Скоростта на химична реакция

Скоростта на химична реакция- промяна в количеството на едно от реагиращите вещества за единица време в единица реакционно пространство. Това е ключова концепция на химическата кинетика. Скоростта на химическата реакция винаги е положителна, следователно, ако се определя от първоначалното вещество (концентрацията на което намалява по време на реакцията), тогава получената стойност се умножава по -1.

Например за реакция:

изразът за скорост ще изглежда така:

. Скоростта на химическа реакция във всеки момент от време е пропорционална на концентрациите на реагентите, повишени до степени, равни на техните стехиометрични коефициенти.

За елементарни реакции показателят на стойността на концентрацията на всяко вещество често е равен на неговия стехиометричен коефициент; за сложни реакции това правило не се спазва. В допълнение към концентрацията, следните фактори влияят върху скоростта на химичната реакция:

• природата на реагентите,
• наличието на катализатор
• температура (правило на Вант Хоф),
• налягане,
• повърхността на реагентите.

Ако разгледаме най-простата химическа реакция A + B → C, тогава забелязваме това моменталноскоростта на химичната реакция не е постоянна.

Литература

• Кубасов А. А. Химична кинетика и катализа.
• Пригожин И., Дефей Р. Химическа термодинамика. Новосибирск: Наука, 1966. 510 с.
• Яблонски Г. С., Биков В. И., Горбан А. Н., Кинетични модели на каталитични реакции, Новосибирск: Наука (Сибирски клон), 1983.- 255 с.

Фондация Уикимедия. 2010 г.

Вижте каква е "Скоростта на химическа реакция" в други речници:

Основни понятия на химичната кинетика. За прости хомогенни реакции скоростта на химичната реакция се измерва чрез промяната в броя на моловете на реагиралото вещество (при постоянен обем на системата) или чрез промяната в концентрацията на някое от изходните вещества ... Голям енциклопедичен речник

СКОРОСТ НА ХИМИЧНАТА РЕАКЦИЯ- основното понятие на хим. кинетика, изразяваща отношението на количеството на реагиралото вещество (в молове) към продължителността на времето, през което е настъпило взаимодействието. Тъй като концентрациите на реагентите се променят по време на взаимодействието, скоростта обикновено е ... Голяма политехническа енциклопедия

скорост на химична реакция- стойност, която характеризира интензивността на химичната реакция. Скоростта на образуване на реакционен продукт е количеството на този продукт в резултат на реакция за единица време за единица обем (ако реакцията е хомогенна) или за ... ...

Основни понятия на химичната кинетика. За прости хомогенни реакции скоростта на химичната реакция се измерва чрез промяна в броя на моловете на реагиралото вещество (при постоянен обем на системата) или чрез промяна в концентрацията на някое от изходните вещества ... енциклопедичен речник

Стойност, характеризираща интензивността на химическа реакция (виж Химични реакции). Скоростта на образуване на реакционен продукт е количеството на този продукт в резултат на реакцията за единица време в единица обем (ако ... ...

Основен понятието хим. кинетика. За прости хомогенни реакции S. x. Р. измерено чрез промяна в броя на моловете реагирали във va (при постоянен обем на системата) или чрез промяна в концентрацията на който и да е от първоначалните in или реакционни продукти (ако обемът на системата ...

За сложни реакции, състоящи се от няколко. етапи (прости или елементарни реакции), механизмът е набор от етапи, в резултат на които първоначалните във ва се превръщат в продукти. Междинните продукти във вас в тези реакции могат да действат като молекули, ... ... Естествени науки. енциклопедичен речник

- (англ. nucleophilic substitution response) реакции на заместване, при които атаката се извършва от нуклеофилен реагент, носещ неподелена електронна двойка. Напускащата група в реакциите на нуклеофилно заместване се нарича нуклеофуг. Всички ... Уикипедия

Превръщането на едно вещество в друго, различно от първоначалното по химичен състав или структура. Общият брой на атомите на всеки даден елемент, както и самите химични елементи, които изграждат веществата, остават в R. x. непроменен; този R. x ... Велика съветска енциклопедия

скорост на рисуване- линейна скорост на движение на метала на изхода от матрицата, m/s. При съвременните чертожни машини скоростта на изтегляне достига 50-80 m/s. Въпреки това, дори по време на изтегляне на тел, скоростта като правило не надвишава 30–40 m/s. В…… Енциклопедичен речник по металургия

Скоростта на химическа реакция се разбира като промяна в концентрацията на едно от реагиращите вещества за единица време при постоянен обем на системата.

Обикновено концентрацията се изразява в mol/L, а времето в секунди или минути. Ако например първоначалната концентрация на един от реагентите е била 1 mol / l и след 4 s от началото на реакцията е станала 0,6 mol / l, тогава средната скорост на реакцията ще бъде равна на (1-0,6) / 4 \u003d 0, 1 mol/(l*s).

Средната скорост на реакцията се изчислява по формулата:

Скоростта на химичната реакция зависи от:

Естеството на реагентите.

Веществата с полярна връзка в разтворите взаимодействат по-бързо, това се дължи на факта, че такива вещества в разтвори образуват йони, които лесно взаимодействат помежду си.

Веществата с неполярни и нискополярни ковалентни връзки реагират с различна скорост, това зависи от тяхната химическа активност.

H 2 + F 2 = 2HF (върви много бързо с експлозия при стайна температура)

H 2 + Br 2 \u003d 2HBr (върви бавно, дори при нагряване)

Стойности на повърхностния контакт на реагентите (за хетерогенни)

Концентрации на реагентите

Скоростта на реакцията е право пропорционална на произведението на концентрациите на реагентите, повишени на степен на техните стехиометрични коефициенти.

Температури

Зависимостта на скоростта на реакцията от температурата се определя от правилото на Ван Хоф:

с повишаване на температурата за всеки 10 0 скоростта на повечето реакции се увеличава 2-4 пъти.

Наличието на катализатор

Катализаторите са вещества, които променят скоростта на химичните реакции.

Промяната в скоростта на реакцията в присъствието на катализатор се нарича катализа.

налягане

С увеличаване на налягането скоростта на реакцията се увеличава (за хомогенна)

Въпрос номер 26. Закон за масовите действия. Постоянна скорост. Активираща енергия.

Закон за масовите действия.

скоростта, с която веществата реагират едно с друго, зависи от тяхната концентрация

Постоянна скорост.

коефициент на пропорционалност в кинетичното уравнение на химична реакция, изразяващ зависимостта на скоростта на реакцията от концентрацията

Скоростната константа зависи от природата на реагентите и от температурата, но не зависи от техните концентрации.

Активираща енергия.

енергията, която трябва да се предаде на молекулите (частиците) на реагиращите вещества, за да ги превърнат в активни

Енергията на активиране зависи от естеството на реагентите и промените в присъствието на катализатор.

Увеличаването на концентрацията увеличава общия брой молекули и съответно активните частици.

Въпрос номер 27. Обратими и необратими реакции. Химично равновесие, равновесна константа. Принцип на Льо Шателие.

Реакциите, които протичат само в една посока и завършват с пълно превръщане на изходните вещества в крайни, се наричат ​​необратими.

Обратимите реакции са тези, които протичат едновременно в две взаимно противоположни посоки.

В уравненията на обратимите реакции между лявата и дясната страна са поставени две стрелки, сочещи в противоположни посоки. Пример за такава реакция е синтезът на амоняк от водород и азот:

3H 2 + N 2 \u003d 2NH 3

Необратими са такива реакции, по време на които:

Получените продукти се утаяват или се отделят като газ, например:

BaCl 2 + H 2 SO 4 \u003d BaSO 4 + 2HCl

Na 2 CO 3 + 2HCl \u003d 2NaCl + CO 2 + H 2 O

Образуване на вода:

HCl + NaOH = H 2 O + NaCl

Обратимите реакции не достигат до края и завършват с установяването химично равновесие.

Химичното равновесие е състояние на система от реагиращи вещества, при което скоростите на правата и обратната реакция са еднакви.

Състоянието на химичното равновесие се влияе от концентрацията на реагиращите вещества, температурата, а за газовете - налягането. Когато един от тези параметри се промени, химичното равновесие се нарушава.

Константа на равновесие.

Най-важният параметър, характеризиращ една обратима химична реакция, е равновесната константа K. Ако запишем за разглежданата обратима реакция A + D C + D условието за равенство на скоростите на правата и обратната реакция в равновесно състояние - k1[A] равно[B]равно = k2[C]равно[ D] е равно, откъдето [C] е равно на [D] е равно / [A] е равно на [B] е равно на = k1/k2 = K, тогава стойността на K се нарича равновесие константа на химическа реакция.

И така, при равновесие, съотношението на концентрацията на реакционните продукти към продукта на концентрацията на реагентите е постоянно, ако температурата е постоянна (константите на скоростта k1 и k2 и, следователно, равновесната константа K зависят от температурата, но не зависят от концентрацията на реагентите). Ако в реакцията участват няколко молекули от изходните вещества и се образуват няколко молекули от продукта (или продуктите), концентрациите на веществата в израза за равновесната константа се повишават до степените, съответстващи на техните стехиометрични коефициенти. Така че за реакцията 3H2 + N2 2NH3, изразът за равновесната константа е написан като K = 2 равно / 3 равно. Описаният метод за извличане на равновесната константа, базиран на скоростта на правата и обратната реакция, не може да се използва в общия случай, тъй като при сложни реакции зависимостта на скоростта от концентрацията обикновено не се изразява с просто уравнение или не е известна изобщо. Въпреки това в термодинамиката е доказано, че крайната формула за равновесната константа се оказва правилна.

За газообразни съединения, вместо концентрации, може да се използва налягане при записване на равновесната константа; Очевидно числената стойност на константата може да се промени в този случай, ако броят на газообразните молекули от дясната и лявата страна на уравнението не е еднакъв.

Принцип на Льо Шателие.

Ако някакво външно въздействие се произведе върху система в равновесие, тогава равновесието се измества в посоката на реакцията, която противодейства на това влияние.

Химическият баланс се влияе от:

Промяна на температурата. С повишаване на температурата равновесието се измества към ендотермична реакция. С понижаването на температурата равновесието се измества към екзотермична реакция.

Промяна в налягането. С увеличаване на налягането равновесието се измества в посока на намаляване на броя на молекулите. С намаляването на налягането равновесието се измества в посока на увеличаване на броя на молекулите.

Скоростта на химична реакция

Темата "Скоростта на химичната реакция" е може би най-сложната и противоречива в училищната програма. Това се дължи на сложността на самата химична кинетика, един от клоновете на физическата химия. Самото определение на понятието "скорост на химична реакция" вече е двусмислено (вижте например статията на L.S. Guzey във вестник "Химия", 2001 г., № 28,
с. 12). Още повече проблеми възникват, когато се опитвате да приложите закона за масовото действие за скоростта на реакцията към всякакви химични системи, тъй като кръгът от обекти, за които е възможно количествено описание на кинетичните процеси в рамките на училищната програма, е много тесен. Бих искал да подчертая неправилността на използването на закона за масовото действие за скоростта на химична реакция при химично равновесие.
В същото време би било погрешно изобщо да откажем да разглеждаме тази тема в училище. Идеите за скоростта на химическата реакция са много важни при изучаването на много природни и технологични процеси; без тях е невъзможно да се говори за катализа и катализатори, включително ензими. Въпреки че при обсъждането на трансформациите на веществата се използват предимно качествени идеи за скоростта на химичната реакция, въвеждането на най-простите количествени съотношения все още е желателно, особено за елементарни реакции.
Публикуваната статия разглежда достатъчно подробно въпросите на химическата кинетика, които могат да се обсъждат в уроците по химия в училище. Изключването от училищния курс по химия на спорни и противоречиви аспекти на тази тема е особено важно за онези ученици, които ще продължат своето образование по химия в университета. В крайна сметка знанията, придобити в училище, често са в конфликт с научната реалност.

Химичните реакции могат да варират значително във времето. Смес от водород и кислород при стайна температура може да остане практически непроменена за дълго време, но при удар или запалване ще настъпи експлозия. Желязната плоча бавно ръждясва и парче бял фосфор се запалва спонтанно във въздуха. Важно е да знаете колко бързо протича определена реакция, за да можете да контролирате нейния ход.

Основни понятия

Количествена характеристика на това колко бързо протича дадена реакция е скоростта на химическата реакция, т.е. скоростта на потребление на реагенти или скоростта на появата на продуктите. В този случай няма значение кое от веществата, участващи в реакцията, става въпрос, тъй като всички те са свързани помежду си чрез уравнението на реакцията. По промяна на количеството на едно от веществата може да се съди за съответните промени в количествата на всички останали.

Скоростта на химична реакция () наречена промяна в количеството вещество на реагента или продукта () за единица време () за единица обем (V):

= /(V ).

Скоростта на реакцията в този случай обикновено се изразява в mol/(l s).

Горният израз се отнася до хомогенни химични реакции, протичащи в хомогенна среда, например между газове или в разтвор:

2SO 2 + O 2 \u003d 2SO 3,

BaCl 2 + H 2 SO 4 \u003d BaSO 4 + 2HCl.

Върху контактните повърхности на твърдо тяло и газ, твърдо тяло и течност и т.н. протичат хетерогенни химични реакции. Хетерогенните реакции включват например реакции на метали с киселини:

Fe + 2HCl \u003d FeCl 2 + H 2.

В такъв случай скоростта на реакцията е промяната в количеството на реагент или продукт () за единица време() на единица площ (S):

= /(С ).

Скоростта на хетерогенна реакция се изразява в mol/(m 2 s).

За да контролирате химичните реакции, е важно не само да можете да определите тяхната скорост, но и да разберете какви условия им влияят. Разделът от химията, който изучава скоростта на химичните реакции и влиянието на различни фактори върху нея, се нарича химична кинетика.

Честота на сблъсък на реагиращи частици

Най-важният фактор, който определя скоростта на химичната реакция е концентрация.

С увеличаването на концентрацията на реагентите скоростта на реакцията обикновено се увеличава. За да влязат в реакция, две химически частици трябва да се доближат една до друга, така че скоростта на реакцията зависи от броя на сблъсъците между тях. Увеличаването на броя на частиците в даден обем води до по-чести сблъсъци и до увеличаване на скоростта на реакцията.

За хомогенни реакции увеличаването на концентрацията на един или повече реагенти ще увеличи скоростта на реакцията. При намаляване на концентрацията се наблюдава обратен ефект. Концентрацията на вещества в разтвор може да се промени чрез добавяне или премахване на реагенти или разтворител от реакционната сфера. В газовете концентрацията на едно от веществата може да се увеличи чрез въвеждане на допълнително количество от това вещество в реакционната смес. Концентрациите на всички газообразни вещества могат да бъдат увеличени едновременно чрез намаляване на обема, зает от сместа. В този случай скоростта на реакцията ще се увеличи. Увеличаването на обема има обратен ефект.

