6.4.3 Вопросы и задания
1 Что происходит с реагирующими частицами при нагревании?
2 Приведите формулировку правила Вант-Гоффа. Какая формула отражает математическую зависимость возрастания скорости с увеличением температуры?
3 Какой смысл имеет температурный коэффициент? Что означает, например, если γ =3?
4 Определите температурный коэффициент скорости реакции, если при понижении температуры на 45 0С реакция замедлилась в 30 раз. Ответ: γ = 2,13.
5 При 393 К реакция заканчивается за 25 мин. Через сколько минут эта реакция закончится при 443 К (γ =2,5)? Ответ: 0,255 мин.
Замечания
1 Рассматриваемые выше закономерности действительны для однородных – гомогенных систем.
2 Системой в химии называется часть пространства, заполненная веществом или смесью веществ и ограниченная от окружающей среды.
3 Отдельные части системы, имеющие на всем протяжении одинаковые физические свойства, однородный химический состав и обладающие поверхностью раздела, называются фазами.
4 Смесь газов, вода, растворы являются примерами гомогенных систем.
5 К гетерогенным системам относятся системы, состоящие из нескольких фаз, например:
вода – лед – водяной пар (число фаз – 3);
вода – кислород – водород (число фаз – 2);
карбонат магния – окись магния – углекислый газ (число фаз -3).
6 В гетерогенной системе газ – твердое тело, столкновение между молекулами газа и твердого вещества могут происходить только на поверхности раздела фаз.
7 Концентрация твердого вещества в целом (масса твердой фазы) не влияет на скорость химического процесса.
8 Закономерности, определяющие течение реакции в гомогенных системах, на гетерогенные системы распространяются не полностью.
Например, при восстановлении оксида железа водородом
скорость
реакции пропорциональна только
концентрации водорода, т.е.
9 В гетерогенных системах реакции происходят только на поверхности раздела фаз, поэтому, чем больше поверхность соприкосновения, тем больше скорость реакции. Величина поверхности твердой фазы зависит от степени дисперсности (измельчения).
6.5 Скорость реакции в гетерогенных системах
Опыт. Налейте в две пробирки на 1/4 их объема соляной кислоты. Выберите два одинаковых кусочка мела и один из них разотрите в ступе в порошок, затем одновременно в одну из пробирок опустите кусочек мела, а в другую ссыпьте порошок.
В какой из пробирок реакция пошла быстрее? Почему?
6.5.1 Влияние катализатора на скорость химических реакций
1 Вещества, изменяющие скорость химического процесса, называются катализаторами. Катализаторами могут быть твердые, жидкие и газообразные вещества.
2 Изменение скорости химической реакции под влиянием присутствующего в системе постороннего вещества, состав и количество которого к концу реакции остаются без изменений, называются катализом.
3 При гомогенном катализе взаимодействующие вещества и катализатор составляют однофазную систему.
4 При гетерогенном катализе реагирующие вещества и катализатор составляют систему из нескольких фаз.
5 При гетерогенном катализе в присутствии небольших количеств катализатора могут прореагировать относительно большие количества взаимодействующих веществ.
6 При гомогенном катализе скорость реакции практически пропорциональна количеству катализатора.
7 Активность катализатора, а иногда и специфичность их действия, в большой мере зависит от температуры. Для каждого процесса, существуют определенные катализаторы, часто подбираемые экспериментальным путем.
Опыт. В четыре пробирки налейте по 3 см3 раствора пероксида водорода. В три из них всыпьте одновременно по ложечке: в одну – оксида марганца (+4), в другую – оксида железа (+2), в третью – оксида кремния (+4). Четвертая пробирка – для сравнения. Наблюдения запишите в тетрадь. Одинаково ли протекает процесс разложения пероксида водорода? Составьте уравнение разложения пероксида водорода. Определите тип катализа. Какое из веществ оказало каталитическое действие?