Теоретическое введение

§ 1. Зависимость скорости реакции от концентрации. Закон действия масс. Зависимость скорости реакции от температуры

Скорость химической реакцииизмеряется изменением кон­центрации одного из реагирующих веществ в единицу времени'.

• = dC/dx. Концентрацию обычно выражают числом молей в литре раствора, а время - в секундах, минутах, часах.Скорость реакции зависит от природы реагирующих веществ.Некоторые реакции протекают практически мгновенно, например, взрыв­ные реакции; другие реакции идут так медленно, что заметить их течение на глаз затруднительно, например, коррозия метал­лов. На скорость реакции, кроме природы веществ, влияютусло­вия ее протекания-, концентрация реагирующих веществ, тем­пература и присутствие катализатора.

Зависимость скорости реакции от концентрации реагирую­щих веществ выражается законом действия масс: «Скорость химической реакции прямо пропорциональна концентрации реа­гирующих веществ». Если записать уравнение химической реак­ции в общем виде:

mA +nB = А_тВ„, то по закону действия масс:

V = k [А]^т[В]^п, где V - скорость химической реакции, моль/л-мин; [А] и [В] - молярные концентрации реагирующих веществ (концентрация обозначается квадратной скобкой), моль/л;m и и - стехиометри- ческие коэффициенты в уравнении реакции; к - константа ско­рости, зависящая от природы реагирующих веществ, температу­ры и присутствия катализатора.

Напишем математическое выражение закона действия масс для реакции:

2S02(ra3) ^ 0₂(_Газ)2S0₃ (газ)- Эта система являетсягомогеннойилиоднородной,так как она состоит из одной фазы: все реагирующие вещества - газы (газо­вая фаза). Закон действия масс для данной системы выразится следующим образом:

V — k -[SO?]² ■ [0₂].

Гетерогеннаяилинеоднороднаясистема состоит из несколь­ких фаз, т.е., кроме жидкости или газа, в реакции участвует твердое вещество, например:

2А1_(тв) + ЗС1₂(_Газ) =2А1С1з .(_тв).

Реакция между молекулами газа и твердого вещества будет про­исходить только на поверхности твердого вещества, и поэтому скорость реакции в данном случае не зависит от массы твердой фазы. Закон действия масс будет иметь следующий вид:

• = к • [С1₂]³,

т.е. изменение концентрации твердых веществ в гетерогенных процессахне учитывают.

Изменение скорости реакции в зависимости от температуры выражается правилом Вант-Гоффа: «Повышение температу­ры на каждые 10 градусов увеличивает скорость гомогенных

химических реакций примерно в 2-4 раза». Математическая за­висимость скорости реакции от температуры выражается сле­дующей формулой:

*2 ~*1

V_t = V, • у"¹⁰,

где V_t - скорость реакции при температуреti; V, - скорость

реакции при температуре t₂; у - температурный коэффициент скорости реакции (у = 2-4).

Вопросы для самопроверки

1. Сформулируйте закон действия масс и напишите его мате­матическое выражение.

2. Сформулируйте правило Вант-Гоффа и напишите его ма­тематическое выражение.

3. Какие из приведенных систем гетерогенные: Н₂+ Ь (_т)⁵²

= 2HI; 2NO + 0₂s* 2N0₂; СО, + С ^ 2СО; Н₂+Cl₂ 2НС1?

4. Какое выражение скорости прямой реакции справедливо

для системы 2Р + ЗС1₂~ 2РСЬ:

• = к ■ [Р] • [Cl₂]; V =к-[Р]²•[Cl₂]³; V = к • [Р]²; V = к ■ [С1₂]³?

5. Во сколько раз увеличится скорость химической реакции при повышении температуры на 30°, если температурный коэффици­ент скорости реакции у = 2: в два, четыре, шесть, восемь раз?