Студопедия  
Главная страница | Контакты | Случайная страница

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатика
ИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханика
ОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторика
СоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансы
ХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника

Швидкість хімічної реакції

Читайте также:
  1. А) середня швидкість руху
  2. Б) миттєва швидкість руху
  3. Змістовий модуль 7. Імунна система організму. Реакції неспецифічного захисту від інфекційних агентів.
  4. Змістовий модуль 8-9. Антигени. Антитіла. Реакції імунітету. Імунопатологія
  5. На швидкість гомогенних хімічних реакцій впливають: природа реагуючих речовин, концентрація реагентів, температура, тиск, природа розчинника, наявність каталізатора.
  6. Оцінка хімічної обстановки при аваріях на хімічно – небезпечних об’єктах.
  7. Посилення соціального і національного гніту на Україні в умовах миколаївської реакції.
  8. Реакції етерифікації та еcтерифікації. Етери та естери, їх властивості та номенклатура.
  9. Революція 1905-1907 рр. На Україні. Наступ реакції в 1907-1914 рр. Посилення національного гноблення в Украхні напередодні Першої світової війни.
  10. Ресинтез АТФ в креатинфосфокіназній реакції

Реакції протікають з різною швидкістю.

За яким критерієм можна судити про швидкість протікання хімічної реакції? Таким критерієм може бути зміна вмісту реагентів і продуктів реакції. Концентрація вихідних речовин із часом зменшується, а продуктів реакції — збільшується. Для кількісної характеристики хімічних реакцій використовують поняття «швидкість хімічної реакції», що визначається зміною концентрації одного з реагентів за одиницю часу:

де C і C2 — молярні концентрації речовин у моменти часу t1 і t2 відповідно (знак (+) — якщо швидкість визначається за продуктами реакції, знак (-) — за вихідними речовинами). Реакції протікають у разі зіткнення молекул реагентів. Швидкість реакції визначається кількістю зіткнень та ймовірністю того, що вони приведуть до хімічного перетворення. число зіткнень визначається концентраціями реагентів, а ймовірність реакції — енергією молекул, що зіштовхуються.

Розглянемо фактори, що впливають на швидкість хімічних реакцій.

1. Природа реагентів. Чималу роль відіграє характер хімічних зв’язків і будова молекул реагентів. Реакції протікають у напрямі руйнування менш міцних зв’язків і утворення речовин з більш міцними зв’язками. Так, для розриву зв’язків у молекулах Н2 і N2 потрібні високі енергії; такі молекули мало реакційно-здатні. Для розриву зв’язків у дуже полярних молекулах (HCl, H2О) потрібно менше енергії, і швидкість реакції значно вища. Реакції між іонами в розчинах електролітів протікають практично миттєво.

Наприклад, флуор з воднем реагує з вибухом за кімнатної температури, бром із воднем взаємодіє повільно й у процесі нагрівання.

Кальцій оксид вступає в реакцію з водою енергійно, з виділенням тепла; оксид Купруму — не реагує.

Демонстрація 5. У три пробірки з розчином хлоридної кислоти зануримо по шматочку цинку, магнію й заліза. Чому швидкість виділення бульбашок водню в пробірках різна? (Для пояснення звертаємося до ряду активності металів.)

2. Концентрація. Зі збільшенням концентрації (кількості частинок в одиниці об’єму) зіткнення молекул реагентів відбуваються частіше — швидкість реакції зростає.

Демонстрація 5. У три пробірки наливаємо розчин хлоридної кислоти, розведеної у співвідношеннях 1:2, 1:5 і 1:10. У кожну додаємо гранулу цинку. У розчині з більшою чи з меншою концентрацією швидкість реакції вища?

(Цю закономірність у 1867 р. установили К. Гульдберг і П. Вааге як закон діючих мас.)

Швидкість хімічної реакції прямо пропорційна добутку концентрацій реагентів:

Константа швидкості реакції k залежить від природи реагентів, температури й каталізатора, але не залежить від значення концентрацій реагентів. Фізичний зміст константи швидкості полягає в тому, що вона дорівнює швидкості реакції за одиничних концентрацій реагентів.

