ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № СКОРОСТЬ ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ.
Работу выполнил___________________ Работу принял________________________
Дата выполнения___________________ Отметка о зачёте______________________
Основные понятия.
Скорости и механизмы протекания химических реакций изучает химическая кинетика.
Скорость реакции (v) определяется числом молей вещества (n), превращённого за единицу времени (t) в единице объёма ( V ) :
v
(
1 )
При постоянном объёме системы выражение ( 1 ) переходит в : v=∆C/∆t,
где С – молярная концентрация вещества [ моль/л ] .
При химической реакции концентрации исходных веществ убывают(∆Cисх.<0), а продуктов реакции – возрастают (∆Cпрод.>0), поэтому для величины v можно записать два равноценных выражения: v= -∆Cисх./∆t = +∆Cпрод./∆t.
Однородная часть системы ( жидкая, твердая, газообразная ) называется фазой.
Реакция, протекающая в системе, состоящей из одной фазы, называется гомогенной реакцией. Реакция, в которой участвует несколько фаз, называется гетерогенной.
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 концен-
траций реагирующих веществ в степени их стехиометрических коэффициен-
тов, если уравнение реакции соответствует механизму проходящей реакции.
В общем виде для гомогенной реакции: аА+bB Y продукты
скорость равна:
v=k∙
∙
,
где k – константа скорости реакции.
Для реакции с участием газообразных
веществ принято использовать выражение
ЗДМ через парциальные давления
веществ PA
и PB[Па]: v
k∙
∙
Константа скорости реакции равна скорости реакции при концентрации всех реагентов, равных единице. Константа скорости зависит от природы веществ и температуры, но не зависит от концентрации.
Сумма показателей степени концентраций (а+b) в кинетическом уравнении ( 2 ) называется теоретическим порядком реакции.
ПРИМЕР 1. Химическая реакция H2(1)
+I2(1)
2HI(1)
идет в одну стадию и в прямом и в обратном
направлении, и её механизм соответствует
стехиометрическому уравнению. Как
изменится скорость реакции при увеличении
давления в системе в 2 раза?
Согласно ЗДМ, скорость прямой реакции: v=kпр∙CH2∙CI2 (порядок реакции = 2), скорость обратной реакции: v=kобр∙CHI(порядок реакции = 2).
При увеличении давления в 2 раза концентрации (парциальные давления) всех газообразных веществ увеличиваются в 2 раза. Т.о. отношение скорости реакции после повышения давления к исходной равно: v2/v1=( kпр∙2CH2∙CI2)/( kпр∙CH2∙CI2)=4
Стехиометрическое уравнение реакции отображает лишь количественное соотношение между реагирующими веществами и не показывает механизма протекающего процесса. Реальный процесс обычно значительно сложнее, чем это отображено в стехиометрическом уравнении. Если химическая реакция протекает через несколько промежуточных стадий, то суммарная скорость реакции определяется наиболее медленной (лимитирующей) стадией.
ПРИМЕР 2. Реакция 2 NO(r) + 2H2(r) = 2H2O(r)+ N2(r) идет в две стадии:
( 1 ) 2 NO + H2 = N2 + H2O2 (медленная)
( 2 ) H2O2 + H2 = 2Н2О (быстрая)
Первая стадия, являясь более медленной, определяет кинетическое уравнение всей реакции: v = k∙CNO∙CH (а не v = k∙CNO∙CH ), 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. В гетерогенной реакции СаО(к) + СО2(r) = СаСО3(к) скорость определяется кинетическим уравнением v = k∙CCO .