Внимание!!!! Уважаемые студенты!

Для подготовки к лабораторной работе № 3 необходимо:

1. Выписать в свой лабораторный журнал Основные понятия, законы, формулировки (с. 2-3) (выделено красным цветом).

2. Название и цель лабораторной работы (с. 5).

3. Опыты 1-4 (с. 5-7) (выделено красным цветом):

- название опыты,

- реакция,

- таблица (если имеется),

- оставить место для графика и вывода.

Занятие № 3

ХИМИЧЕСКАЯ КИНЕТИКА.

ХИМИЧЕСКОЕ РАВНОВЕСИЕ

Теоретическая часть

Основные понятия, законы, формулировки

Скорость химических реакций

Химическая кинетика изучает химические реакции с точки зрения скорости их протекания. Скорость химической реакции измеряется изменением концентрации веществ, вступающих в реакцию или образующихся в результате реакции за единицу времени.

Скорость химической реакции зависит:

- от природы реагирующих веществ – описывается законом действия масс (законом Гульдберга-Вааге): при постоянной температуре скорость химической реакции прямо пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ,

Например, для реакции аА + bB  cC + dD

V = k С_A^a С_B^b

где k – константа скорости химической реакции,

а и b – стехиометрические коэффициенты в уравнении реакции.

В случае гетерогенных реакций концентрации веществ, находящихся в твердой фазе представляют собой постоянную величину и в уравнение закона действия масс не включаются.

- от температуры – определяется правилом Вант-Гоффа: скорость реакции возрастает в 2-4 раза при повышении температуры системы на каждые 10 градусов:

V₂ = V₁ ^(t2–t1)/10

где V₁ – скорость реакции при температуре t₁;

V₂ – скорость реакции при температуре t₂;

 – температурный коэффициент (как правило,  = 2–4)

6.2. Химическое равновесие

Обратимыми называют химические реакции, идущие одновременно в двух противоположных направлениях, в результате чего в реакционной смеси присутствуют как продукты реакции, так и исходные вещества:

2 SO₂ + O₂ 2SO₃

В тот момент, когда скорость прямой реакции (синтез продуктов) становится равной скорости обратной реакции (разложение продуктов с образованием исходных соединений), в системе устанавливается химическое равновесие. Количественной характеристикой химического равновесия является константа равновесия (К).

Для реакции aA + bB cC + dD

k ₁ [C]^c • [D]^d

K =  =  (5)

k ₂ [A]^a • [B]^b

где k ₁, k ₂ – константы скорости прямой и обратной реакций;

a, b, c, d – стехиометрические коэффициенты в уравнении реакции;

[A], [B], [C], [D] – равновесные молярные концентрации соединений A, B, C, D.

Влияние изменения условий на положение равновесия определяется принципом Ле-Шателье:

при всяком внешнем воздействии на систему, находящуюся в состоянии химического равновесия, в ней протекают процессы, приводящие к уменьшению оказанного воздействии:

– при увеличении концентрации какого-либо вещества равновесие смещается в сторону расхода этого вещества;

– при повышении температуры равновесие смещается в направлении эндотермической, а при понижении – экзотермической реакций;

– при увеличении давления равновесие смещается в сторону уменьшения объема, а при понижении – в сторону увеличения объема системы.

Пример 1.

Напишите выражение скорости химической реакции, протекающей по уравнению 2 NO_(г) + O_2(г) = 2 NO_2(г). Как изменится скорость прямой и обратной реакции при увеличении давления в системе в два раза ?

Решение

До изменения объема скорость реакции в соответствии с законом действующих масс выражалась уравнением V = k • C²(NO) • C(O₂).

Увеличение давления в два раза равноценно двойному увеличению концентрации NO и O₂.

Следовательно, V₁ = k • (2C(NO))² • 2C(O₂) = k • 2³•C²(NO) •C(O₂) = 8 V.

Сравнивая выражения для V и V₁, находим, что скорость реакции возрастет в 8 раз.

Пример 2.

Вычислите, во сколько раз возрастет скорость реакции при повышении температуры от 20 до 40 ⁰С. Температурный коэффициент скорости равен 3.

Решение

Т₁ = 273 + 20 = 293, Т₂ = 273 + 40 = 313.

Зависимость скорости химической реакции от температуры описывается эмпирическим уравнением Вант–Гоффа:

V₄₀ =V₂₀• 3^{(313 – 273)/10} = V₂₀ • 3² = 9 V₂₀.

Следовательно, при повышении температуры от 20 до 40 ⁰С скорость реакции возрастет в 9 раз.

Пример 3.

Равновесные концентрации веществ в реакции 2 NO + Cl₂  2 NOCl

равны: NO = 0,3 моль/л, Cl₂ = 0,1 моль/л, NOCl = 0,2 моль/л. Вычислите исходные концентрации веществ и константу равновесия.

Решение

Из уравнения реакции следует, что на образование 2 молей NOCl требуется 2 моля NO, следовательно, на образование 0,2 моля NOCl потребовалось 0,2 моля NO.

Отсюда исходная концентрация NO равна

NO₀ = 0,3 + 0,2 = 0,5 моль/л .

На образование 0,2 моля NOCl затрачено 0,1 моль Cl₂, следовательно, исходная концентрация Cl₂ равна

Cl₂₀ = 0,1 + 0,1 = 0,2 моль/л.

Выражение для константы равновесия для данной реакции имеет вид

NOCl²_р 0,2 ²

K= ; К = = 4,44 .

NO²_р• Cl₂_р 0,3 ² • 0.1

*******************************************