Зависимость скорости реакции от концентрации реагирующих веществ

Работа № 7

СКОРОСТЬ ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ. ХИМИЧЕСКОЕ РАВНОВЕСИЕ

Скорость химической реакции показывает изменение количества одного из веществ в реакции в единицу времени.

При расчете скорости реакции необходимо учитывать условия ее протекания, а именно, идет ли реакция в объеме реакционной системы, как в случае гомогенных реакций или на границе раздела фаз, в случае гетерогенных реакций. Напомним:

Гомогенные реакции – реакции между веществами, находящимися в одинаковых фазовых состояниях, за исключением твердых.

Например: N_2(г) + 3H_2(г) = 2NH₃

BaCl_2(ж) + Na₂SO_4(ж)= BaSO₄↓ + 2NaCl

Гетерогенные реакции – реакции между веществами, находящимися в разных агрегатных состояниях.

Например: Zn_(т)+ H₂SO_4(ж) = ZnSO₄ + H₂↑

Расчет скорости для этих типов реакций осуществляют по формулам:

для гомогенной реакции:

или

для гетерогенной реакции:

в этих формулах: Δn – изменение количества одного из веществ в реакции, моль;

∆ t – промежуток времени реакции, с;

∆c = ∆n/V – изменение концентрации реагирующего вещества, моль/л;

V – объем реакционной системы, л либо м³;

S – поверхность соприкосновения фаз, м².

Знак «–» в формулах используется в случае, если расчет ведут по концентрациям исходных веществ, которые уменьшаются в ходе реакции, а знак «+» в случае, если рассматриваются концентрации продуктов реакции, которые увеличиваются в ходе реакции (скорость реакции всегда положительна).

В системе СИ единицами измерения скорости реакции являются: моль·м^-3·с^-1 или моль·л^-1·с^-1 (для гомогенных реакций) и моль·м^-2·с^-1 (для гетерогенных реакций).

Химические реакции бывают простые и сложные.

Простая реакция – реакция, протекающая в одну стадию, элементарный акт взаимодействия частиц. В элементарной реакции может участвовать либо одна частица (реакция распада), либо две, либо (очень редко) три частицы. Т.е. в простой реакции одновременно могут участвовать не более трех частиц.

Число частиц, участвующих в элементарном акте реакции, называется молекулярностью. Реакции бывают мономолекулярными, бимолекулярными и тримолекулярными.

Примеры простых реакций:

J₂ ® 2J мономолекулярная

2СН₃· ® С₂Н₆ бимолекулярная

2NO + O₂ ® 2NO₂ тримолекулярная

Сложная реакция включает в себя несколько различных стадий, приводящих к конечным продуктам. Сложные реакции бывают параллельными (одновременно идет несколько реакций) или последовательными (через образование промежуточных продуктов).

Простые реакции встречаются достаточно редко. Чаще реакции бывают сложными, и символизирующие их уравнения отражают лишь конечный итог химических превращений.

Скорость химических реакций зависит от:

· природы реагирующих веществ

· концентрации реагирующих веществ

· давления (в газовых реакциях)

· температуры

· катализатора

· от среды (для реакций в растворе)

· от площади поверхности соприкосновения (для гетерогенных реакций)

Зависимость скорости реакции от концентрации реагирующих веществ

В 1867 г. К. Гульдбергом и П. Вааге был сформулирован закон действующих масс (ЗДМ):

Скорость простой химической реакции пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ, взятых в степенях, равных их стехиометрическим коэффициентам (коэффициентам в уравнении реакции).

 

Для реакции аА + bB ® cC + dD,

протекающей в одну стадию, математическое выражение ЗДМ примет вид:

здесь k – константа скорости реакции;

[А], [B] – концентрации реагирующих веществ;

а, b – коэффициенты в уравнении реакции.

Константа скорости k зависит от температуры и природы реагирующих веществ. Физический смысл константы скорости: она равна скорости реакции, если концентрации реагирующих веществ – 1 моль/л.

В том случае, когда одно из реагирующих веществ находится в твердом агрегатном состоянии (т.е. реакция гетерогенная), концентрация этого твердого вещества не учитывается в уравнении ЗДМ.

Закон действующих масс для:

гомогенной реакции: 2NO(г) + O2(г) ® 2NO2(г)

гетерогенной реакции: C(тв) + O2(г) ® CO2(г)

 

Подчеркнем, что ЗДМ выполняется только для простых реакций. Для сложных реакций зависимость скорости от концентрации реагирующих веществ приобретает вид:

где числа m, n – так называемые порядки реакции по веществу А и В. Порядок реакции определяют экспериментальным путем.

12	Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: