Закономерности протекания химических реакций
Каждый химический процесс характеризуется определённой скоростью протекания. Под скоростью химической реакции понимают изменение концентрации реагирующих веществ в единицу времени;
U = ^ C/ ^ t (моль/ л*с), где ^ C – изменение концентрации вещества за промежуток времени ^ t.
Скорость реакции зависит от многих факторов: природы реагирующих веществ, поверхности соприкосновения реагентов, концентрации, давления ( для газов), температуры и катализатора.
Зависимость скорости реакции от концентрации выражается законом действующих масс. Для реакции аА + вВ à cC + dD
U= k* A * B , где а и в – стехиометрические коэффициенты, а k – константа зависящая от природы реагирующих веществ.
Зависимость скорости реакции от температуры определяется законом Вант- Гоффа: при повышении температуры на каждые 10 скорость реакции возрастает примерно в 2-4 раза
t- t
U = , где --температурный коэффициент
Многие химические реакции являются обратимыми, то есть с определёнными скоростями протекают как в прямом, так и в обратном
направлениях. Состояние системы, когда скорости прямой и обратной реакций
равны, называется состоянием химического равновесия. Под воздействием различных факторов (температуры, давления или концентраций участвующий в реакции веществ) состояние равновесия нарушается, и направление процесса смещается в прямом или обратном направлении. Направление смещения равновесия определяется принципом Ле-Шателье: если на равновесную систему оказать воздействие, то направление процесса сместится в сторону, ослабляющую это воздействие.
Пример 1.Вычислите скорость реакции, если начальная концентрация вещества А была 8моль/л, а через 25 с составила 3моль/л.
Решение: используем формулу для вычисления скорости реакции.
U = ^ C/ ^ t = ( 8- 3)/ 25 = 0,2 моль/ л * с.
Пример 2:запишите выражение закона действующих масс для реакции
2H2 + O2 = 2H2O
Решение: U = H2 * O2
Пример 3.Как изменится скорость реакции при уменьшении температуры на 20 С? Температурный коэффициент равен 4.
Дано: Решение:
^ t = 20 C По закону Вант- Гоффа при повышении
, где - температурный коэффициент.
- начальная и конечная скорос-
ти реакции.
Для данной задачи
Скорость реакции возрастёт в 16 раз.
Пример 4.Как можно сместить равновесие реакции 2H2 + O2 = 2H2O + Q в прямом направлении? Все вещества взяты в виде газов.
Решение: согласно принципу Ле-Шателье при оказании на обратимую реакцию воздействия ( давлением, температурой или концентрациями веществ) равновесие в системе сместится в сторону, ослабляющую это воздействие.
Для данной реакции 2H2 + O2 = 2 H2O + Q необходимо
а) увеличить давление, т. к. реакция идёт с уменьшением давления
б) понизить температуру. т. к. реакция идёт с выделением тепла
в) повысить концентрации водорода и кислорода и понизить концентрацию воды.
Задания для самоконтроля
1. Вычислите скорость реакции разложения карбоната кальция, если за 2 минуты его концентрация изменилась на 10 моль/л.
2. Скорость реакции разложения перекиси водорода равна 0,3 моль/л*с. Какой станет концентрация перекиси через 15 с, если начальная концентрация была 5 моль/л?
3. Cравните скорости I и II реакций, если за одинаковый промежуток времени концентрация вещества А в I реакции увеличилась на 3 моль, а концентрация вещества В во II реакции уменьшилась на 4 моль.
4. Запишите выражение закона действующих масс для реакций:
1) 2SO2 + O2 à2 SO3
2) 3H2 + N2 à 2NH3
3) NO2 + O2 + H2O à 2HNO3
4) 2Cl2 +7O2 à2 Cl2O7
5. Во сколько раз увеличится скорость реакции при увеличении температуры на 40 С, если температурный коэффициент равен 2?
6. Как изменится скорость реакции при увеличении температуры на 30 С, если температурный коэффициент равен 3?
7. На сколько градусов надо уменьшить температуру протекания реакции, чтобы скорость реакции уменьшилась в 16 раз? Температурный коэффициент равен 2.
8. Как изменится скорость реакции при увеличении температуры на 20 С, если температурный коэффициент равен 2,5?
9. Изменением каких параметров и как можно сместить равновесие данной реакции в сторону образования продуктов:
1) N2 + O2 à 2NO + Q
2) NO + NO2 à N2O3 +Q
3) 4HCl+ O2 à 2Cl2 + 2H2O+ Q, если все вещества в данных реакциях являются газами.
10. В какую сторону сместится равновесие реакции 2SO2 + O2 à 2SO3 – Q при: а) увеличении давления
б) понижении температуры
в) увеличении концентрации кислорода.
11. В какую сторону сместится равновесие реакции образования аммиака из азота и водорода при: а) увеличении температуры
б) понижении давления
в) увеличении концентрации азота
12. Как повлияет увеличение давления на смещение равновесия в следующих реакциях (все вещества взяты в виде газов): а) SO2 + Cl2 à SO2Cl2
б) H2 + Cl2 à 2HCl