Скоростта на хетерогенните реакции зависи от повърхността на контакт на веществата, т.е. върху степента на смилане на веществата, пълнотата на смесване на реагентите, както и върху състоянието на кристалните структури на твърдите вещества. Всякакви нарушения в кристалната структура причиняват повишаване на реактивността на твърдите вещества, тъй като необходима е допълнителна енергия за разрушаване на силна кристална структура.

Помислете за изгарянето на дърва. Цял дънер гори относително бавно на въздух. Ако увеличите повърхността на контакт на дървото с въздуха, разделяйки трупа на чипове, скоростта на горене ще се увеличи. В същото време дървото гори много по-бързо в чист кислород, отколкото във въздуха, който съдържа само около 20% кислород.

За да възникне химическа реакция, трябва да се сблъскат частици – атоми, молекули или йони. В резултат на сблъсъци атомите се пренареждат и възникват нови химични връзки, което води до образуването на нови вещества. Вероятността за сблъсък на две частици е доста висока, вероятността за едновременен сблъсък на три частици е много по-малка. Едновременният сблъсък на четири частици е изключително малко вероятен. Следователно повечето реакции протичат на няколко етапа, на всеки от които взаимодействат не повече от три частици.

Окислителната реакция на бромоводорода протича със забележима скорост при 400–600 °C:

4HBr + O 2 \u003d 2H 2 O + 2Br 2.

Според уравнението на реакцията пет молекули трябва да се сблъскат едновременно. Вероятността от такова събитие обаче е практически нулева. Нещо повече, експериментални изследвания показват, че увеличаването на концентрацията - на кислород или бромоводород - увеличава скоростта на реакцията със същия брой пъти. И това въпреки факта, че четири молекули бромоводород се изразходват за всяка молекула кислород.

Подробното разглеждане на този процес показва, че той протича на няколко етапа:

1) HBr + O 2 = HOOVr (бавна реакция);

2) HOOVr + HBr = 2NOVr (бърза реакция);

3) NOVr + HBr = H 2 O + Br 2 (бърза реакция).

Тези реакции, т.нар елементарни реакции, отразяват механизъм на реакцияокисление на бромоводород с кислород. Важно е да се отбележи, че във всяка от междинните реакции участват само две молекули. Добавянето на първите две уравнения и два пъти на третото дава общото уравнение на реакцията. Общата скорост на реакцията се определя от най-бавната междинна реакция, при която взаимодействат една молекула бромоводород и една молекула кислород.

Скоростта на елементарните реакции е правопропорционална на произведението на моларните концентрации с (се количеството вещество на единица обем, с = /V) реагенти, взети в степени, равни на техните стехиометрични коефициенти ( закон за масовото действиеза скоростта на химическа реакция). Това важи само за уравненията на реакциите, които отразяват механизмите на реални химични процеси, когато стехиометричните коефициенти пред формулите на реагентите съответстват на броя на взаимодействащите частици.

Според броя на молекулите, които взаимодействат в реакцията, реакциите се разграничават като мономолекулни, бимолекулни и тримолекулни. Например, дисоциацията на молекулярния йод на атоми: I 2 \u003d 2I - мономолекулна реакция.

Взаимодействието на йод с водород: I 2 + H 2 \u003d 2HI - бимолекулярна реакция. Законът за масовото действие за химични реакции с различна молекулярност е написан по различни начини.

Мономолекулни реакции:

A = B + C,

= kcа ,

където ке константата на скоростта на реакцията.

Бимолекулярни реакции:

= kcА ° С AT.

Тримолекулни реакции:

= kc 2А ° С AT.

Активираща енергия

Сблъсъкът на химически частици води до химично взаимодействие само ако сблъскващите се частици имат енергия, надвишаваща определена стойност. Помислете за взаимодействието на газообразни вещества, състоящи се от молекули A 2 и B 2:

A 2 + B 2 \u003d 2AB.

В хода на химичната реакция се извършва пренареждане на атомите, придружено от разкъсване на химичните връзки в изходните вещества и образуване на връзки в продуктите на реакцията. При сблъсък на реагиращите молекули се получава т.нар активиран комплекс, при което електронната плътност се преразпределя и едва тогава се получава крайният реакционен продукт:

Енергията, необходима за преминаването на веществата в състояние на активиран комплекс, се нарича активираща енергия.

Активността на химикалите се проявява в ниската енергия на активиране на реакциите, в които участват. Колкото по-ниска е енергията на активиране, толкова по-висока е скоростта на реакцията. Например при реакции между катиони и аниони енергията на активиране е много ниска, така че такива реакции протичат почти мигновено. Ако енергията на активиране е висока, тогава много малка част от сблъсъците водят до образуването на нови вещества. По този начин скоростта на реакцията между водород и кислород при стайна температура е практически нула.

