Зависимость скорости химической реакции от концентрации

ТЕМА: «КИНЕТИКА»

Предметами химической кинетики являются установление закономерностей, определяющих скорость химических процессов и выявление роли различных факторов, влияющих на скорость и механизм реакций.

Скорость химической реакции определяется как изменение концентрации одного из реагирующих веществ или продуктов реакции в единицу времени.

Скорость химической реакции зависит от:

· Природы реагирующих веществ,

· Концентрации реагирующих веществ,

· Температуры,

· Наличия катализатора

· Величины поверхности раздела фаз (для гетерогенных реакций)

Зависимость скорости химической реакции от концентрации

Закон действующих масс:

Скорость химической реакции при постоянной температуре прямо пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ, возведенных в некоторые степени.

,

где – концентрация 1, 2, … i-го реагента. Показатель степени при концентрации называется порядком реакции по данному веществу. Для простых реакций показатель степени совпадает со стехиометрическим коэффициентом в уравнении реакции. Сумма показателей степеней при концентрациях реагентов называется общим порядком реакции.

Например, реакция С₂Н₄Cl_2(г) → С₂Н₃Cl_(г) + НCl_(г) является реакцией первого порядка. Закон действующих масс для данной реакции будет иметь вид:

.

А для простой реакции 2SO_2(г) + O_2(г) → 2SO_3(г) закон действующих масс будет иметь следующий вид:

Суммарный порядок данной реакции будет равен 3 (2+1=3).

Для газообразных веществ в закон действующих масс вместо концентраций могут быть подставлены давления.

Для реакции 2SO_2(г) + O_2(г) → 2SO_3(г) закон действующих масс выраженный через давления будет иметь следующий вид:

Коэффициент пропорциональности k в законе действующих масс называется константой скорости. Константа скорости химической реакции является характеристикой каждой конкретной реакции, зависит от температуры и не зависит от концентраций.

Уравнения, связывающие скорость химической реакции с концентрациями, а также выражающие зависимость концентраций от времени, называются кинетическими уравнениями. Для реакции 1-го порядка кинетическое уравнение имеет следующий вид:

или ,

Где С₀ – начальная концентрация реагента, С – концентрация вещества в реакционной смеси к моменту времени t, k – константа скорости, t – время (с, мин, сутки, года и т.д.).

В кинетическое уравнение вместо концентраций могут быть подставлены и массы драгирующего вещества, тогда уравнение примет вид:

или,

Важнейшей кинетической характеристикой является период полураспада или период полупревращения (t_1/2) – время, в течение которого превращению подвергается половина взятого вещества. Для реакции первого порядка эта величина рассчитывается по формуле:

Задачи для самостоятельного решения:

На закон действующих масс

1. Как изменится скорость простой реакции если увеличить давление в 3 раза?

2. Реакция оксида азота (II) с кислородом является простой и выражается уравнением . Как изменится скорость этой реакции, если молярную концентрацию оксида азота увеличить в 2 раза, а молярную концентрацию кислорода – в 3 раза?

3. Взаимодействие оксида углерода (II) с хлором выражается уравнением: . Концентрация оксида углерода (II) равно 0,3 моль/л, а хлора – 0,2 моль/л. Как изменится скорость прямой реакции, если увеличить концентрацию оксида углерода (II) до 1,2 моль/л, а концентрацию хлора до 0,6 моль/л? Считать, что эта реакция является реакцией первого порядка по концентрациям обоих компонентов.

4. Скорость реакции второго порядка А+B=D равна 2,7×10^-7 моль×л^-1×с^-1 при концентрациях веществ A и B соответственно 3,0×10^-3 моль/л и 2,0 моль/л. Рассчитайте константу скорости.

5. Реакция выражается уравнением . При 508°С константа скорости этой реакции равна 0,16 л/моль×мин. Вычислите начальную скорость реакции, если исходные концентрации реагирующих веществ были с (H₂)=0,04 моль/л, с (I₂)=0.05 моль/л.

На кинетические уравнения

1. Константа скорости реакции 1-го порядка 2N₂O_5(г) →4NO_2(г) + O_2(г) при 25 ⁰С равна 3,38 10^-5 с^-1. Чему равен период полураспада N₂O₅?

2. Период полураспада радиоактивного изотопа ⁹⁰Sr, который попадает в атмосферу при ядерных испытаниях, составляет 28,1 лет. Через какое время количество изотопа составит менее 1% от исходного?

3. Период полураспада радиоактивного изотопа ⁹⁰Sr, который попадает в атмосферу при ядерных испытаниях, - 28.1 лет. Предположим, что организм новорожденного ребенка поглотил 1.00 мг этого изотопа. Сколько стронция останется в организме через а) 18 лет, б) 70 лет, если считать, что он не выводится из организма?

4. Разложение перекиси водорода в водном растворе является реакций первого прорядка. Константа скорости этой реакции равна 0,05081 мин^-1. Определить время, за которое перекись водорода распадется на 50% и 87,5%.

5. Установлено, что реакция первого порядка С₂Н₄Cl_2(г) → С₂Н₃Cl_(г) + НCl_(г) имеет константу скорости при 450 °С, равную 3,1. 10-3 с-1. Вычислите период полураспада. Через кокой промежуток времени в реакционной системе останется: а) 10 %; б) 30% дихлорэтана от первоначального?

6. Константа скорости реакции первого порядка 2N₂O_5(г) = 4NO_2(г) + O_2(г) при 25 °С равна 3,38×10^-5с^-1. Чему равен период полураспада N₂O₅? Какая доля N₂O₅ разложится за 10 с?