Главная | Обратная связь
МегаЛекции

Интегрированные кинетические уравнения реакций.





Доп. материал к лекции по Химической кинетике.

Классификация химических реакций

Все химические реакции классифицируют по следующим признакам

I. по механизму,

II. по природе частиц,

III. по числу фаз,

IV. по числу частиц, участвующих в реакции (простые реакции).

I. по механизму:

По механизму химические реакции делят на простые и слож­ные.

а) простые – реакции, которые протекают только в одну стадию, т.е. в один элементарный акт. Например, раз­ложение молекулы иода на атомы и др.

I2 = 2I

б) сложные – реакции, протекающие в несколько стадий, несколько элементарных актов

Обычно записываемые уравнения химических реакций явля­ются суммарными, и, хотя нередко такие уравнения кажутся по написанию простыми, это еще не означает простоты механизма реакции.

Например, реакция разложения пероксида водорода за­писывается суммарным уравнением: 2Н2O2 = 2Н2O + O2.

Однако она протекает в две стадии и является сложной:

1) Н2O2 = Н2O + O 2) O + O = O2

 

Сложные реакции делят на:

последовательные – ре­акции с промежуточными стадиями типа: А à В à С. В этом слу­чае промежуточный продукт В является исходным для получе­ния конечного продукта С. Например – разложение пероксида водорода, термохимический крекинг углеводородов (высокомолекулярные углеводороды постепенно превращаются в низкомолекулярные), гидролиз крахмала (образование декстринов, мальтозы, глюкозы). Скорость определяется наиболее медленной стадией

параллельные – реакции, при которых исходные вещества реагируют сразу в нескольких направлениях:

А→ В ↓ С

Например, при нитровании фенола получаются сразу три изо­мера: орто-, пара- и мета- нитрофенол, а при умеренном нагрева­нии бертолетовой соли без катализатора разложение идет по следующим направлениям:

2KClO3 =2 KCl + O2

4KClO3 = KCl + 3KClO4

скорость параллельных реакций определяется наиболее быстрой стадией

сопряженные (тандемные реакции) – реакции, из которых одна протека­ет лишь совместно с другой.Например, пероксид водорода легко окисляет соединения железа, но практически не окисляет бен­зол. Однако если провести эти реакции в общей смеси, то перок­сид водорода в этом случае окисляет и бензол. Объясняется это тем, что при окислении Fe2+ пероксидом водорода образуются радикалы ОН•, которые способны окислять бензол, превращая его в фенол:



Fe2+ + Н2O2 = Fe3+ + ОН•+ ОН-

С6Н6 + Н2O2

ОН• + ОН- + С6Н6 → С6Н5ОН + Н2О

При этом ионы Fe2+ являются индуктором (возбудителем) реакции окисления бензола. В этом случае реакция, идущая са­мостоятельно, называется первичной, а индуцируемая реакция — вторичной.

II. по природе частицреакции делят на:

- молекулярные – реагируют молекулы,

- ионные – реагируют ионы,

- цепные – участвуют радикалы и ионы.

Примеры – самостоятельно.

III. по числу фаз:

гомо­генные реакции протекают в одной фазе, гетерогенные – на границе раздела фаз. Примеры самостоятельно.

IV. по числу частиц, участвующих в элементарном акте, простые химические реакции делят на мономолекулярные,

бимолекуляр­ные

тримолекулярные.

у простых и сложных реакций различа­ют порядок реакции.

 

Молекулярность простых реакций определяется числом молекул, принимающих участие в элементарном акте реакции. Число молекул образующихся веществ при этом не имеет значения.

Мономолекулярные – реакции, у которых элементарный акт представляет собой химическое превращение толь­ко одной молекулы (разложение или внутримолекулярные пере­группировки). А à nB, А à B + C + .

Стехиометрический коэффициент в уравнении ре­акции равен единице. Примерами мономолекулярных реакций являются следующие:

а) разложение иода I2 = 2I;

б) разложение гидрокарбоната кальция Ca(HCO3)2 → CaCO3 + CO2 + H2O

Бимолекулярные– реакции, в которых в элементар­ном акте участвуют две молекулы одного и того же вида или раз­личных веществ: 2А à С или А+В à С. К бимолекулярным от­носятся реакции:

а) взаимодействие водорода с иодом Н2 + I2 à 2HI;

б) разложение иодоводорода 2HI à Н2 + I2;

в) гидролиз этилацетата СН3СООС2Н5 + Н2O à СН3СООН+С2Н5ОН

Тримолекулярные - в элементарном акте реакции участвуют три молекулы одного или разных видов: 3Аà С, 2А + Вà С +Д. Примеров тримолекулярных реакций немного.

2NO + Н2 à N2O + Н2О

2NO + C12 à 2NOC1.

2NO + О2 à 2NO2.

Реакции более высокой молекулярноcти маловероятны, так как по кинетической теории вероятность одновременного столкновения четырех и более молекул определенного вида нич­тожно мала. Вот почему даже тримолекулярные реакции не­многочисленны. Чаще всего встречаются бимолекулярные реакции.

По уравнению реакции молекулярность может быть опреде­лена только для простых реакций. Для сложных реакций сум­марное уравнение фиксирует лишь исходное и конечное состоя­ние системы и совершенно не раскрывает механизма процесса. Например, для реакции окисления иодоводорода пероксидом водорода суммарное уравнение будет: H2O2 + 2HI à H2O2 + I2.

Можно подумать, что эта реакция тримолекулярная. На самом де­ле реакция идет в две последовательные стадии:

1 стадия Н2О2 + HI à HIO + Н2O,

2 стадия HIO + HI à Н2О + I2.

Каждая из этих стадий является бимолекулярной.

Понятие “молекулярность” относится только к простым реакциям.

 

Интегрированные кинетические уравнения реакций.

Основные формулы

Интегрирование ∫ dx/x = ln x +c (1) ∫ dx/ x2 = 1/x (2) ∫ dx = x +c (3); Логарифмирование: ln N = x N = ех (4)  

Реакции первого порядка.

, переносим , интегрируем (1, 3)

Преобразуем (4) или

Реакции второго порядка.

, при равенстве концентраций переносим: отсюда (2, 3)

Реакции нулевого порядка. Нулевой порядок получается в том случае, когда скорость реакции постоянна.

, преобразуем (2, 3) С0 – С = К t ;

 





Рекомендуемые страницы:

Воспользуйтесь поиском по сайту:
©2015- 2020 megalektsii.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав.