Концентрацияреагирующихвеществ.
Опыт–Взаимодействиетиосульфатанатрияссернойкислотой.
а) Провестивначалекачественныйопыт. Дляэтоговпробиркуналить 1 млрастворасернойтиосульфатанатрияидобавитьнатрияидобавить 1-2 каплирастворасернойкислоты. Отметитьпоявлениячерезнекотороевремяопалесценцииидальнейшеепомутнениераствораотобразованиясвободнойсеры:
Na2S2O3+H2SO4=Na2SO4+SO2 + S +H2O
Время, проходящееотсливаниярастворадозаметногопомутнения, зависитотскоростиреакции.
б) Втрипронумерованныепробиркиналитьизбюретки 0,25 н. раствортиосульфатанатрия: впервую– 1 мл, вовторую– 2 мл, втретью– 3мл. Ксодержимомупервойпробиркиприлитьизбюретки 2 млводы, ковторой– 1 млводы. Такимобразом, условнаяконцентрациябудет: впробирки№ 1 –С; впробирки№ 2 – 2С; впробирки№ 3 – 3С.
Впробирку№ 1 срастворомтиосульфатанатриядобавить 1 каплюрастворасернойкислоты, встряхнутьеедляперемешиваниясодержимогоивключитьсекундомер. Отметитьвремяотсливаниярастворовдозаметногопоявленияопалесценции.
Опытповторитьспробирками№ 2 и№ 3, добавитьтакжепо 1 каплирастворасернойкислотыиопределяявремяпротеканияреакции.
Послепроведенияопытаучительнадоскестроитграфикзависимостискоростиреакциитоконцентрацииреагирующихвеществ, гденаосиабсциссоткладываетусловнуюконцентрациюрастворатиосульфатанатрия, наосиординатусловнуюскоростьреакции. (Графикможноподготовитьзаранее ).
Учащиесяанализируютграфикиделаютвыводыозависимостискоростиреакцииотконцентрацииреагирующихвеществ.
Влияниеконцентрацииреагентовнаскоростьхимическоговзаимодействиявыражаетсяосновнымзакономхимическойкинетики.
Скоростьхимическихреакций, протекающихводнороднойсредеприпостояннойтемпературе, прямопропорциональнапроизведениюконцентрацийреагирующихвеществ, возведенныхвстепениихстехиометрическихкоэффициентов
nA+mB —> pC
= k [A]n • [B]m
Этоуравнение–кинетическоеуравнениескорости. [A], [B] (моль/л) –концентрацииисходныхвеществ; n, m – коэффициентывуравненииреакции; k – константаскорости.
Физическийсмыслконстантыскорости (k):
если [A] = [B] = 1 моль/л => = k •1n•1m., т.е. = k. Этоскоростьданнойреакциивстандартныхусловиях.
Примеры:
№ 1. 2Н2 (г) + О2 (г) —> 2Н2О (г)
= k [H2]2 • [O2]
Какизменитсяскоростьэтойреакции, есликонцентрациюкаждогоизисходныхвеществувеличитьв 2 раза?
1 = k(2[H2])2 • (2[O2]);
2[H2] и 2[O2] – новыеконцентрацииисходныхвеществ.
1 = k 4 [H2]2 • 2[O2]
1 = 8k[H2]2 • [O2].
Сравнимсуравнением (1) –скоростьувеличиласьв 8 раз.
№ 2.2Сu (тв.) + О2 (г) 2СuO (тв.)
= k[Cu]2 [O2], однакоконцентрациятвердоговеществаисключаетсяизуравнения–ееневозможноизменить–постояннаявеличина.
Cu (тв.) =>[Сu] = const
= k [O2],
Температура.
Большоевлияниенаскоростьхимическиереакцииоказываеттемпература
Вант-Гоффсформулировалправило: повышениетемпературынакаждые 10 о Сприводиткувеличениюскоростиреакциив 2-4 раза (этувеличинуназывают температурнымкоэффициентомреакции).
Приповышениитемпературысредняяскоростьмолекул, ихэнергия, числостолкновенийувеличиваютсянезначительно, заторезкоповышаетсядоля“активных”молекул, участвующихвэффективныхсоударениях, преодолевающихэнергетическийбарьерреакции.
Математическаяэтазависимостьвыражаетсясоотношением
где ?t2, ?t1 – скоростиреакцийсоответственноприконечной t2 t1 температурах, а – температурныйкоэффициентскоростиреакциисповышениемтемпературынакаждые 10о С.
Примеры: восколькоразувеличитсяскоростьхимическойреакциипри tо: 50о —> 100о, если = 2?
2 = 1 •2 100 –5010; 2= 1 •25
тоестьскоростьхимическойреакцииувеличитсяв 32 раза.
Катализатор
Одноизнаиболееэффективныхсредстввоздействиянаскоростьхимическихреакций–использованиекатализаторов. Каквыужезнаетеизшкольногокурсахимии, катализаторы – этовещества, которыеизменяютскоростьреакции, асамикконцупроцессаостаютсянеизменнымикакпосоставу, такипомассе. Иначеговоря, вмоментсамойреакциикатализаторактивноучаствуетвхимическомпроцессе, какиреагенты, нокконцуреакциимеждунимивозникаетпринципиальноеотличие: реагентыизменяютсвойхимическийсостав, превращаясьвпродукты, акатализаторвыделяетсявпервоначальномвиде.
Чащевсегоролькатализаторазаключаетсявувеличениискоростиреакции, хотянекоторыекатализаторынеускоряют, азамедляютпроцесс. Явлениеускоренияхимическихреакцийблагодаряприсутствиюкатализаторовноситназваниекатализа, азамедления– ингибирования.
Катализ–оченьважныйразделхимииихимическойтехнологии. Снекоторымикатализаторамивызнакомились, изучаяхимиюазотаисеры. Учительдемонстрируетопыт.
Еслиоткрытую, содержащуюконцентрированныйводныйраствораммиакаколбупоместитьпредварительнонагретуюплатиновуюпроволоку, тоонараскаляетсяидлительноевремянаходитсявсостояниикрасногокаления. Нооткудатогдаберетсяэнергия, поддерживающаявысокуютемпературуплатины? Всеобъясняетсяпросто. Вприсутствииплатиныаммиаквзаимодействуетскислородомвоздуха, реакцияявляетсясильноэкзотермической ( Н –900 кДж):
4NH3(Г) + 5O2=4NO(Г)+6H2O(Г)
Покаидетреакция, инициированнаяплатиной, выделяющаясятеплотаподдерживаетвысокуютемпературукатализатора.