препод. Н.А. Степовая

Отв. редактор: доц. А.Л. Проскурнин

Содержание

1 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ 4

1 Химическая кинетика 4

2 Катализ химических реакций 10

2 Лабораторная работа 1 ИССЛЕДОВАНИЕ КИНЕТИКИ РЕАКЦИИ ЙОДИРОВАНИЯ АЦЕТОНА 16

3 Оборудование. Материалы 16

4 Ход работы 17

3 Лабораторная работа 2 КИНЕТИКА ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОНСТАНТЫ ОМЫЛЕНИЯ СЛОЖНОГО ЭФИРА 21

5 Оборудование. Материалы 21

6 Ход работы 21

4 Лабораторная работа 3 ИЗУЧЕНИЕ СКОРОСТИ РАЗЛОЖЕНИЯ МУРЕКСИДА В КИСЛОЙ СРЕДЕ 24

7 Оборудование. Материалы 24

8 Ход работы 25

5 Лабораторная работа 4 ИЗУЧЕНИЕ КИНЕТИКИ РЕАКЦИИ КАТАЛИТИЧЕСКОГО РАЗЛОЖЕНИЯ ПЕРОКСИДА ВОДОРОДА 28

9 Оборудование. Материалы 28

10 Ход работы 28

6 Лабораторная работа 5 ВЛИЯНИЕ МАССЫ КАТАЛИЗАТОРА НА СКОРОСТЬ ХИМИЧЕСКОЙ РЕАКЦИИ ПРИ ГЕТЕРОГЕННОМ КАТАЛИЗЕ 33

11 Оборудование. Материалы 33

12 Ход работы 33

ЛИТЕРАТУРА 39

Список основной литературы 39

Дополнительная литература 39

КИНЕТИКА И КАТАЛИЗ ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ

Цель: 1. Ознакомление с основными понятиями и положениями химической кинетики.

2. Экспериментальное исследование скорости реакций и расчёт константы скорости и энергии активации этих реакций.

3. Определение порядка реакции по экспериментальным значениям расходования концентраций.

1. Теоретические основы

1Химическая кинетика

1.1Скорость химической реакции

Кинетика химической реакции - учение о скоростях химических процессов, о механизмах протекания этих процессов.

Кинетику химических реакций рассматривают как два основных раздела:

а) формально-математическое описание скорости реакции без учёта механизма реакции (формальная кинетика);

б) учение о механизме химического воздействия.

Основной величиной в химической кинетике является скорость реакции.

Скорость реакции – изменение концентрации реагирующих веществ в единицу времени.

Кинетика химической реакции рассматривает влияние различных факторов (температуры, давления, концентрации реагирующих веществ, катализаторов и т.д.) на скорость протекания химической реакции.

Для характеристики скорости химической реакции пользуются понятиями:

• средняя скорость химической реакции – изменение концентрации реагирующих веществ за определённый конечный промежуток времени.

, (1)

• истинная скорость химической реакции (мгновенная) – изменение концентрации реагирующего вещества бесконечно малый промежуток времени.

(2)

знак «минус» означает, что с течением времени концентрация начальных веществ убывает, знак «плюс» – с течением времени концентрация продукции реакции возрастает.

Основной закон химической кинетики – закон действия масс: скорость химической реакции (υ) прямо пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ в степени их стехиометрических коэффициентов

аА + bB сС + dD

; , (3)

где k₁, k₂ – константы скоростей прямой и обратной реакций.

Коэффициент пропорциональности k для каждой данной реакции при постоянной температуре является величиной постоянной и называется константой скорости реакции. Он численно равен скорости реакции в условиях, когда концентрации каждого из исходных веществ равны единице (физический смысл) υ = k, когда С_А = С_В = 1.

Закон действия масс справедлив лишь для простейших реакций.

Показатель степени над концентрациями реагирующих веществ в выражении закона действия масс называется частным порядком данной химической реакции по данному веществу. Алгебраическая сумма показателей степени прямой и обратной реакцией называется общим порядком химической реакции:

.

Молекулярность химической реакции – число молекул одновременно участвующих в акте химического взаимодействия. По этому признаку реакции делятся на одно-, двух-, трех молекулярные.

К молекулярным реакциям типа А → С относятся некоторые реакции разложения молекул и реакции изомеризации.

К бимолекулярным реакциям типа А + В → С, или 2А → С относятся такие, в которых происходит взаимодействие двух молекул различного или одинакового вида

Н₂ + I₂ = 2НI или 2 НI = H₂ + I₂.

К трехмолекулярным реакциям типа A + B + D → C или 2А + В →С относятся реакции взаимодействия трёх молекул одного или различного видов, например:

2 NO + H₂ N₂O + H₂O,

2NO + Cl₂ 2NOCl.