Скорость химической реакции

Содержание презентации

Быстрые химические процессы: взрывы, ионные реакции в растворах, передача нервного импульса

Что даёт знание скорости химической реакции

Идут на поверхности
раздела фаз
CaCO3(тв)↔CaO(тв) + CO2(г)
CO2(г)+С(тв) = 2СО(г)
4H2O(ж)+3Fe(тв)↔4H2(г)+Fe3O4(тв)

Классификация реакций по фазовому составу

Отношение количества вещества к объёму – молярная концентрация.
Скорость гомогенной реакции определяется изменением концентрации одного из веществ в единицу времени

«+» - если скорость определяется по продукту реакции; «-» - если по исходному веществу

Взаимодействие происходит только на поверхности раздела между веществами

S – площадь поверхности

Давление

Закон действующих масс:
Скорость элементарной химической реакции пропорциональна произведению молярных концентраций реагирующих веществ, возведённых в степени равные их коэффициентам:

1867 г. К.Гульдберг и П.Вааге сформулировали закон действующих масс

молекула - энергетически выгодное образование
химические вещества на энергетической диаграмме занимают положение в "ямках"
для превращения этих веществ в другие, им надо сообщить энергию, достаточную для того, чтобы они выбрались из "ямки", перевалили через "барьер" (энергию активации)

Температура

A2 (г) + B2 (г) = 2AB (г)

Активация – процесс превращения неактивных частиц в активные для преодоления энергетического барьера
Энергия, которую надо сообщить частицам реагирующих веществ, чтобы превратить их в активные, называют энергией активации (Еа)

Правило Вант-Гоффа не имеет силу закона. Лабораторная техника была несовершенна, поэтому:
оказалось, что температурный коэффициент в значительном температурном интервале непостоянен
невозможно было изучать как очень быстрые реакции (протекающие за миллисекунды), так и очень медленные (для которых требуются тысячи лет)
реакции с участием больших молекул сложной формы (например, белков) не подчиняются правилу Вант-Гоффа

v = v0·γ∆τ/10

- температурный коэффициент Вант-Гоффа

вещества, изменяющие скорость химической реакции за счёт изменения энергии активации, но сами при этом не расходующиеся. Процесс в присутствии катализатора – катализ. Реакция с катализатором – каталитическая.

Положительные катализаторы – ускоряют реакцию, уменьшая Еа
Отрицательные катализаторы (ингибиторы) – замедляют реакцию, увеличивая Еа

A + K = AK (1) AK + B = AB + K (2)
Суммарная реакция
A + B = AB
Но вместо энергетического барьера этой реакции преодолеваются более низкие барьеры реакций (1) и (2): E1 и E2

2. Взаимодействие угарного газа с водородом
СО + 3Н2 ↔ СН4 + Н2О
Катализатор – Ni, промотор церий Ce.

Клапейрон Бенуа Поль Эмиль
(1799 - 1864 г.)

Менделеев Дмитрий Иванович
(1834 - 1907 г.)

Скорость гетерогенной реакции зависит от: а) скорости подвода реагентов к границе раздела фаз; б) скорости реакции на поверхности раздела фаз, которая зависит от площади этой поверхности; в) скорости отвода продуктов реакции от границы раздела фаз.
Стадии (а) и (в) называются диффузионными, а стадия (б) – кинетической. Та стадия, которая протекает наиболее медленно, называется лимитирующей – именно она определяет скорость реакции в целом.

Дано:
τ1 = 20c
τ2 = 40c
c1 = 0,05моль/л
с2 = 0,04моль/л
Найти: v

Расчёт ведём по исходному веществу,
значит перед формулой ставим знак «-»
υ = -∆с/∆τ
υ = -(с2-с1)/(τ2- τ1)
υ = -(0,04-0,05)/(40-20) = 0,0005 (моль/(л∙с))
Ответ: средняя скорость реакции 0,0005моль/(л∙с)

2. Как изменится скорость химической реакции 2СО + О2 = 2СО2, если уменьшить объем газовой смеси в 2 раза?

2СО + О2 = 2СО2
1) Запишем выражение закона действующих
масс для исходной смеси и после сжатия
v1 = k · c(СО)2 · c(О2)
v2 = k · c(2СО)2 · c(2О2) =
= k · 4c(СО)2 · 2c(О2) =
= 8k · c(СО)2 · c(О2)
2) Найдём отношение скоростей:
v2/v1 = (8k · c(СО)2 · c(О2))/ (k · c(СО)2 · c(О2)) = 8
Ответ: скорость реакции возрастёт в 8 раз

3. Во сколько раз уменьшится скорость простой реакции А + 2В = С, когда прореагирует половина вещества А, по сравнению с начальной скоростью? Начальные концентрации: 1 моль/л вещества А и 3 моль/л вещества В.

Дано:
Давление системы
увеличили в 5 раз
c2(Cl2)/с1(Cl2) = 5
Найти: v2/v1

2Fe + 3Cl2 = 2FeCl3
1) Запишем выражение закона действующих
масс для исходной смеси и после сжатия
(только для газов)
v1 = k · c(Cl2)3
v2 = k · c(5Cl2)3 = 125 ∙ k ∙ c(Cl2)3
2) Найдём отношение скоростей:
v2/v1 = 125 ∙ k ∙ c(Cl2)3/k · c(Cl2)3 = 125
Ответ: скорость реакции возрастёт в 125 раз

5. Во сколько раз увеличится скорость химической реакции при повышении температуры от 300° до 350 °С, если температурный коэффициент равен 2?

Дано:
τ1 = 300°С
τ2 = 350°С
γ = 2
Найти: v2/v1

Дано:
τ1 = 50°С
∆t1 = 2,25 мин
τ2 = 70°С
γ = 3
Найти: ∆t2

1) Находим, во сколько раз возрастёт скорость
реакции при повышении температуры с 50°С
до 70°С:
vτ2/vτ1 = γ∆t/10 = 3(70-50)/10 = 32 = 9 (раз)
2) Находим время, за которое закончится эта
реакция при температуре 70°С:
∆t2 = 2,25мин : 9 = 0,25мин (15с)
Ответ: реакция закончится за 15 секунд.

Дано:
τ1 = 80°С
τ2 = 60°С
v1/v2 = 4
Найти: γ

Найдём отношение скоростей реакций:
v2/v1 = γ∆τ/10
Составим и решим уравнение:
4 = γ(80°-60°)/10
4 = γ2
γ = 2
Ответ: температурный коэффициент равен 2.

Задание №1

1)

2)

3)

4)

Задание №3

Задание №4

Задание №5

Задание №6

Задание №7

Задание №8

Задание №9

Задание №10