1. Скорость химической реакции

Скорость химической реакции определяется изменением концентрации реагирующих веществ в единицу времени.

Если реакция гетерогенная, то скорость измеряется количеством ве­щества системы, вступающего в реакцию или образующегося в результате реакции за единицу времени на единицу поверхности раздела фаз:

где = - - и количество реагирующего вещества в момент времени и ; Δt= - ; S - площадь поверхности.

Скорость гомогенных реакций измеряется количеством вещества си­стемы, вступающего в реакцию или образующегося в результате реакции за единицу времени на единицу объема:

Так как /v - молярная концентрация С, а - её изменение С, то средняя

скорость за отрезок времени равна отношению C / . Если стремит­ся к нулю, то в пределе средняя скорость становится скоростью в данный момент времени или истинной скоростью , которая равна производной от концентрации по времени:

Знак определяется направлением уменьшения концентрации вещества; плюс означает ее увеличение, а минус - уменьшение. Скорость химической реакции зависит от:

1 ) природы реагирующих веществ; 2) условий, при которых протекает ре­акция, - концентраций реагирующих веществ, температуры, давления (для газов), облучение квантами света и др., 3) присутствия катализаторов.

Зависимость скорости реакции от концентрации дается законом дей­ствующих масс: скорость химической реакции прямо пропорциональна произведению концентрации реагирующих веществ, возведенных в степени их стехиометрическим коэффициентом. Для реакции mA+nВ=АmВn скорость химической реакции выражается равенством = . где -скорость реакции, [А], [В] - молярные концентрации реагирующих веществ, m, n - стехиометрические коэффициен­ты, - константа скорости реакции, числено равная скорости реакции, ког­да произведение концентраций реагирующих веществ равно единице.

Закон действия масс применим только к гомогенным системам. В слу­чае гетерогенных систем в выражение скорости реакции войдут лишь кон­центрации газообразных или растворенных веществ. Реакции с участием твёрдых тел протекают лишь по поверхности, концентрация твердого ве­щества остается постоянной и не входит в выражение скорости реакции.

Реакция в гомогенной системе

2Н₂+О₂=2Н₂0

= [О₂]

Реакция в гетерогенной системе

+ =

=

Пример 1 Вычисление скорости реакции по концентрациям реагирующих веществ.

Реакция между веществами А и В протекает по уравнению 2А + В = С; концентрация вещества А равна 6 моль·л^-1, а вещества В - 5 моль · л^-1. Кон­станта скорости реакции равна 0,5 л² · моль^-2 · с^-1. Вычислите скорость химической реакции в начальный момент и в тот момент, когда в реакционной системе останется 45% вещества В.

Решение

Скорость химической реакции выражается уравнением

= [В].

Скорость химической реакции в начальный момент равна = 0,5 · 6² · 5 = 90,0 моль · с^-1 · л^-1. Через некоторое время в реакционной смеси останется 45% вещества В, т. е. концентрация вещества В станет 5 · 0,45 = 2,25 моль · л^-1 . Следовательно, концентрация вещества В уменьшилась на 5,0 - 2,25 = 2,75 моль · л^-1, а концентрация вещества А уменьшилась на 5,5 моль · л^-1 и стала равной 0,5 моль · л^-1 (6 - 5,5). Отсюда = 0,5 · (0,5)² · 2,25 = 0,28 моль · с^-1 · л^-1.

Пример 2

Влияние давления на скорость реакции.

Определите, как изменится скорость прямой реакции 2СО+ О₂=2СО₂, если общее давление в системе увеличить в 4 раза.

Решение

При увеличении давления в 4 раза объем системы уменьшится в 4 ра­за, а концентрация реагирующих веществ возрастет в 4 раза.

Тогда = k[СО]² · [O₂] , а = k[4СО]² - [40₂];

= =64

После увеличения давления в 4 раза скорость реакции возрастет в 64

раза.