Лабораторная работа № 2

СКОРОСТЬ ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ.

Работу выполнил__________________ Работу принял______________________

Дата выполнения__________________ Отметка о зачете____________________

Основные понятия.

Скорости и механизмы протекания химических реакций изучает химическаякинетика

Скорость реакции(v) определяется числом молей вещества (n), превращенного за единицу времени (t) в единице объема (V) 1n

v=( 1 )

Vt

При постоянном объеме системы выражение ( 1 ) переходит в : v=C/t,

где С - молярная концентрация вещества моль/л.

При химической реакции концентрации исходных веществ убывают ( С_исх0 ), а продуктов реакции - возрастают (С_прод  0 ), поэтому для величиныvможно записать два равноценных выражения:v= -C_исх/t= +C_прод/t.

Однородная часть системы ( жидкая, твердая , газообразная) называется фазой.

Реакция, протекающая в системе, состоящей из одной фазы, называется гомогеннойреакцией. Реакция, в которой участвует несколько фаз, называетсягетерогенной.

Скорость реакций зависит от следующих основных факторов: природы реагентов, концентрации реагирующих веществ, температуры и присутствия катализаторов.

Влияние концентрации реагирующих веществ.

Зависимость скорости реакции от концентрации реагирующих веществ определяется законом действия масс ( ЗДМ ):

скорость химической реакции прямо пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ в степенях их стехиометрических коэффициентов, если уравнение реакции соответствует механизму проходящей реакции.

В общем виде для гомогенной реакции:aA + bB  продукты

скорость равна: V=K*C^a_A*C^b_B (2)

где k- константа скорости реакции.

Для реакций с участием газообразныхвеществ принято использовать выражение ЗДМ черезпарциальные давлениявеществ Р_Аи Р_В[ Па ]:_{а b}

v=k* Р_А* Р_В

Константа скорости реакцииравна скорости реакции при концентрации всех реагентов, равных единице.Константа скорости зависит от природы веществ и температуры, но не зависит от концентраций.

Сумма показателей степеней концентраций (a+b) вкинетическом уравнении( 2 ) называется теоретическимпорядком реакции.

ПРИМЕР 1. Химическая реакцияH_2(г)+I_2(г)2HI_(г)идет в одну стадию и в прямом и в обратном направлении, и ее механизм соответствует стехиометрическому уравнению. Как изменится скорость реакции при увеличении давления в системе в 2 раза?

Согласно ЗДМ, скорость прямой реакции: v=k_прC_{H 2} C_{I 2} ( порядок реакции = 2 ),

скорость обратной реакции: v=k_обрC²_HI( порядок реакции = 2 ).

При увеличении давления в 2 раза концентрации (парциальные давления) всех газообразных веществ увеличиваются в 2 раза, т.е. отношение скорости реакции после повышения давления к исходной скорости равно: v₂/v₁= (k_пр2C_{H 2} 2C_{I 2} ) /(k_прC_{H 2} C_{I 2} ) = 4.

Стехиометрическое уравнение реакции отражает лишь количественное соотношение между реагирующими веществами и не показывает механизма протекающего процесса. Реальный процесс обычно значительно сложнее, чем это отражено в стехиометрическом уравнении. Если химическая реакция протекает через несколько промежуточных стадий, то суммарная скорость реакции определяется наиболее медленной ( лимитирующей ) стадией.

ПРИМЕР 2. Реакция 2NO_(г)+ 2H_2(г)= 2H₂O_(г) +N_2(г) идет в две стадии:

( 1 ) 2 NO+H₂=N₂ +H₂O₂( медленная )

( 2 ) H₂O₂ +H₂= 2H₂O( быстрая )

Первая стадия, являясь более медленной, определяет кинетическое уравнение всей реакции:

v=kC²_NOC_{H 2} , порядок реакции = 3 , а не 4 .

В гетерогенной системе с участием конденсированной ( твердой или жидкой) фазы химическая реакция идет на границе раздела фаз. Поверхностная концентрация молекул твердого (жидкого) вещества постоянна, поэтому скорость гетерогенной реакции зависит только от концентрации газообразных веществ. В связи с этим концентрации веществ, находящихся в конденсированной фазе, в кинетическое уравнение не входят.

ПРИМЕР 3. Для гетерогенной реакцииCaO_(к)+CO_2(г)=CaCO_3(к)скорость определяется кинетическим уравнениемv=kC_{CO2 .}