6. Скорость химической реакции

Скорость химической реакции определяется изменением концентрации реагирующих веществ в единицу времени.

Если реакция гетерогенная, то скорость измеряется количеством вещества системы, вступающего в реакцию или образующегося в результате реакции за единицу времени на единицу поверхности раздела фаз:

= ,

где = - , и – количество реагирующего вещества в момент времени и ; = - ; – площадь поверхности.

Скорость гомогенных реакций измеряется количеством вещества системы, вступающего в реакцию или образующегося в результате реакции за единицу времени на единицу объема:

= .

Так как – молярная концентрация С, а – ее изменение С, то средняя скорость v за отрезок времени равна отношению . Если стремится к нулю, то в пределе средняя скорость становится скоростью в данный момент времени или истинной скоростью , которая равна производной от концентрации по времени:

V = ,

Знак определяется направлением уменьшения концентрации вещества: плюс означает ее увеличение, а минус – уменьшение.

Скорость химической реакции зависит от:

1) природы реагирующих веществ; 2) условий, при которых протекает реакция, - концентраций реагирующих веществ, температуры, давления (для газов), облучение квантами света и др.,3) присутствия катализаторов.

Зависимость скорости реакции от концентрации определяется законом действующих масс: скорость химической реакции прямо пропорциональна произведению концентрации реагирующих веществ, возведенных в степени их стехиометричским коэффициентом.

Для реакции mA + nB = AmBn скорость химической реакции выражается равенством = k , где – скорость реакции, [A] и [B] – молярные концентрации реагирующих веществ, m, n – стехиометрические коэффициенты, k – константа скорости реакции, числено равная скорости реакции, когда произведение концентраций реагирующих веществ равно единице.

Закон действия масс применим только к гомогенным системам. В случае гетерогенных систем в выражение скорости реакции войдут лишь концентрации газообразных или растворенных веществ. Реакции с участием твердых тел протекают лишь по поверхности, концентрация твердого вещества остается постоянной и не входит в выражение скорости реакции.

Реакция в гомогенной системе:

2 + = 2 O

= k [ ]

Реакция в гетерогенной системе:

Ca + C =

= k[ ]

Пример 1. Вычисление скорости реакции по концентрациям реагирующих веществ.

Реакция между веществами А и В протекает по уравнению 2А + В = С; концентрация вещества А равна 6 моль , а вещества В – 5 моль . Константа скорости реакции равна 0,5 . Вычислите скорость химической реакции в начальный момент и в тот момент, когда в реакционной системе останется 45% вещества В.

Решение. Скорость химической реакции выражается уравнением:

= k [ ].

Скорость химической реакции в начальный момент равна

= 0,5 5 = 90,0 моль . Через некоторое время в реакционной смеси останется 45% вещества В, т.е. концентрация вещества В станет 5 0,45 = 2,25 моль . Следовательно, концентрация вещества А уменьшилась на 5,5 моль и стала равной 0,5 моль (6 - 5,5). Отсюда

= 0,5 2,25 = 0,28 моль .

Пример 2. Влияние давления на скорость реакции.

Определите, как изменится скорость прямой реакции 2СО + = , если общее давление в системе увеличить в 4 раза.

Решение. При увеличении давления в 4 раза объем системы уменьшится в 4 раза, а концентрация реагирующих веществ возрастет в 4 раза.

Тогда = k [ ], а = k [ ].

= = 64

После увеличения давления в 4 раза скорость реакции возрастет в 64 раза.