| Скорость химических реакций Химическая кинетика изучает химические реакции с точки зрения скорости их протекания. Скорость химической реакции измеряется изменением концентрации веществ, вступающих в реакцию или образующихся в результате реакции за единицу времени: D СМ V = ± ¾¾¾ (моль/(л·с) (1) Dt Скорость реакции не остается постоянной вследствие непрерывного изменения концентрации реагирующих веществ и продуктов реакции и выражение (1) характеризует среднюю скорость в течение временного отрезка t. Истинная скорость реакции в данный момент времени выражается производной от концентрации по времени: d СМ V = ± ¾¾¾ (2) d t Скорость химической реакции зависит: - от природы реагирующих веществ – описывается законом действия масс (законом Гульдберга-Вааге): при постоянной температуре скорость химической реакции прямо пропорциональна произведению молярных концентраций реагирующих веществ, в степенях, равных стехиометрическим коэффициентам в уравнении реакции. Например, для реакции аА + bB ® cC + dD скорость реакции будет равна: V = k · С A a · С B b (3) где k – константа скорости химической реакции, а и b – стехиометрические коэффициенты. При наличии в реакционной системе газовых фаз увеличение или уменьшение давления соответственно увеличивает или уменьшает концентрацию реагирующих веществ, что и определяет зависимость скорости реакции от давления. В случае гетерогенных реакций концентрации веществ, находящихся в твердой фазе представляют собой постоянную величину и в уравнение закона действия масс не включаются. - от температуры – определяется правилом Вант-Гоффа: скорость реакции возрастает в 2-4 раза при повышении температуры системы на каждые 10 градусов: V 2 = V 1 · g ( t2 – t1 )/10 (4) где V1 – скорость реакции при температуре t1; V2 – скорость реакции при температуре t2; g – температурный коэффициент (как правило, g = 2–4) |
Химическое равновесие
Необратимыми называют химические реакции, в результате которых исходные вещества практически полностью превращаются в продукты. Необратимые реакции могут протекать только в одном направлении, например:
Zn + 4 HNO 3 = Zn (NO 3)2 + 2 NO 2 ↑ + 2 H 2 O.
Обратимыми называют химические реакции, идущие одновременно в двух противоположных направлениях, в результате чего в реакционной смеси присутствуют как продукты реакции, так и исходные вещества:
  2 SO 2 + O 2 2 SO 3
В тот момент, когда скорость прямой реакции (синтез продуктов) становится равной скорости обратной реакции (разложение продуктов с образованием исходных соединений), в системе устанавливается химическое равновесие. Количественной характеристикой химического равновесия является константа равновесия (К), представляющая собой отношение констант скорости прямой и обратной реакций. По значению константы равновесия можно судить о степени превращения исходных соединений в продукты реакции.
Для реакции   aA + bB cC + dD
k 1 [C]c • [D]d
K = ¾¾ = ¾¾¾¾ (5)
k 2 [A]a · [B]b
где k 1, k 2 – константы скорости прямой и обратной реакций;
a, b, c, d – стехиометрические коэффициенты в уравнении реакции;
[A], [B], [C], [D] – равновесные молярные концентрации соединений A, B, C, D.
Влияние изменения условий на положение равновесия определяется принципом Ле-Шателье:
если на систему, находящуюся в состоянии химического равновесия, оказать какое-либо воздействие, то в результате протекающих в ней процессов равновесие сместится в таком направлении, что оказанное воздействие уменьшится:
– при увеличении концентрации какого-либо вещества равновесие смещается в сторону расхода этого вещества;
– при повышении температуры равновесие смещается в направлении эндотермической, а при понижении – экзотермической реакций;
– при увеличении давления равновесие смещается в сторону уменьшения объема, а при понижении – в сторону увеличения объема системы.
Принцип Ле-Шателье справедлив и для равновесных систем, не связанных с химическими превращениями (кипение, кристаллизация, растворение и т.д.).
|
Примеры решения задач
Пример 1
Определите среднюю скорость реакции СО + 2SО3 = СS2 + 4О2, если через 40 секунд после начала реакции молярная концентрация сероуглерода составляла 0,22 моль/л, а через 90 секунд – 0,28 моль/л.
| Дано: t1= 40 с. t2= 90 с. С1(СS2) = 0,22 моль/л С2(СS2) = 0,28 моль/л | Решение Для определения средней скорости реакции воспользуемся выражением: С2– С1 0,28 – 0,22 Vср = ¾¾¾ = ¾¾¾¾¾ = 0,0012 (моль/(л•с) t2– t1 90 – 40 |
| Vср? |
Ответ: Vср = 0,0012 моль/(л·с)
Пример 2
При 25 0С некоторая реакция заканчивается за 4 минуты. Вычислите, через какое время завершится данная реакция, если ее проводить при 45 0С. Температурный коэффициент реакции равен 3.
| Дано: t1= 4 мин. t 1 = 25 0С t 2 = 45 0С g =3 | Решение Определим изменение скорости реакции при повышении температуры по формуле: V2 (t2–t1)/10 (45–25)/10 ¾¾ = g = 3 = 32 = 9 V1 Так как скорость реакции обратно пропорциональна времени, то |
| t2 ? |
t1 4•60
t2 = ¾¾ = ¾¾ = 26,7 (с)
9 9
Ответ: t2 = 26,7 с.
Пример 3
При температуре 500 0С в реакционном сосуде установилось равновесие НСНО Û Н2 + СО. Вычислите константу равновесия, если начальная концентрация формальдегида НСНО равна 1 моль/л, а равновесная концентрация водорода Н2 составляет 0,2 моль/л.
| Дано: СНСНО = 1 моль/л [Н2]р = 0,2 моль/л | Решение Так как по уравнению реакции разложение 1 моля СНСНО приводит к образованию 1 моля Н2 и 1 моля СО, то при образовании 0,2 моля Н2 образуется 0,2 моля СО и расходуется 0,2 моля НСНО. Следовательно, |
| К? |
равновесная концентрация формальдегида составит: [НСНО]р =1–0,2=0,8(моль/л), а равновесная концентрация оксида углерода (II): [СО]р = [Н2]р = 0,2 (моль/л)
Константа равновесия составит: [Н2]р [СО]р 0,2х0,2
K = ¾¾¾¾¾¾ = ¾¾¾¾ = 0,05.
[НСНО]р 0,8
Ответ: K = 0,05.
Пример 4
При некоторой температуре константа равновесия реакции СO+С12 Û СOС12 равна 40. Равновесные концентрации СO и СOС12 равны соответственно 0,2 моль/л и 0,8 моль/л. Вычислите исходную концентрацию С12.
| Дано: К = 40 [СО]р = 0,2 моль/л [СOС12]р = 0,8 моль/л | Решение Из выражения константы равновесия для данной реакции СO + С12 Û СOС12: [СOС12]р К = ¾¾¾¾¾, [СO]р [С12]р |
| [С12]0? |
определим равновесную концентрацию хлора [С12]р:
[СOС12]р 0,8
[С12]р = ¾¾¾¾ = ¾¾¾¾ = 0,1.
К [СO]р 0,2 · 40
Исходная концентрация [С12]0 складывается из количества хлора, вступившего в реакцию, и оставшегося в равновесной смеси: [С12]0 = [С12]р + D[С12].
По уравнению реакции при образовании 1 моля фосгена расходуется
1 моль хлора. Следовательно, при образовании 0,8 моль СOС12 было израсходовано 0,8 моль С12. Тогда [С12]0 = 0,1 + 0,8 = 0,9 (моль/л).
Ответ: [С12]0 = 0,9 моль/л.
Модуль № 2
(задачи № 6, 7, 8, 9,10)
Таблица 6
Задача № 6. Тема «Способы выражения состава растворов»
| № пп |
Условие задачи