(Для гетерогенних реакцій концентрація твердої фази у вираз швидкості реакції не входить.)

3. Температура. У разі підвищення температури на кожні 10 °C швидкість реакції зростає у два-чотири рази (правило Вант-Гоффа). Унаслідок підвищення температури від t1 до t2 зміну швидкості реакції можна обчислити за формулою:

де vt1 і vt2 — швидкості реакції за температур t2 і t1 відповідно;

γ — температурний коефіцієнт реакції.

Для початку хімічної реакції реагенти повинні мати певний запас енергії. Ця енергія Eaназивається енергією активації, тобто це енергія, яку повинні мати молекули, що зіштовхуються, щоб зіткнення привело до хімічного перетворення.

Чим більша енергія активації Ea, тим активніше зростає швидкість реакції внаслідок підвищення температури.

Цю залежність можна простежити на енергетичній діаграмі в підручнику (або на проекторі).

 

Енергетична діаграма хімічної реакції

 

 

А — реагенти; В — активований комплекс (перехідний стан); С — продукти.

 

4. Поверхня зіткнення реагентів. Для гетерогенних систем (коли речовини перебувають у різних агрегатних станах) чим більша поверхня зіткнення, тим швидше протікає реакція. Поверхня твердих речовин може бути збільшена шляхом їх подрібнення, а для розчинних речовин — шляхом їх розчинення.

Демонстрація 5. У дві пробірки наллємо розчин хлоридної кислоти. Потім в одну з них зануримо шматочок заліза, а в другу додамо шпателем порошок заліза. У якій пробірці швидкість хімічної реакції більша?

5. Каталіз. Речовини, які беруть участь у реакціях і збільшують її швидкість, залишаючись до кінця реакції незмінними, називаються каталізаторами. механізм дії каталізаторів пов’язаний зі зменшенням енергії активації реакції за рахунок утворення проміжних сполук. У процесі гомогенного каталізу реагенти й каталізатор складають одну фазу (перебувають в одному агрегатному стані), під час гетерогенного каталізу — різні фази (перебувають у різних агрегатних станах). Різко вповільнити протікання небажаних хімічних процесів у деяких випадках можна, додаючи в реакційне середовище інгібітори (явище «зворотного каталізу»).

Хімічна рівновага

Назвіть фактори, що впливають на швидкість хімічної реакції.

Розгляньмо рівняння реакції:

Дайте характеристику цієї хімічної реакції. (Реакція сполучення, каталітична, екзотермічна, окисно-відновна, оборотна)

Оборотні реакції — це такі хімічні реакції, які одночасно протікають і в прямому, і у зворотному напрямах.

Згадаймо умови необоротності хімічних реакцій іонного обміну. (Утворення нерозчинної речовини, газоподібної речовини, малодисоційованої речовини, наприклад води) У випадку синтезу амоніаку оборотність реакції зумовлена іншими причинами: установленням у системі хімічної рівноваги.

 

 

Хімічна рівновага — це стан системи, за якого швидкість прямої реакції ( 1) дорівнює швидкості зворотної реакції ( 2). За хімічної рівноваги концентрації речовин залишаються незмінними. Хімічна рівновага має динамічний характер: пряма і зворотна реакції за умови рівноваги не припиняються.

(Стан хімічної рівноваги кількісно характеризується константою рівноваги, що є відношенням констант прямої (К1) та зворотної (К2) реакцій.

Для реакції mA + nB pC + dD константа рівноваги дорівнює:

 

Константа рівноваги залежить від температури та природи реагентів. Чим більше значення константи рівноваги, тим більше рівновага зсунута в бік утворення продуктів прямої реакції.)

 

Способи зсуву рівноваги

Принцип Ле Шательє. Якщо на систему, що перебуває в стані рівноваги, чиниться зовнішній вплив (змінюються концентрація, температура, тиск), то це сприяє протіканню тієї із двох протилежних реакцій, що ослабляє цей вплив:

1. Тиск. Збільшення тиску (для газів) зміщає рівновагу в бік реакції, що веде до зменшення об’єму (тобто до утворення меншого числа молекул газоподібних речовин).

