Влияние концентрации реагирующих веществ

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2

СКОРОСТЬ ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ.

 

Работу выполнил__________________ Работу принял______________________

Дата выполнения__________________ Отметка о зачете____________________

 

Основные понятия.

Скорости и механизмы протекания химических реакций изучает химическаякинетика

Скорость реакции (v) определяется числом молей вещества (n), превращенного за единицу времени (t) в единице объема (V) 1 D n

v = ¾ × ¾¾ (1)

V D t

При постоянном объеме системы выражение (1) переходит в: v = DC/Dt,

где С - молярная концентрация вещества [ моль/л ].

При химической реакции концентрации исходных веществ убывают (D С_исх< 0), а продуктов реакции - возрастают (D С_прод > 0), поэтому для величины v можно записать два равноценных выражения: v = - DC_исх/Dt = + DC_прод/Dt.

Однородная часть системы (жидкая, твердая, газообразная) называется фазой.

Реакция, протекающая в системе, состоящей из одной фазы, называется гомогенной реакцией. Реакция, в которой участвует несколько фаз, называется гетерогенной.

Скорость реакций зависит от следующих основных факторов: природы реагентов, концентрации реагирующих веществ, температуры и присутствия катализаторов.

 

Влияние концентрации реагирующих веществ.

Зависимость скорости реакции от концентрации реагирующих веществ определяется законом действия масс (ЗДМ):

скорость химической реакции прямо пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ в степенях их стехиометрических коэффициентов, если уравнение реакции соответствует механизму проходящей реакции.

В общем виде для гомогенной реакции: aA + bB ® продукты

скорость равна: V = K * C^a_A * C^b_B (2)

где k - константа скорости реакции.

Для реакций с участием газообразных веществ принято использовать выражение ЗДМ через парциальные давления веществ Р_А и Р_В [ Па ]: _{а b}

v = k * Р_А * Р_В

Константа скорости реакции равна скорости реакции при концентрации всех реагентов, равных единице. Константа скорости зависит от природы веществ и температуры, но не зависит от концентраций.

Сумма показателей степеней концентраций (a + b) в кинетическом уравнении (2) называется теоретическим порядком реакции.

ПРИМЕР 1. Химическая реакция H_2(г) + I_2(г) Û 2 HI_(г) идет в одну стадию и в прямом и в обратном направлении, и ее механизм соответствует стехиометрическому уравнению. Как изменится скорость реакции при увеличении давления в системе в 2 раза?

Согласно ЗДМ, скорость прямой реакции: v = k_пр × C_{H 2} × C_{I 2} (порядок реакции = 2),

скорость обратной реакции: v = k_обр × C²_HI (порядок реакции = 2).

При увеличении давления в 2 раза концентрации (парциальные давления) всех газообразных веществ увеличиваются в 2 раза, т.е. отношение скорости реакции после повышения давления к исходной скорости равно: v₂/v₁ = (k_пр×2C_{H 2} ×2C_{I 2} ) /(k_пр×C_{H 2} ×C_{I 2} ) = 4.

 

Стехиометрическое уравнение реакции отражает лишь количественное соотношение между реагирующими веществами и не показывает механизма протекающего процесса. Реальный процесс обычно значительно сложнее, чем это отражено в стехиометрическом уравнении. Если химическая реакция протекает через несколько промежуточных стадий, то суммарная скорость реакции определяется наиболее медленной (лимитирующей) стадией.

ПРИМЕР 2. Реакция 2 NO_(г) + 2 H_2(г) = 2 H₂O_(г) + N_2(г) идет в две стадии:

(1) 2 NO + H₂ = N₂ + H₂O₂ (медленная)

(2) H₂O₂ + H₂ = 2 H₂O (быстрая)

Первая стадия, являясь более медленной, определяет кинетическое уравнение всей реакции:

v = k × C²_NO × C_{H 2} , порядок реакции = 3, а не 4.

В гетерогенной системе с участием конденсированной (твердой или жидкой) фазы химическая реакция идет на границе раздела фаз. Поверхностная концентрация молекул твердого (жидкого) вещества постоянна, поэтому скорость гетерогенной реакции зависит только от концентрации газообразных веществ. В связи с этим концентрации веществ, находящихся в конденсированной фазе, в кинетическое уравнение не входят.

 

ПРИМЕР 3. Для гетерогенной реакции CaO_(к) + CO_2(г) = CaCO_3(к) скорость определяется кинетическим уравнением v = k × C_CO2.