Така че скоростта на реакцията се влияе от природата на реагентите. Помислете например за реакциите на метали с киселини. Ако поставим еднакви парчета мед, цинк, магнезий и желязо в епруветки с разредена сярна киселина, можем да видим, че интензивността на отделяне на мехурчета водороден газ, която характеризира скоростта на реакцията, се различава значително за тези метали. В епруветка с магнезий се наблюдава бързо отделяне на водород, в епруветка с цинк газовите мехурчета се отделят малко по-спокойно. Реакцията протича още по-бавно в епруветка с желязо (фиг.). Медта изобщо не реагира с разредена сярна киселина. По този начин скоростта на реакцията зависи от активността на метала.

Когато сярната киселина (силна киселина) се замени с оцетна киселина (слаба киселина), скоростта на реакцията във всички случаи се забавя значително. Може да се заключи, че естеството на двата реагента, както на метала, така и на киселината, влияе върху скоростта на реакцията на метал с киселина.

Повишете температураводи до увеличаване на кинетичната енергия на химическите частици, т.е. увеличава броя на частиците с енергия, по-висока от енергията на активиране. С повишаването на температурата броят на сблъсъците на частиците също се увеличава, което до известна степен увеличава скоростта на реакцията. Въпреки това, увеличаването на ефективността на сблъсъците чрез увеличаване на кинетичната енергия има по-голям ефект върху скоростта на реакцията, отколкото увеличаването на броя на сблъсъците.

Когато температурата се повиши с десет градуса, скоростта се увеличава с фактор, равен на температурния коефициент на скорост:

= T+10 /T .

При повишаване на температурата от Tпреди T"
съотношение скорост на реакция T" и Tсе равнява
температурен коефициент на скорост в мощността ( T" – T)/10:

T" /T = (T"–T)/10.

За много хомогенни реакции температурният коефициент на скоростта е 24 (правило на Ван'т Хоф). Зависимостта на скоростта на реакцията от температурата може да се проследи чрез примера на взаимодействието на меден (II) оксид с разредена сярна киселина. При стайна температура реакцията протича много бавно. При нагряване реакционната смес бързо става синя поради образуването на меден (II) сулфат:

CuO + H 2 SO 4 \u003d CuSO 4 + H 2 O.

Катализатори и инхибитори

Много реакции могат да бъдат ускорени или забавени чрез въвеждането на определени вещества. Добавените вещества не участват в реакцията и не се изразходват по време на нейното протичане, но оказват значително влияние върху скоростта на реакцията. Тези вещества променят механизма на реакцията (включително състава на активирания комплекс) и намаляват енергията на активиране, което осигурява ускоряване на химичните реакции. Веществата, които ускоряват реакциите, се наричат катализатори, и самият феномен на такова ускоряване на реакцията - катализа.

Много реакции протичат много бавно или изобщо не протичат при липса на катализатори. Една от тези реакции е разлагането на водороден пероксид:

2H 2 O 2 \u003d 2H 2 O + O 2.

Ако спуснете парче твърд манганов диоксид в съд с воден разтвор на водороден прекис, тогава ще започне бързо освобождаване на кислород. След отстраняване на мангановия диоксид реакцията практически спира. Чрез претегляне е лесно да се провери, че мангановият диоксид не се изразходва в този процес - той само катализира реакцията.

В зависимост от това дали катализаторът и реагентите са в еднакви или различни агрегатни състояния се разграничават хомогенна и хетерогенна катализа.

При хомогенна катализа катализаторът може да ускори реакцията чрез образуване на междинни съединения чрез взаимодействие с един от изходните реагенти. Например:

При хетерогенната катализа химическата реакция обикновено протича на повърхността на катализатора:

Катализаторите са широко разпространени в природата. Почти всички трансформации на вещества в живите организми протичат с участието на органични катализатори - ензими.

Катализаторите се използват в химическото производство за ускоряване на определени процеси. В допълнение към тях се използват и вещества, които забавят химичните реакции, - инхибитори. С помощта на инхибитори, по-специално, те предпазват металите от корозия.

Фактори, влияещи върху скоростта на химичната реакция

Увеличете скоростта	Намалете скоростта
Наличието на химически активни реагенти	Наличието на химически неактивни реагенти
Увеличаване на концентрацията на реагентите	Намаляване на концентрацията на реагентите
Увеличаване на повърхността на твърди и течни реагенти	Намаляване на повърхността на твърди и течни реагенти
Покачване на температурата	Температурен спад
Наличието на катализатор	Наличието на инхибитор

ЗАДАЧИ

1. Определете скоростта на химичната реакция. Напишете израза за кинетичния закон за действието на масите за следните реакции:

а) 2C (tv.) + O 2 (g.) \u003d 2CO (g.);

б) 2НI (ж.) \u003d Н 2 (ж.) + I 2 (ж.).

2. Какво определя скоростта на химичната реакция? Дайте математически израз за зависимостта на скоростта на химичната реакция от температурата.

