Индивидуальное домашнее задание № 4 химическая кинетика. Химическое равновесие

Скорость химических реакций

Скорость гомогенной химической реакции измеряется изменением концентрации веществ, вступивших в реакцию или образующихся в результате реакции за единицу времени:

С_М

V =   , моль/(л•с) (7.1)



Скорость реакции не остается постоянной вследствие непрерывного изменения концентрации реагирующих веществ или продуктов реакции и выражение (7.1) характеризует среднюю скорость в течение временного отрезка .

Зависимость скорости реакции от концентрации реагирующих веществ описывается законом действия масс (законом Гульдберга – Вааге): при постоянной температуре скорость химической реакции прямо пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ.

Для реакции аА + bB  cC + dD

V = k • С_A^a • С_B^b , (7.2)

где k– константа скорости химической реакции, а иb– стехиометрические коэффициенты, С – молярная концентрация.

При проведении реакции в газовой фазе увеличение или уменьшение давления соответственно увеличивает или уменьшает концентрацию реагирующих веществ, что и определяет зависимость скорости реакции от давления.

В случае гетерогенных реакций концентрации веществ, находящихся в твердой фазе, представляют собой постоянную величину и в уравнение закона действия масс не включаются.

Зависимость скорости реакции от температуры определяется правилом Вант-Гоффа,согласно которомускорость реакции возрастает в 2–4 раза при повышении температуры системы на 10 градусов

(t₂–t₁)/10

V₂ = V₁ •  (7.3)

где V₁ – скорость реакции при температуреt₁;

V₂– скорость реакции при температуреt₂;

 – температурный коэффициент (как правило, = 2 – 4)

Химическое равновесие

Необратимыми называют химические реакции, в результате которых исходные вещества практически полностью превращаются в продукты реакции. Необратимые реакции могут протекать только в одном направлении.

Обратимыми называют химические реакции, идущие одновременно в двух противоположных направлениях, в результате чего в реакционной смеси присутствуют как продукты реакции, так и исходные вещества.

В момент, когда скорость прямой реакции (синтез продуктов) становится равна скорости обратной реакции (разложение продуктов с образованием исходных соединений), в системе устанавливается химическое равновесие.

Химическое равновесие характеризуется следующими признаками:

– при отсутствии внешних воздействий состояние системы остается неизменным во времени;

– внешние воздействия на систему приводят к изменению ее состояния пропорционально оказанным воздействиям;

– состояние системы будет одинаковым независимо от того, с какой стороны она подходит к равновесию.

Количественной характеристикой химического равновесия является константа равновесия (К), представляющая собой отношение констант скорости прямой и обратной реакций. По величине константы равновесия можно судить о степени превращения исходных соединений в продукты реакции.

Для реакции aA + bB  cC + dD

k ₁ [C]^c• [D]^d

K =  =  (7.4)

k ₂ [A]^a• [B]^b

где k ₁, k ₂ – константы скорости прямой и обратной реакций соответственно; [A], [B], [C], [D] – равновесные концентрации соединений A, B, C, D; a, b, c, d – стехиометрические коэффициенты в уравнении.

При изменении внешних условий система переходит из одного состояния равновесия в другое, отвечающее новым условиям. Это связано с тем, что при внешнем воздействии на систему в разной степени изменяются скорости прямой и обратной реакций.

Влияние изменений условий на положение равновесия определяется принципом Ле-Шателье: при всяком внешнем воздействии на систему, находящуюся в состоянии химического динамического равновесия, в ней протекают процессы, приводящие к уменьшению оказанного воздействия.