9. Скорость химических реакций. Правило Вант-Гоффа. Закон действия масс.
10.1. Зависимость скорости реакции от температуры. Задание.
При 0 о С реакция, для которой температурный коэффициент равен 2, заканчивается за 120 сек. Расчитайте, при какой температуре эта реакция закончится за 15 сек.?
9.2., 9.2.1. Скорость и температурный коэффициент. Задание 2.
За какое время закончится реакция при 30 о С, если при 10 градусах она заканчивется за 20 минут? Температурный коэффициент равен 2.
По уравнению Вант-Гоффа, скорость возрастет в v2/v1 = y Δt/10 = 2 (30-10)/10 = 2 2 = 4 раза.
Реакция закончится за t = 20/4 = 5 минут.
При 0 градусов Цельсия реакция заканчивается за 1 час 21 минуту, а при 40 оС за 1 минуту. Определить температурный коэффициент реакции.
9.3. Скорость и давление.
Во сколько раз изменится скорость реакции 2СО(г.) + О2(г.) = 2СО2 при увеличении давления в 2 раза и неизменной температуре?
Запишем закон действия масс для данной реакции. w1 = k*[CO] 2 [O2].
Увеличение давления в 2 раза означает увеличение концентраций в 2 раза. w2 = k*[2CO] 2 [2О2] = 8k*[CO] 2 [О2]
Аналогично предыдущему примеру, запишем: w1 = [A][В ] 2 Пусть давление увеличилось в х раз. Тогда, w2 = [xA][xВ] 2 = x 3 [A][В ] 2 w2/w1 = x 3 [A][В ] 2 / [A][В ] 2 = x 3 По условию, х 3 = 125 х = 5
9.4. Скорость и концентрация.
Во сколько раз уменьшится скорость реакции 2NO + O2 = 2NO2 при разбавлении смеси реагирующих газов в 3 раза?
То есть, уменьшится в 27 раз.
Реакция идет по уравнению: А + 2B ↔ C; константа ее скорости при определенной температуре равна 0,4, а начальные концентрации составляли (моль/дм 3 ): [А] =0,3 и [В]= 0,5. Вычислите скорость этой реакции при той же температуре в начальный момент и после того, как прореагирует 0,1 моль/дм 3 вещества А. Решение.
9.5. Уравнение Аррениуса.
Рассчитать температурный коэффициент Вант-Гоффа в интервале 10-50 градусов Цельсия, если энергия активации равна 85 кДж/моль.
Скорость реакции отражает изменение концентраций реагирующих веществ за единицу времени. Единицы измерения для гомогенной реакции: моль/л * сек. Физический смысл в том, что каждую секунду какое-то количество одного вещества превращается в другое в единице объема.
Мне встречались задачи, где была дана молярная концентрация вещества до реакции и после, время и объем. Требовалось посчитать скорость реакции. Давайте решим подобное несложное задание для примера:
Влияние природы реагирующих веществ
При изучении агрегатных состояний веществ возникает вопрос: где же быстрее всего идут реакции: между газами, растворами или твердыми веществами?
Запомните, что самая высокая скорость реакции между растворами, в жидкостях. В газах она несколько ниже.
Если реакция гетерогенная: жидкость + твердое вещество, газ + твердое вещество, жидкость + газ, то большую роль играет площадь соприкосновения реагирующих веществ.
Химическая активность также играет важную роль. Например, отвечая на вопрос: какой из металлов Li или K быстрее прореагирует с водой? Мы отдадим предпочтение литию, так как в ряду активности металлов он стоит левее калия, а значит литий активнее калия.
Иногда для верного ответа на вопрос о скорости реакции требуется знание активности кислот. Мы подробнее обсудим эту тему в гидролизе, однако сейчас я замечу: чем сильнее (активнее) кислота, тем быстрее идет реакция.
Например, реакцию магния с серной кислотой протекает гораздо быстрее реакции магния с уксусной кислотой. Причиной этому служит то, что серная кислота относится к сильным (активным) кислотам, а активность уксусной кислоты меньше, она является слабой кислотой.
Как я уже упомянул, слабые и сильные кислоты и основания изучаются в теме гидролиз.
Влияние изменения концентрации
Замечу деталь, которая может оказаться важной, если в реакции участвуют газы: при увеличении давления концентрация вещества на единицу объема возрастает (представьте, как газ сжимается). Поэтому увеличение давление, если среди исходных веществ есть газ, увеличивает скорость реакции.
Закон действующих масс устанавливает соотношение между концентрациями реагирующих веществ и их продуктами. Скорость простой реакции aA + bB → cC определяют по уравнению:
Записанное выше следствие закона действующих масс нужно не только «зазубрить», но и понять. Поэтому мы решим пару задач, где потребуется написать подобную формулу.
Окисление диоксида серы протекает по уравнению: 2SO2(г) + O2 = 2SO3(г). Как изменится скорость этой реакции, если объемы системы уменьшить в три раза?
По итогу решения становится ясно, что скорость реакции в таком случае возрастет в 27 раз.
Решим еще одну задачу. Дана реакция синтеза аммиака: N2 + ЗН2 = 2NH3. Как изменится скорость прямой реакции образования аммиака, если уменьшить концентрацию водорода в два раза?
В результате решения мы видим, что при уменьшении концентрации водорода в два раза скорость реакции замедлится в 8 раз.
Влияние изменения температуры на скорость реакции
Постулат, который рекомендую временно взять на вооружение: «Увеличение температуры увеличивает скорость абсолютно любой химической реакции: как экзотермической, так и эндотермической. Исключений нет!»
Правило Вант-Гоффа, голландского химика, позволяет точно оценить влияние температуры на скорость химической реакции. Оно звучит так: «При повышении температуры на каждые 10 градусов константа скорости гомогенной элементарной реакции увеличивается в два — четыре раза»
Если по итогам решения задач у вас получится температурный коэффициент меньше 2 или больше 4, то, скорее всего, где-то вы допустили ошибку. Используйте этот факт для самопроверки.
Для тренировки решим пару задач, в которых потребуется использование правило Вант-Гоффа.
Как изменится скорость гомогенной реакции при повышении температуры от 27°C до 57°C при температурном коэффициенте, равном трем?
Иногда в задачах требуется рассчитать температурный коэффициент, как, например, здесь: «Рассчитайте, чему равен температурный коэффициент скорости, если известно, что при понижении температуры от 250°C до 220°C скорость реакции уменьшилась в 8 раз».
Катализаторы и ингибиторы
Ингибиторы применяют для замедления коррозии металла, окисления топлива, старения полимеров. Многие лекарственные вещества являются ингибиторами.
Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.
