Влияние природы реагирующих веществ.

Например: соляная кислота реагирует с цинком быстрее, чем уксусная кислота, т.к. соляная кислота - сильный электролит, а уксусная кислота -слабый; соляная кислота не реагирует с медью, а серная концентрированная реагирует, т.к. является сильным окислителем.

Скорость химических реакций пропорциональна площади соприкосновения реагирующих веществ.

Например: гранула цинка реагирует с соляной кислотой медленнее, чем цинковая пыль. Реакции в растворах протекают быстрее, чем между кристаллическими веществами, между газообразными веществами реакции протекают еще интенсивнее.

Катализ.

Катализаторы — это вещества, которые изменяют скорость реакции, но сами в конечном итоге остаются без изменения.

Катализаторы, ускоряющие хим. реакции называются положительными, а замедляющие - отрицательными или ингибиторами.

Реакции, протекающие в присутствии катализаторов, называются каталитическими или катализом.

Различают два вида катализа:

1. гомогенный (однородный) — это такой катализ, при котором реагирующие вещества и катализатор находятся в одной фазе, т.е. в одном агрегатном состоянии (газы или жидкость).

NO

2 SO₂ + O₂ = 2 SO₃

Для гомогенного катализа установлено, что скорость хим. реакции пропорциональна концентрации катализатора.

2. гетерогенный (неоднородный) — это такой катализ, при котором реагирующие вещества и катализатор находятся в разных фазах, т.е. в разных агрегатных состояниях.

V₂O₅

2 SO₂ + O₂ = 2 SO₃

Обычно катализатор является твердым веществом, а реагирующие вещества газами или жидкостями.

Все реакции при гетерогенном катализе протекают на поверхности катализатора. Поэтому активность катализатора будет зависеть и от свойств его поверхности (величины, химического состава, строения и состояния).

Механизм действия катализаторов обычно объясняют образованием промежуточных соединений с одним из реагирующих веществ.

K NO

A + B = AB 2 SO₂ + O₂ = 2 SO₃

A + K = AK 2 NO + O₂ = 2 NO₂

AK + B = AB + K NO₂ + SO₂ = SO₃ + NO

V₂O₅

2 SO₂ + O₂ = 2 SO₃

SO₂ + V₂O₅ = SO₃ + 2VO₂

4 VO₂ + O₂ = 2 V₂O₅

Очень большую роль играет катализ в биологических системах. Большинство химических реакций, протекающих в пищеварительной системе, в крови и в клетках животных и человека, являются каталитическими реакциями. Катализаторы, называемые в этом случае ферментами, представляют собой простые или сложные белки с большим молекулярным весом. Их каталитическое действие отличается двумя исключительными свойствами:

1. способностью ускорять химическую реакцию в миллиарды раз

2. высокой избирательной способностью (из сотен возможных реакций катализируют только одну)

Некоторые вещества снижают или полностью уничтожают активность твердого катализатора. Такие вещества называются каталитическими ядами: соединения мышьяка, ртути, свинца, цианиды.

Однако имеются и такие вещества, которые усиливают действие катализаторов данной реакции, хотя сами катализаторами не являются. Эти вещества называются промоторами (промотирование платиновых катализаторов добавками железа, алюминия и др.).

Химическое равновесие.

Различают обратимые и необратимые реакции.

Необратимые реакции - реакции, которые протекают только в одном направлении и завершаются полным превращением исходных реагирующих веществ в конечные вещества.

Обычно к необратимым реакциям относят реакции ионного обмена, при протекании которых:

1. один из образующихся продуктов уходит из сферы реакции — выпадает в виде осадка, выделяется в виде газа:

ВaCl₂ + H₂SO₄ = ВaSO₄ + 2 HCl

Na₂CO₃ + 2 HCl = 2 NaCl + CO₂ + H₂O

2. образуется малодиссоциирующее соединение:

HCl + NaOH = H₂O + NaCl

3. реакции разложения

t

2KClO₃ = 2KCl +3O₂

Обратимыми реакциями называются такие реакции, которые одновременно протекают в двух взаимно противоположных направлениях.

N₂ + 3 H₂ 2 NH₃

V

V1

V1 = V2

V2

t

На рисунке показано изменение скоростей прямой и обратной реакций с течением времени. Вначале, при смешивании исходных веществ, скорость прямой реакции V₁ велика, а скорость обратной реакции V₂ равна нулю. По мере протекания реакции, исходные вещества расходуются и их концентрации уменьшаются. В результате этого уменьшается скорость прямой реакции V₁. Одновременно появляются продукты реакции, и их концентрация возрастает. Вследствие этого начинает идти обратная реакция, причем ее скорость постепенно увеличивается. Когда скорости прямой и обратной реакций становятся одинаковыми, наступает химическое равновесие.

В состоянии равновесия прямая и обратная реакции не прекращаются. Поэтому такое равновесие называется динамическим равновесием. Его легко сместить как в сторону прямой, так и обратной реакции.

При химическом равновесии концентрации всех реагирующих веществ - как исходных, так и образующихся - остаются строго постоянными.

 

На состояние химического равновесия оказывают влияние:

а) концентрация реагирующих веществ

б) температура

в) давление (для газообразных веществ)

При изменении одного из этих параметров равновесие нарушается и концентрация всех реагирующих веществ будет изменяться до тех пор, пока не установится новое равновесие.

Направление смещения химического равновесия при изменениях концентрации реагирующих веществ, температуры и давления (для газов) определяется общим положением, которое называют принципом Ле-Шателье или принципом подвижного равновесия:

« Если на систему, находящуюся в равновесии, производится какое либо внешнее воздействие (изменяется концентрация, температура, давление), то оно благоприятствует протеканию той из двух противоположных реакций, которая ослабляет данное воздействие».

Понятие «равновесие» означает состояние, в котором сбалансированы все противоположно направленные на систему воздействия. Принцип подвижного равновесия справедлив как для химических, так и для физических процессов.

 

1. Нарушение равновесия при изменении концентрации какого-либо вещества, участвующего в реакции.

С увеличением концентрации реагирующих веществ, химическое равновесие смещается в сторону продуктов реакции, т.е. в сторону образующихся веществ.

 

FeCl₃ + 3 KCNS Fe(CNS)₃ + 3 KCl

Увеличение концентрации хлорида железа (III) или роданида калия приводит к смещению равновесия в сторону роданида железа (III) кроваво-красного цвета.

 

2 SO₂ + O₂ 2 SO₃

 

2. Изменение давления (только для газов)

С увеличением давления химическое равновесие смещается в сторону меньшего объема, т.е. в сторону меньшего числа молекул:

 

N₂ + 3 H₂ 2 NH₃

4 объема 2 объема

повышение давления

Если же в уравнении обратимой реакции число молей в левой части равно числу молей в правой части N₂ + O₂ 2 NO, то изменение давления не вызывает смещения химического равновесия.

 

3. Изменение температуры.

С увеличением температуры химическое равновесие смещается в сторону эндотермической реакции, т.е. в сторону реакции, идущей с поглощением тепла.

t

CaCO₃ CaO + CO₂ - Q 2 SO₂ + O₂ 2 SO₃ + Q

^{повысить температуру понизить температуру}

Катализаторы не оказывают влияние на смещение химического равновесия, т.к. они одновременно изменяют как скорость прямой, так и скорость обратной реакций.

Состояние химического равновесия характеризуется константой равновесия.

 

Если реакция протекает согласно уравнения nА + mВ = pС + qD, то

 

[ C ] ^p [ D ]^q

К =

[ A ]ⁿ [ B ]^m

[ C ] [ D ] [ A ] [ B ] – равновесные концентрации веществ, участвующих и

образующихся в результате реакции.

n, m, p, q – стехиометрические коэффициенты в уравнении реакции.

 

⇐ Предыдущая12

Поделиться с друзьями: