Тема 5. Химическая кинетика (скорость протекающих химических реакций)

Таблица 9

П од скоростью химической реакции (х.р.) понимают изменение концентрации реагирующих веществ в единицу времени.

 =  C/  моль/л

сек

• С реагента ; + С продукта

   

Х имические реакции

Гомогенные Гетерогенные

в одной фазе в разных фазах

ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА х.р.

1. К онцентрация (давление), С (р) –

ЗАКОН ДЕЙСТВУЮЩИХ МАСС (ЗДМ).

Скорость химической реакции прямо пропорциональна произведе-нию концентраций реагирующих веществ в степенях их стехио-метрических коэффициентов.

nA + mB qC

 = [A]ⁿ * [B]^m *k

[A] и [B] – концентрации веществ;

n и m – стехиометрические коэффициенты;

k – константа скорости химической реакции.

k = , если [A] = [B] = 1моль/л

ЗДМ справедлив для газообразных веществ и жидких растворов.

2 . Температура.

ПРАВИЛО ВАНТ-ГОФФА.

При повышении температуры на каждые 10С скорость реакции возрастает от 2 до 4 раз

t2 – t1

10

t₂ = t₁* 

 (2 ÷ 4) раза на 10 С.

Химическое равновесие

Таблица 10

Химические реакции

Необратимые Обратимые

до конца (до завершения) в двух взаимнопро-

(), если образуется: тивоположных нап-

а ) осадок (↓); равлениях ( )

б ) газ (↑);

в) слабый электролит.

Химическое равновесие – такое состояние системы, когда скорость прямой реакции равна скорости обратной реакции (₁ = ₂), а концентрации всех веществ в системе становятся постоянными.

nA + mB  qC + pD

(1)

 1 пр.

1 = 2

2 обр

. 

Константа равновесия (К.р.)

Гомогенная реакция Гетерогенная реакция

2 NO_(Г) +O_2(Г)  2NO_2(Г) Ca CO_3(ТВ)  CaO_(ТВ) + CO_2(Г)

1. ₁ = ₂ (ЗДМ) 1. ₁ = ₂ (ЗДМ)

2. ₁ = [NO]² *[O₂]*k₁ 2. ₁ = k₁

3. ₂ = [NO₂]² *k₂ 3. ₂ = [СO₂] *k₂

4. [NO]² *[O₂] *k₁ = [NO₂]² *k₂ 4. k₁ = [СO₂] *k₂

5. т.к. k₁ и k₂ – const, то 5. т.к. k₁ и k₂ – const, то

6 . k₁ [NO₂]² 6. k₁ [СO₂]

k₂ [NO]² *[O₂] k₂ 1

k₁ k₁

k_{2 Р} k₂ ^р

7 . [NO₂]² 7. К_Р = [CO₂]

_Р [NO]² *[O₂]

[C]^q *[D]^p для химической реакции (1)

_Р [A]ⁿ *[B]^m

Смещение химического равновесия

Т аблица 11

Принцип Ле Шателье: если изменить одно из условий (С,р,Т), при которых система находилась в состоянии равновесия, то, равновесие смещается в сторону той реакции, которая противодействует произведённому изменению.

1. Влияние концентрации:

3 H₂ + N₂  2 NH₃ 3 H₂ + N₂  2 NH₃

[ H₂]  [H₂]

[ N₂]  [N₂] 

[ NH₃]  [NH₃] 

2. Влияние давления:

3 H₂ + N₂  2 NH₃

3+1=4моль газа 2 моль газа

р р

р

р

3. Влияние температуры:

3 H₂ + N₂  2 NH₃ (-  Н _х.р.)  экзотермическая реакция

t t

t

t

Cисходная = С равновесная + С израсходованная к моменту равновесия

С равновесная = С исходная – С израсходованная к моменту равновесия

РЕШЕНИЕ ТИПОВОЙ ЗАДАЧИ ПО ТЕМЕ:

«ХИМИЧЕСКАЯ КИНЕТИКА»

Задача № 1

Равновесие гомогенной системы: 2 NO + O₂  2 NO₂, - установилось при следующих концентрациях веществ:

[NO]p. = 0,8 моль/л., [O₂]p.= 0,6 моль/л, [NO₂]p. = 0,4 моль/л. Вычислите исходные концентрации NO и O₂.

Д ано: 2 NO + O₂  2 NO₂

[NO]p. = 0,8 моль/л Решение:

[O₂]p.= 0,6 моль/л 1. C_исх. = С _равн. + С _{израсх. к моменту равновесия}

[NO₂]p. = 0,4 моль/л 2. Определим, сколько моль NO и О₂ израсхо-

[NO]исх. = ? довано к моменту равновесия.

[O₂]исх = ? Согласно уравнению реакции:

2 моль NO вступает в химическую реакцию и образуется 2 моль NO₂

X моль NO - 0,4 моль NO₂

[NO]израсх. = 2 *0,4/2 = 0,4 моль.

1 моль O₂ вступает в химическую реакцию и образуется 2 моль NO₂

Х моль О₂ – 0,4 моль NO₂

[O₂]израсх. = 0,4/2 =0,2 моль

3. [NO]исх. = 0,8 +0,4 =1,2 моль/л

[O₂] исх. = 0,6 + 0,2 = 0,8 моль/л

Ответ: [NO]исх. = 1,2 моль/л, [O₂] исх. = 0,8 моль/л