3. Посочете как влияе на скоростта на реакцията (при постоянен обем):

а) увеличаване на концентрацията на реагентите;

б) смилане на твърд реагент;
в) понижаване на температурата;
г) въвеждане на катализатор;
д) намаляване на концентрацията на реагентите;
д) повишаване на температурата;
g) въвеждане на инхибитор;
з) намаляване на концентрацията на продуктите.

4. Изчислете скоростта на химична реакция

CO (g) + H 2 O (g) \u003d CO 2 (g) + H 2 (g)

в съд с вместимост 1 литър, ако след 1 min 30 s след началото количеството на водородното вещество е 0,32 mol, а след 2 min 10 s стане 0,44 mol. Как увеличаването на концентрацията на CO ще повлияе на скоростта на реакцията?

5. В резултат на една реакция за определен период от време се образуват 6,4 g йодоводород, а при друга реакция при същите условия - 6,4 g серен диоксид. Сравнете скоростите на тези реакции. Как ще се променят скоростите на тези реакции с повишаване на температурата?

6. Определете скоростта на реакцията

CO (g.) + Cl 2 (g.) \u003d COCl 2 (g.),

ако 20 s след началото на реакцията първоначалното количество въглероден оксид (II) намалява от 6 mol 3 пъти (обемът на реактора е 100 l). Как ще се промени скоростта на реакцията, ако се използва по-малко активен бром вместо хлор? Как ще се промени скоростта на реакция с въвеждането
а) катализатор б) инхибитор?

7. В който случай е реакцията

CaO (tv.) + CO 2 (g.) \u003d CaCO 3 (tv.)

работи по-бързо: когато използвате големи парчета или калциев оксид на прах? Изчисли:
а) количеството на веществото; б) масата на калциевия карбонат, образуван за 10 s, ако скоростта на реакцията е 0,1 mol/(l s), обемът на реактора е 1 литър.

8. Взаимодействието на проба от магнезий със солна киселина HCl ви позволява да получите 0,02 mol магнезиев хлорид 30 s след началото на реакцията. Определете колко време е необходимо, за да получите 0,06 mol магнезиев хлорид.

E) от 70 до 40 °C скоростта на реакцията намалява 8 пъти;
g) от 60 до 40 °C скоростта на реакцията намалява с 6,25 пъти;
з) от 40 до 10 °С, скоростта на реакцията намалява 27 пъти.

11. Собственикът на колата я боядиса с нова боя и след това установи, че според инструкциите тя трябва да съхне 3 часа при 105 ° C. Колко време ще изсъхне боята при 25 °C, ако температурният коефициент на полимеризационната реакция, която е в основата на този процес, е: а) 2; б) 3; на 4?

ОТГОВОРИ НА ЗАДАЧИ

1. а) = kc(О 2); б) = kc(HI) 2 .

2. T+10 = T .

3. Скоростта на реакцията се увеличава в случаите a, b, d, f; намалява - c, e, g; не се променя -

4. 0,003 mol/(l s). С увеличаване на концентрацията на CO скоростта на реакцията се увеличава.

5. Скоростта на първата реакция е 2 пъти по-ниска.

6. 0,002 mol/(l s).

7. а) 1 mol; б) 100 гр.

9. Скоростите на реакциите e, g, h ще се увеличат 2 пъти; 4 пъти - а, б, д; 8 пъти - в, гр.

10. Температурен коефициент:

2 за реакции b, f; = 2,5 – c, g; = 3 – e, h; = 3,5 – a, d.

а) 768 часа (32 дни, т.е. повече от 1 месец);
б) 19 683 часа (820 дни, т.е. повече от 2 години);
в) 196 608 часа (8192 дни, т.е. 22 години).

Основни изучавани понятия:

Скоростта на химичните реакции

Моларна концентрация

Кинетика

Хомогенни и хетерогенни реакции

Фактори, влияещи върху скоростта на химичните реакции

катализатор, инхибитор

Катализа

Обратими и необратими реакции

Химично равновесие

Химичните реакции са реакции, при които от едно вещество се получават други вещества (от първоначалните вещества се образуват нови вещества). Някои химични реакции протичат за части от секундата (експлозия), докато други отнемат минути, дни, години, десетилетия и т.н.

Например: реакцията на изгаряне на барута възниква моментално със запалване и експлозия, а реакцията на потъмняване на среброто или ръждясване на желязото (корозия) протича толкова бавно, че е възможно да се проследи резултатът от нея едва след дълго време.

За характеризиране на скоростта на химическата реакция се използва понятието скорост на химическа реакция - υ.

Скоростта на химична реакцияе промяната в концентрацията на един от реагентите на реакцията за единица време.

Формулата за изчисляване на скоростта на химична реакция е:

υ =	от 2 до 1	=	∆ s
t2 – t1	∆t

c 1 - моларна концентрация на веществото в началния момент t 1

c 2 - моларна концентрация на веществото в началния момент t 2

тъй като скоростта на химичната реакция се характеризира с промяна в моларната концентрация на реагиращите вещества (изходни вещества), тогава t 2> t 1 и c 2> c 1 (концентрацията на изходните вещества намалява с протичането на реакцията ).

Моларна концентрация (и)е количеството вещество на единица обем. Единицата за измерване на моларната концентрация е [mol/l].

Разделът от химията, който изучава скоростта на химичните реакции, се нарича химична кинетика. Познавайки неговите закони, човек може да контролира химичните процеси, да им задава определена скорост.

При изчисляване на скоростта на химическа реакция трябва да се помни, че реакциите са разделени на хомогенни и хетерогенни.

Хомогенни реакции- реакции, които протичат в една и съща среда (т.е. реагентите са в едно и също състояние на агрегиране; например: газ + газ, течност + течност).

хетерогенни реакции- това са реакции, протичащи между вещества в нехомогенна среда (има фазова граница, т.е. реагиращите вещества са в различно агрегатно състояние; например: газ + течност, течност + твърдо вещество).

Горната формула за изчисляване на скоростта на химична реакция е валидна само за хомогенни реакции. Ако реакцията е хетерогенна, тогава тя може да се осъществи само на границата между реагентите.

За хетерогенна реакция скоростта се изчислява по формулата:

∆ν - промяна в количеството на веществото

S е областта на интерфейса

∆ t е интервалът от време, през който протича реакцията

Скоростта на химичните реакции зависи от различни фактори: естеството на реагентите, концентрацията на веществата, температурата, катализаторите или инхибиторите.

Зависимост на скоростта на реакцията от природата на реагентите.

Нека анализираме тази зависимост на скоростта на реакцията например: нека поставим в две епруветки, които съдържат еднакво количество разтвор на солна киселина (HCl), метални гранули с еднаква площ: в първата епруветка гранула желязо (Fe), а във втората - магнезий (Mg) гранула. В резултат на наблюдения, според скоростта на отделяне на водород (H 2), може да се види, че магнезият реагира със солна киселина с по-висока скорост от желязото. Скоростта на дадена химическа реакция се влияе от естеството на метала (т.е. магнезият е по-реактивен метал от желязото и следователно реагира по-енергично с киселина).

Зависимост на скоростта на химичните реакции от концентрацията на реагентите.

Колкото по-висока е концентрацията на реагиращото (първоначалното) вещество, толкова по-бързо протича реакцията. Обратно, колкото по-ниска е концентрацията на реагента, толкова по-бавна е реакцията.

Например: ще налеем концентриран разтвор на солна киселина (HCl) в една епруветка, а разреден разтвор на солна киселина в друга. Поставяме в двете епруветки гранула цинк (Zn). Наблюдаваме по скоростта на отделяне на водород, че реакцията ще протече по-бързо в първата епруветка, т.к. концентрацията на солна киселина в него е по-голяма, отколкото във втората епруветка.

За да се определи зависимостта на скоростта на химичната реакция, закон за действие на (действащи) маси : скоростта на химичната реакция е право пропорционална на произведението от концентрациите на реагентите, взети в степени, които са равни на техните коефициенти.

Например за реакция, протичаща по схемата: nA + mB → D , скоростта на химичната реакция се определя по формулата:

υ гл.р. = k C (A) n C (B) m, където

υ x.r - скорост на химична реакция

C(A)- НО

C (V) - моларна концентрация на вещество AT

n и m - техните коефициенти

к- константа на скоростта на химичната реакция (референтна стойност).

Законът за действието на масите не важи за веществата, които са в твърдо състояние, т.к концентрацията им е постоянна (поради факта, че те реагират само на повърхността, която остава непроменена).

Например: за реакция 2 Cu + O 2 \u003d 2 CuO скоростта на реакцията се определя по формулата:

υ гл.р. \u003d k C (O 2)

ЗАДАЧА: Скоростната константа на реакцията 2A + B = D е 0,005. изчислете скоростта на реакцията при моларна концентрация на вещество А \u003d 0,6 mol / l, вещество B \u003d 0,8 mol / l.

Зависимостта на скоростта на химичната реакция от температурата.

Тази зависимост се определя правило на Вант Хоф (1884): с повишаване на температурата за всеки 10 ° C, скоростта на химичната реакция се увеличава средно 2-4 пъти.

И така, взаимодействието на водород (H 2) и кислород (O 2) почти не се случва при стайна температура, така че скоростта на тази химична реакция е толкова ниска. Но при температура около 500 ° С тази реакция протича за 50 минути, а при температура около 700 ° С - почти мигновено.

Формулата за изчисляване на скоростта на химична реакция според правилото на van't Hoff:

където: υ t 1 и υ t 2 са скоростите на химичните реакции при t 2 и t 1

γ е температурният коефициент, който показва колко пъти се увеличава скоростта на реакцията с повишаване на температурата с 10 ° C.

Промяна в скоростта на реакция:

2. Заместете данните от задачата във формулата:

Зависимостта на скоростта на реакцията от специални вещества - катализатори и инхибитори.

