4.Кинетика и равновесие химических реакций
4.1.Химическая кинетика
Раздел химии изучающий скорость и механизм химических реакций, а также их зависимость от различных факторов (концентрации, температуры, давления и т.д.) называется химической кинетикой.
Скорость химической реакции измеряют по изменению концентрации реагирующих (исходных) веществ (Δс) в единицу измерения (Δτ).
V = Δс / Δτ
Согласно основному закону химической кинетики скорость реакции пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ, возведенных в степени их стехиометрических коэффициентов (закон действующих масс). Например, для реакции
аА + bB → dD + eE
математическое выражение закона:
V = k · (CA)a · (CB)b
где CA и CB – концентрации реагирующих веществ.
k – коэффициент пропорциональности, называемый константой скорости химической реакции. При CA= CB =1 моль/л V = k. В этом физический смысл константы скорости.
Влияние температуры на скорость химической реакции определяется правилом Вант-Гоффа: при повышении температуры на 10º скорость реакции возрастает примерно в 2-4 раза. Это увеличение скорости называют температурным коэффициентом γ.
VT2 = VT1 · γ(T2-T1)/10
Т1, Т2 – начальная и конечная температуры;
V1, V2 – скорости;
γ – коэффициент, варьирующийся от 2 до 4.
4.2. Химическое равновесие
Все химические реакции можно разделить на необратимые и обратимые. Необратимыми реакциями называются такие реакции, которые протекают в одном направлении и идут до конца. К ним относятся реакции, сопровождающиеся выпадением осадка, выделением газа, образованием малодиссоциирующих веществ и т.п. Обратимыми называются такие реакции, которые одновременно протекают в двух взаимно-противоположных направлениях.
Если протекает обратимая реакция
mА
+ nВ
рС +qD
,
то согласно закону действующих масс
КР = [С]p · [D]q / [А]m · [В]n
где Кр - константа равновесия.
Смещение равновесия определяется принципом Ле-Шателье: если изменить одно из условий, при которых система находится в состоянии химического равновесия (например, температуру, давление или концентрацию), то равновесие смещается в направлении той реакции, которая противодействует произведенному изменению.
Среди многочисленных факторов, влияющих на скорость химической реакции, особое значение придается катализаторам. Катализаторы - вещества, изменяющие скорость химического процесса, но остающиеся после реакции в химически неизменном виде и первоначальном количестве.
Контрольные вопросы
4.1. Начальные концентрации веществ в реакции.
СО + Н2О
СО2
+ Н2
были равны (моль/л):
С СО
– 0,5 ,
– 0,6,
–
0,4, Сн2 –
0,2.
Вычислите концентрации всех участвующих в реакции веществ после того, как прореагировало 60 % Н2О.
4.2. Во сколько раз следует увеличить давление, чтобы скорость образования NO2 по реакции
2NO
+ O2
2NO2
Возросла в 1000 раз.
4.3. В какую сторону сместится химическое равновесие в системах:
2СО + О2
2СО2;
ΔH˚
= - 566 кДж
N2
+ O2
2NO;
ΔH˚
= + 180,7 кДж
2NO
+ O2
2NO2;
Δ
H˚
= - 113,0 кДж
а) при повышении температуры;
б) при повышении давления?
4.4. Константа равновесия реакции
2NO
+ O2
2NO2
при 494˚ С равна 2,2 . В состоянии равновесия С NO = 0,02 моль/л,
=0,03
моль/л. Вычислить исходную концентрацию
кислорода.