Лабораторна робота №5. Кінетика та швидкість хімічних реакцій

Мета роботи – ознайомитися із впливом концентрації, температури і наявності каталізатора на швидкість хімічної реакції; із впливом зміни зовнішніх факторів на зрушення хімічної рівноваги.

Вимоги до знань та умінь

Студент повинен знати: що розуміти під швидкістю хімічної реакції, які фактори впливають на швидкість хімічної реакції, закон діючих мас, закон Вант – Гоффа, що таке хімічна рівновага. Принцип Ле-Шател’є

Студент повинен вміти: вірно орієнтуватися в хімічних процесах, що протікають за різною швидкістю; обґрунтувати і розрахувати швидкість протікання хімічної реакції у потрібному напрямку.

Теоретична частина

Кожна хімічна реакція протікає з певною швидкістю. Одні йдуть миттєво. З вибухом, інші йдуть на протязі хвилин, годин, а деякі – роками (руйнування гірських порід, утворення деяких солей).

Швидкість реакції вимірюють зміною концентрації реагуючих речовин в одиницю часу. Концентрацію виражають в моль/л, час – у хвилинах або секундах. Необхідно враховувати, що хімічні реакції можуть бути гомогенні, якщо вони протікають в однорідній системі, і гетерогенні, якщо реагуючи речовини знаходяться у різному агрегатному стані або просто між ними є межа розділу.

У гомогенних системах реакція протікає у всьому об’ємі і швидкість вимірюється кількістю речовини, що реагує за одиницю часу в одиниці об’єму.

В гетерогенних системах реакція йде на межі розділу фаз і залежить від величини поверхні розділу. Тому швидкість реакції вимірюється кількістю речовини, що реагує за одиницю часу на одиниці поверхні фази.

Швидкість хімічної реакції залежить від багатьох факторів: концентрації, тиску ( якщо реагуючи речовини знаходяться у стані пари або газу), температури, наявності каталізатора, від природи і стану реагуючих речовин тощо.

Залежність швидкості хімічної реакції від концентрації визначається законом діючих мас, що був сформульований норвезькими вченими Гульбергом і Вааге у 1867 році.

Швидкість хімічної реакції прямо пропорційна добутку концентрації реагуючих речовин у ступенях, що дорівнюють їх стехіометричним коефіцієнтам в рівнянні реакції.

В загальному вигляді математично цей закон для реакції

mA + nB = pC + qD

записується так:

V = K[A]^m[B]ⁿ (1),

де V – швидкість реакції,

K – коефіцієнт пропорційності (константа швидкості),

A і B – мольні концентрації вхідних речовин,

m і n – стехіометричні коефіцієнти (кількість моль реагуючих речовин).

Якщо [A] = [B] = 1 моль/л, то відповідно до рівняння (1) маємо

V = K,

тобто, константа швидкості це і є швидкість хімічної реакції, за умовою, що концентрації реагуючих речовин дорівнюють 1 моль/л. Константа швидкості реакції залежить від природи реагуючих речовин, температури, але не залежить від їх концентрації.

Зміна температури може суттєво вплинути на швидкість хімічної реакції. Голландський вчений Вант-Гофф установив закон: при підвищенні температури на кожні 10⁰ швидкість хімічних реакцій зростає в 2-4 рази (в середньому в 3 рази). Показник, що вказує, у скільки разів зростає швидкість реакції при збільшенні температури на кожні 10⁰ , називається температурним коефіцієнтом γ. Правило Вант-Гоффа математично записується рівнянням:

(2).