8. Швидкість реакцій і хімічна рівновага

Мета вивчення теми:

- оволодіти основними законами, правилами і рівняннями хімічної кінетики;

- складати кінетичні рівняння для гомогенних і гетерогенних реакцій;

- розраховувати зміну швидкості реакцій при зміні концентрацій реагуючих речовин і температури;

- складати вирази для констант рівноваги оборотних гомогенних і гетерогенних реакцій;

- визначати напрямки зміщення рівноваги при зміні умов існування систем за принципом Ле Шательє;

- розраховувати константи рівноваги реакцій за умовами різноманітних задач.

Середня швидкість гомогенних хімічних реакцій – це зміна концентрації речовини за одиницю часу:

де сзміна концентрації речовини, що бере участь у реакції, яка відбувається за час(знак "" береться для реагенту, а знак "+" для продукту реакції; ці знаки завжди вибираються так, щоб швидкість була позитивною величиною). Миттєва (дійсна) швидкість дорівнює похідній концентрації за часом:

Результати експериментального дослідження кінетики реакції графічно часто виражають у вигляді кінетичної кривої, що відбиває зміну концентрації речовини за час перебігу реакції. Кінетична крива дозволяє, зокрема, визначати швидкість реакції в кожний момент часу.

Приклад 1. Результати експериментальних вимірів концентрації пентаоксиду діазоту по ходу його дисоціації за рівнянням

2 N₂O_5(г)4NO_2(г)+O_2(г)

при 308 К представлені в наступній таблиці

Вимір	1	2	3	4	5
Час, 103с	0	4	8	12	16
[N2O5], ммоль/л	2,57	1,50	0,87	0,51	0,30

Визначте швидкість дисоціації через 1,5 години після початку реакції.

Розв’язання.Побудуємо кінетичну кривуграфік залежності концентрації вихідної речовини від часу реакції (рис.1). Дійсна швидкість у заданий момент часу є (зі знаком мінус) похідна функції [N₂O₅] =f() при значенні аргументу:= 1,5 год = 1,53600 = 5,410³ с.На графіку це тангенс кута нахилу дотичної до кривої при зазначеному значенні аргументу. Для обчислення tgу даному випадку зручно використовувати відрізки, що відтинаються дотичною на відрізках прямих, що паралельні осям координат:

v=tg=ab/bc= 2,110^-3/12,210³= 1,710^-7моль/(лс).

Розрахована швидкість не занадто велика – реакція протікає при невисокій температурі.

Швидкість гомогенної реакції залежить від природи реагуючих речовин, їх концентрацій (або тиску для газів), температури, наявності каталізатора.

Залежність швидкості реакції від концентрацій реагуючих речовин встановлює закон діючих мас:

Для одностадійної (елементарної) реакції швидкість реакції пропорційна добутку концентрацій реагуючих речовин у

78