КатализаторВещество, което увеличава скоростта на химична реакция, но самото не участва в нея.

инхибиторВещество, което забавя химична реакция, но не участва в нея.

Пример: в епруветка с разтвор на 3% водороден прекис (H 2 O 2), който се нагрява, нека добавим тлееща треска - тя няма да светне, т.к. скоростта на реакцията на разлагане на водороден пероксид във вода (H 2 O) и кислород (O 2) е много ниска и полученият кислород не е достатъчен за извършване на качествена реакция към кислород (поддържане на горене). Сега нека добавим малко черен прах от манганов (IV) оксид (MnO 2) в епруветката и ще видим, че е започнало бързо отделяне на мехурчета газ (кислород) и тлеещата факла, въведена в епруветката, пламва ярко. MnO 2 е катализатор за тази реакция, той ускорява скоростта на реакцията, но не участва в нея (това може да се докаже чрез претегляне на катализатора преди и след реакцията - масата му няма да се промени).

В живота се сблъскваме с различни химични реакции. Някои от тях, като ръждясването на желязото, могат да продължат няколко години. Други, като ферментацията на захар в алкохол, отнемат няколко седмици. Дървата за огрев в печката изгарят за няколко часа, а бензинът в двигателя изгаря за част от секундата.

За да намалят разходите за оборудване, химическите заводи увеличават скоростта на реакциите. А някои процеси, като разваляне на храни, корозия на метали, трябва да се забавят.

Скоростта на химична реакцияможе да се изрази като промяна в количеството материя (n, модул) за единица време (t) - сравнете скоростта на движещо се тяло във физиката като промяна в координатите за единица време: υ = Δx/Δt . Така че скоростта не зависи от обема на съда, в който протича реакцията, разделяме израза на обема на реагиращите вещества (v), т.е. получавамепромяна в количеството вещество за единица време на единица обем, или промяна на концентрацията на едно от веществата за единица време:

n 2 − n 1
υ = –––––––––– = –––––––– = Δс/Δt (1)
(t 2 − t 1) v Δt v

където c = n / v е концентрацията на веществото,

Δ (произнася се "делта") е общоприетото обозначение за промяна в величината.

Ако веществата имат различни коефициенти в уравнението, скоростта на реакцията за всяко от тях, изчислена по тази формула, ще бъде различна. Например 2 мола серен диоксид реагират напълно с 1 мол кислород за 10 секунди в 1 литър:

2SO 2 + O 2 \u003d 2SO 3

Скоростта на кислорода ще бъде: υ \u003d 1: (10 1) \u003d 0,1 mol / l s

Скорост на кисел газ: υ \u003d 2: (10 1) \u003d 0,2 mol / l s- това не е нужно да се учи наизуст и да се говори на изпита, дава се пример, за да не се объркате, ако възникне този въпрос.

Скоростта на хетерогенните реакции (включващи твърди вещества) често се изразява на единица площ от контактни повърхности:

Δn
υ = –––––– (2)
Δt S

Реакциите се наричат ​​хетерогенни, когато реагентите са в различни фази:

• твърдо вещество с друго твърдо вещество, течност или газ,
• две несмесващи се течности
• газ течност.

Протичат хомогенни реакции между вещества в една и съща фаза:

• между добре смесими течности,
• газове,
• вещества в разтвори.

Условия, влияещи върху скоростта на химичните реакции

1) Скоростта на реакция зависи от природата на реагентите. Просто казано, различните вещества реагират с различна скорост. Например, цинкът реагира бурно със солна киселина, докато желязото реагира доста бавно.

2) Скоростта на реакция е по-голяма, толкова по-висока концентрациявещества. При силно разредена киселина на цинка ще му трябва значително повече време, за да реагира.

3) Скоростта на реакция се увеличава значително с увеличаване температура. Например, за да изгори горивото, е необходимо да го запалите, тоест да повишите температурата. За много реакции повишаването на температурата с 10°C се придружава от увеличаване на скоростта с фактор 2-4.

4) Скорост разнородниреакциите нарастват с увеличаване повърхности на реагенти. Твърдите вещества за това обикновено се натрошават. Например, за да реагират желязото и серните прахове при нагряване, желязото трябва да бъде под формата на малки дървени стърготини.

Обърнете внимание, че формула (1) се подразбира в този случай! Формула (2) изразява скоростта на единица площ, следователно не може да зависи от площта.

5) Скоростта на реакцията зависи от наличието на катализатори или инхибитори.

КатализаториВещества, които ускоряват химичните реакции, но сами по себе си не се изразходват. Пример за това е бързото разлагане на водороден пероксид с добавяне на катализатор - манганов (IV) оксид:

2H 2 O 2 \u003d 2H 2 O + O 2

Мангановият (IV) оксид остава на дъното и може да се използва повторно.

инхибитори- вещества, които забавят реакцията. Например, за да се удължи живота на тръбите и батериите, към системата за отопление на водата се добавят инхибитори на корозията. В автомобилите към спирачната течност се добавят инхибитори на корозията.

Още няколко примера.