Збільшення P приводить до 1 > 2.

2. Температура. Підвищення температури зміщає рівновагу в бік ендотермічної реакції (тобто в бік реакції, що протікає з поглинанням теплоти).

Збільшення t° приводить до 2 > 1.

Збільшення t° приводить до 1 > 2.

3. Збільшення концентрації вихідних речовин і вилучення продуктів зі сфери реакції зміщає рівновагу в бік прямої реакції. Збільшення концентрацій вихідних речовин [A] або [В] або [А] і [В]: 1 > 2.

4. Каталізатори не впливають на стан рівноваги.

 

IV. Первинне застосування одержаних знань (керована практика)

Застосуймо ці положення для реакції синтезу амоніаку:

N2(газ) + Н2(газ) NH3(газ) + 92,4 кДж

Оптимальні умови проведення синтезу амоніаку: t° > 400 °С, kat — Fe, Р .

Концентрація азоту й водню підвищується за рахунок рециркуляції азото-водневої суміші.

 

Виконання завдань на картці

Завдання 1

Укажіть, у який бік і чому зміститься рівновага реакції в разі:

а) підвищення температури:

б) підвищення тиску:

Спробуйте пояснити, у яких випадках температура й тиск не впливатимуть на зсув хімічної рівноваги. Чи є серед наведених реакцій такі реакції?

 

Завдання 2

Серед наведених реакцій укажіть ті, для яких підвищення тиску зміщує хімічну рівновагу вправо. Укажіть номери правильних відповідей за зростанням:

 

Завдання 3

Використовуючи принцип Ле Шательє, поясніть, у яких системах у разі підвищення температури рівновага зміститься:

а) уліво:

б) управо:

 

Завдання 4

Покажіть, у який бік зміститься в системі рівновага внаслідок зміни зовнішніх умов:

1) підвищення температури:

2) підвищення температури та збільшення концентрації речовин, що вступили в реакцію:

3) зменшення тиску:

Поясніть, як агрегатний стан речовини може вплинути на зсув рівноваги оборотної реакції.

 

Завдання 5

Розгляньте рівняння реакцій оборотних процесів:

а) Укажіть екзотермічну й ендотермічну реакції.

б) На яку із запропонованих реакційних систем впливатиме тиск?

в) Куди зміститься рівновага реакцій а і б унаслідок підвищення температури й тиску?

г) Запропонуйте зовнішні впливи, з допомогою яких рівновага реакцій в і г зміститься в бік продуктів реакції.

 

Завдання 6

Запишіть рівняння зворотної реакції. Чому швидкість цих процесів значною мірою залежить від тиску?

а) SO2 + O2 SO3

б) NO + O2 NO2

Поясніть, чому хімічну рівновагу називають динамічною.

 

 

Реакція горіння метану супроводжується виділенням тепла і світла. Для інших реакцій, навпаки, необхідно додаткове тепло ззовні.

Тепло, що виділяється або поглинається в результаті реакції, називається тепловим ефектом хімічної реакції ΔQ.

Тепловий ефект хімічної реакції пов’язаний з теплотою утворення речовин:

ΔQ = -ΔH

і вимірюється в джоулях Дж або кілоджоулях кДж.

За тепловим ефектом хімічні реакції поділяються на такі типи:

Ендотермічні — реакції, які протікають з поглинанням тепла. Наприклад:

N2 + О2 2NО - ΔQ

Екзотермічні — реакції, що протікають з виділенням тепла. Наприклад:

CH4 + 2О2 CО2 + 2H2О + ΔQ

Завдання 3. Розставте коефіцієнти в рівнянні реакції та визначте тип реакції за тепловим ефектом, за складом і кількістю реагентів і продуктів реакції:

 

 




Дата добавления: 2014-12-20; просмотров: 36 | Поможем написать вашу работу | Нарушение авторских прав




lektsii.net - Лекции.Нет - 2014-2024 год. (0.017 сек.) Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав