![]() Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Скорость химических реакций. Химическое равновесие
Скорость химической реакции измеряется количеством вещества, вступающего в реакцию или образующегося в результате реакции в единицу времени в единице объема системы ( для гомогенной реакции) или на единице площади поверхности раздела фаз(для гетерогенной реакции)[1]. В случае гомогенного процесса, протекающего при постоянном объеме, скорость гомогенной химической реакции измеряется изменением концентрации какого-либо из реагирующих веществ за единицу времени. Это определение можно выразить уравнением Скорость реакции зависит от природы реагирующих веществ, их концентрации, температуры и от присутствия в системе катализатора. В тех случаях, когда для протекания реакции необходимо столкновение двух реагирующих частиц (молекул, атомов), зависимость скорости реакции от концентраций определяется законом действия масс: при постоянной температуре скорость химической реакции прямо пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ. Так, для реакции типа А+В
В этом уравнении Гораздо реже реакция осуществляется путем столкновения трех реагирующих частиц. Например, реакция типа А+2В В этом случае, в соответствии с законом действия масс, можно записать:
Одновременное столкновение более чем трех частиц крайне маловероятно. Поэтому реакции, в уравнения которых входят большое число частиц (например При гетерогенных реакциях концентрации веществ, находящихся в твердой фазе, обычно не изменяются в ходе реакции и поэтому не включаются в управление закона действия масс. Пример 1.Написать выражение закона действия масс для реакций а) б) Решение: а) б) Поскольку карбонат кальция – твердое вещество, концентрация которого не изменяется в ходе реакции, искомое выражение будет иметь вид: Пример 2. Энергия активации некоторой реакции в отсутствии катализатора равна 75, 24 кДж/моль, а с катализатором – 50, 14 кДж/моль. Во сколько раз возрастает скорость реакции в присутствии катализатора, если реакция протекает при 25 Решение. Обозначим энергию активации реакции без катализатора через Е Отсюда:
Подставляя в последнее уравнение данные задачи, выражая энергию активации в Джоулях и учитывая, что Т= 298К, получим: Окончательно находим: Таким образом, снижение энергии активации на 25, 1 кДж привело к увеличению скорости реакции в 25 тысяч раз. При протекании химической реакции концентрации исходных веществ уменьшаются; в соответствии с законом действия масс это приводит к уменьшению скорости реакции. Если реакции обратима, т.е. может протекать как в прямом, так и в обратном направлениях, то с течением времени скорость обратной реакции будет возрастать, так как увеличиваются концентрации продуктов реакции. Когда скорости прямой и обратной реакции становится одинаковыми, наступает состояние химического равновесия и дальнейшего изменения концентраций участвующих в реакции веществ не происходит. В случае обратимой химической реакции зависимость скоростей прямой (
В состоянии химического равновесия Отсюда: Здесь К – константа равновесия реакции. Концентрации, входящие в выражение константы равновесия, называются равновесными концентрациями. Константа равновесия – постоянная при данной температуре величина, выражающая соотношение между равновесными концентрациями продуктов реакции (числитель) и исходных веществ (знаменатель). Чем больше константа равновесия, тем «глубже» протекает реакция, т.е. тем больше выход ее продуктов. В химической термодинамике доказывается, что для общего случая химической реакции: aA + bB +… справедливо аналогичное выражение для константы равновесия реакции:
В выражение константы равновесия гетерогенной реакции, как и в выражение закона действия масс, входят только концентрации веществ, находящихся в жидкой или газообразной фазе, так как концентрации твердых веществ остаются, как правило, постоянными. Катализатор не влияет на значения константы равновесия, поскольку он одинаково снижает энергию активации прямой и обратной реакции и поэтому одинаково изменяет скорость прямой и обратной реакции. Катализатор лишь ускоряет достижения равновесия, но не влияет на количественный выход продуктов реакции. Пример 3. В системе А(г.) + 2В(г.) = С(г.) равновесные концентрации равны: Решение. Константа равновесия данной реакции выражается уравнением: Подставляя в него данные задачи, получим: Для нахождения исходных концентраций веществ А и В учтем, что, согласно уравнению реакции, из 1 моля А и 2 молей Б образуется 1 моль С. Поскольку по условию задачи в каждом литре системы образовалось 0, 216 моля веществ С, то при этом было израсходовано 0, 216 моля А и 0, 216 * 2 =0, 432 моля В. Таким образом, искомые исходные концентрации равны: Задачи 66. Найти значение константы скорости реакции А+В 67. Во сколько раз изменится скорость реакции 2А+В 68. В два сосуда одной и той же вместимости введены: в первый 1 моль газа А и 2 моль газа В, во второй – 2 моль газа А и 1 моль газа В. Температура в обоих сосудах одинакова. Будет ли различаться скорость реакции между газами А и В в этих сосудах, если скорость реакции выражается: а) уравнением 69. Через некоторое время после начала реакции ЗА+В 70. В системе СО+Сl2 = СОСl2 концентрацию увеличили от 0, 003 до 0, 12 моль/л, а концентрацию хлора от 0, 02 до 0, 06 моль/л. Во сколько раз возросла скорость прямой реакции? 71. Реакция между веществами А и В выражается уравнением: А+2В 72. Как изменится скорость реакции 2 NO(г.) + О 73. Две реакции протекают при 25 74. Чему равен температурный коэффициент скорости реакции, если при увеличении температуры на 30 градусов скорость реакции возрастает в 15, 6 раза? 75. Температурный коэффициент скорости некоторой реакции равен 2, 3. Во сколько раз увеличится скорость этой реакции, если повысить температуру на 25 градусов? 76. При 150 77. Изменится ли значение константы скорости реакции: а) при замене одного катализатора другим; б) при изменении концентраций реагирующих веществ? 78. Зависит ли тепловой эффект реакции от ее энергии активации? Ответ обосновать. 79. Для какой реакции - прямой или обратной – энергия активации больше, если прямая реакция идет с выделением теплоты? 80. Во сколько раз увеличиться скорость реакции, протекающей при 298 К, если энергию активации ее уменьшить на 4 Дж/моль? 81. Чему равна энергии активации реакции, если при повышении температуры от 290 до 300К скорость ее увеличится в 2 раза? 82. Каково значение энергии активации реакции, скорость которой при 300 К в 10 раз больше, чем при 280 К? 83. Энергия активации реакции 84. Зависит ли температурный коэффициент скорости реакции от значения энергии активации? Ответ обосновать. 85. Зависит ли значение энергии активации реакции в случае гетерогенного катализа от площади поверхности катализатора и от ее структуры? 86. Реакция 87. Схематически изобразить энергетическую диаграмму экзотермической реакции 88. Схематически изобразить энергетическую диаграмму реакции 89. Почему в цепной реакции
|