7

Для оформления лабораторной работы

принести лист миллиметровой бумаги

(первый лист не печатать)

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ

ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«БРАТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Естественнонаучный факультет

Кафедра «Химии»

ДИСЦИПЛИНА ХИМИЯ

Отчет по лабораторной работе

СКОРОСТЬ ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ И ХИМИЧЕСКОЕ

РАВНОВЕСИЕ

Лабораторную работу выполнил	_________ (подпись)	студент группы ______
		___________________________(ФИО )
Дата выполнения работы		_______________
Лабораторную работу принял	_________ (подпись)	Лапина С.Ф., доц. каф. Химии, к.фарм.н.
Рейтинговый бал:		подготовка ______ отчет ______ тематитическая карточка ______
		Итого ______

Братск 2012 г.

Цель работы - изучение скорости химической реакции и ее зависимости от различных факторов: концентрации, температуры, катализатора. Изучение влияния концентраций веществ на химическое равновесие и его смещение.

1. Теоретическое введение

Скорость реакции - это изменение количества реагирующего (исходного) вещества или получающихся веществ (продуктов) в единицу времени в единице реакционного пространства. В гомогенных реакциях таким пространством является объем реакционного сосуда, в гетерогенных – поверхность раздела, на которой протекает реакция.

Система называется гомогенной (однофазной), если взаимодействующие вещества и продукты реакции находятся в одинаковом агрегатном состоянии, то такая реакционная. Например:

2NO _(газ) + О_{2 (газ)} = 2NO_2(газ)

Реакционная система, состоящая из двух и более фаз, называется гетерогенной и в ней всегда есть поверхность раздела. Например:

Zn _(тв.) + HCl _(ж) ⇄ ZnCl_{2 (ж)} + Н_{2 (газ)}

Средняя скорость гомогенной реакции за промежуток времени :

(моль/л_*с)

Скорость химических реакций зависит от следующих факторов: природы реагирующих веществ; их концентрации; температуры; присутствия катализаторов.

Влияние природы реагирующих веществ на скорость выражается величиной энергии активации .

Зависимость скорости реакции от концентрации определяется законом действия масс (з.д.м.): при постоянной температуре скорость химической реакции пропорциональна произведению концентрации реагирующих веществ, возведенных в степени равным их стехиометрическим коэффициентам.

Для гомогенной системы mA + nB ⇄ pC + gD кинетическое уравнение имеет вид:

где - константа скорости, (коэффициент пропорциональности), зависящая от природы реагирующих веществ и температуры;[A],[B] – концентрация веществ, А и В.

В случае гетерогенных реакций концентрации твердых фаз остаются неизменными (реакции протекают на поверхности раздела), эти постоянные концентрации объединяют с константой скорости и получают новую постоянную. Таким образом, в математическое выражение з.д.м. концентрация твердой фазы не входит.

Например, для реакции горения угля С_(тв) + О_2(г) = СО_{2 (г)} скорость реакции пропорциональна только концентрации кислорода:

Влияние температуры на скорость реакции устанавливают либо точно, по уравнению Аррениуса, либо приближенно по правилу Вант-Гоффа: повышение температуры на каждые 10^оС увеличивает скорость реакции примерно в 2-4 раза . Математически эта зависимость выражается уравнением:

,

где Δt = t_кон ‑ t_нач- разность конечной и начальной температур; γ - температурный коэффициент скорости реакции, , показывающий, во сколько раз увеличивается константа скорости при увеличении температуры на 10^оС, т.е.

,

где k_t, k_t+10^о – константы скорости при температурах t и t+10^о.; v_нач., v_кон - скорости реакции при начальной и конечной температурах.

Скорость химической реакции изменяется в присутствии катализатора. Катализаторы – это вещества, влияющие на скорость химической реакции, но остающиеся после реакции в химически неизменном виде и первоначальном количестве. Катализаторы, ускоряющие реакцию, называются положительными, замедляющими ее – отрицательными. Явление, вызывающее изменение скорости химической реакции в присутствии катализаторов, называется катализом.

Все химические реакции можно разделить на необратимые, которые протекают в одном направлении и до конца (с выпадением осадка, выделением газа, образованием малодиссоциирующих веществ), и на обратимые, которые идут в двух противоположных направлениях и не доходят до конца. Таких процессов большинство, и любой из них идет до состояния, когда скорость прямой реакции становится равна скорости обратной реакции, т.е. до так называемого состояния химического равновесия.

Количественной характеристикой химического равновесия является константа равновесия К, равная отношению произведения равновесных концентраций продуктов реакции к произведению равновесных концентраций исходных веществ с учетом стехиометрических коэффициентов.

Для процесса: mA + nB ⇄ pC + gD

где [A]; [B]; [C]; [D] – равновесные концентрации веществ А; В; С; D;

m, n, p, g – стехиометрические коэффициенты.

Константа равновесия является математическим выражением закона действия масс в приложении к химическому равновесию. Поэтому для гетерогенных систем в выражение константы равновесия не входят концентрации твердых фаз.

Химическое равновесие подвижно, что позволяет внешним воздействием на равновесную систему изменять ее состояние, т.е. смещать равновесие либо в сторону прямой, либо в сторону обратной реакции. Правило, позволяющее предвидеть направление смещения равновесия, называется принципом Ле-Шателье: если на систему, находящуюся в равновесии, оказать какое-либо воздействие (изменить концентрацию, давление, температуру), то равновесие смещается в направлении той реакции, которая противодействует произведенному изменению.

Так, при повышении температуры равновесие смещается в сторону реакции, идущей с поглощением теплоты, т.е. в сторону эндотермической реакции. Повышение давления смещает равновесие в сторону реакции, приводящей к образованию меньшего числа газообразных молекул, при уменьшении давления – наоборот, и не оказывает влияние (не вызывает смещения равновесия) при одинаковом числе молей газообразных веществ слева и справа (реакции идут без изменения объема).

Уменьшение концентрации одного из веществ вызовет смещение равновесия в сторону образования этого вещества.

В соответствии со сказанным для гомогенной равновесной системы:

N₂O_4(газ) ⇄ 2NO_2(газ), Н = +23,2 кДж/моль

Смещению равновесия вправо способствует: а) увеличение концентрации N₂O₄; б) уменьшение концентрации NO₂; в) повышение температуры; г) понижение давления.