Материал: 1594
свойств его поверхности. На практике катализатор обычно наносят на твердый пористый носитель.
При гетерогенном катализе основную роль играет адсорбция молекул реагирующих веществ на поверхности катализатора, что приводит к снижению Еа катализируемой реакции.
Адсорбция – явление концентрирования вещества из объема фаз на
СибАДИ2. Ф з ческая адсорбция на активных центрах поверхности твердого вещества реаг рующ х молекул и затем их хемосорбция.
поверхности раздела фаз.
тад гетерогенного катализа:
1. Д ффуз я реаг рующих веществ к поверхности твердого вещества.
3. Х м ческая реакция между реагирующими молекулами.
4. Десорбц я продуктов с поверхности катализатора.
5. Д ффуз я продукта с поверхности катализатора в общий поток. Состоян е с стемы, при котором скорость прямой реакции равна
скорости обратной, – х м ческое равновесие.
При х м ческом равновесии концентрации исходных веществ и продуктов реакции не изменяются во времени и называются
равновесными концентрациями.
Константа равновесия Кр равна отношению произведений равновесных концентраций продуктов реакции к исходным веществам.
Она отражает глубину превращения исходных веществ в продукты реакции, если
∙ Кр << 1 – малый выход продуктов реакции; ∙ Кр >> 1 – большой выход продуктов реакции. Константа равновесия зависит от:
- природы реагентов; - температуры (при экзотермических реакциях она уменьшается, а
при эндотермических возрастает с ростом температуры).
Для гетерогенных реакций при расчете Кр концентрации твердых веществ не учитываются.
Связь кинетических термодинамических параметров выражается уравнением
ΔG = –RT · ℓnКр.
Если ΔG << 0, то в равновесной смеси преобладают продукты реакции, если ΔG >> 0, то в равновесной смеси преобладают исходные вещества.
31
Принцип Ле Шателье. Если на систему, находящуюся в равновесии оказать внешнее воздействие, то равновесие смещается в таком направлении, которое ослабляет оказанное воздействие.
1. Влияние концентраций. При увеличении концентрации исходных |
|||||
веществ равновесие смещается в сторону прямой реакции (образования |
|||||
С |
|
|
|
|
|
продуктов реакции), а при увеличении концентрации продуктов – в |
|||||
сторону обратной реакции (образования исходных веществ). |
|
||||
При |
уменьшен |
концентрации исходных |
веществ |
равновесие |
|
смещается в сторону обратной реакции (образования исходных веществ), |
|||||
концентрации |
продуктов – в сторону прямой реакции |
||||
а при уменьшен |
|
||||
(образован |
я продуктов реакции). |
|
|
|
|
2. Вл ян е давлен я. При увеличении |
давления |
равновесие |
|||
смещается в сторону |
меньшего |
числа молей газа, и наоборот, при |
|||
уменьшен |
бА |
|
|||
давлен я – в сторону |
ольшего числа молей газа. |
|
|||
3. Вл ян е температуры. При увеличении температуры равновесие смещается в сторону эндотермической реакции, при понижении температуры – в сторону экзотермической реакции.
Ла ораторная работа №3
Химическая кинетика
В результате взаимодействияДтиосульфата натрия и серной кислоты образуется свободная сера, поэтому раствор становится мутным. О скорости реакции судим по времени выпадения серы в осадок.
Цель работы: изучить влияние концентрации реагирующих веществ
и температуры на скорость химической реакции.
Опыт 1. Влияние концентрации реагирующих веществ на
скорость реакции. |
И |
|
Na2S2O3 + H2SO4 → Na2SO4 + H2O + ↓S + SO2.
Запишите выражение закона действующих масс для данной реакции. Для проведения опыта в трех сухих пробирках приготовьте равные объемы растворов тиосульфата натрия различных концентраций. Для этого раствор тиосульфата натрия разбавьте дистиллированной водой в пропорциях, указанных в табл. 6.
32
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Результаты наблюдений |
|
|
|
Таблица 6 |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Номер |
|
|
Количество капель |
|
|
|
Условная |
|
Время |
|
Относительная |
||||||||
|
пробир- |
Na2S2O3 |
H2O |
|
общее |
H2SO4 |
концентрация |
протекания |
скорость |
|
|
|||||||||
|
|
ки |
|
(1 н.) |
|
количество |
(2 н.) |
раствора |
|
реакции |
|
реакции |
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
t, с |
|
1/t, с-1 |
|
|
|
1 |
|
4 |
|
8 |
12 |
|
|
1 |
C |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
2 |
|
8 |
|
4 |
12 |
|
|
1 |
2C |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
3 |
|
12 |
|
- |
12 |
|
|
1 |
3C |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
график |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
Далее в проб рку 1 добавьте 1 каплю серной кислоты и засеките |
|||||||||||||||||
Свремя с момента попадан я капли кислоты в раствор тиосульфата натрия |
||||||||||||||||||||
|
до первого его помутнен я. Затем опыт повторите с пробирками 2 и 3. Все |
|||||||||||||||||||
|
полученные данные занес те в та л. 6. |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
масштабе |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
Рассч тайте относ тельную скорость реакции, округлив значение до |
|||||||||||||||||
|
сотого знака. Начерт те |
|
|
зависимости |
относительной скорости |
|||||||||||||||
|
реакции (ось y) от условной концентрации раствора тиосульфата натрия |
|||||||||||||||||||
|
(ось |
|
x) в |
определенном |
|
|
|
. Сделайте вывод о характере |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
А |
|
|
|
|
|||||||
|
зависимости скорости реакции от концентрации реагирующих веществ. |
|||||||||||||||||||
|
|
|
Опыт 2. Влияние температуры на скорость реакции. |
|||||||||||||||||
|
|
|
В три сухие про ирки добавьте равные объемы раствора |
|||||||||||||||||
|
тиосульфата натрия одной концентрации. В термостат налейте горячую |
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Д |
||||||||
|
воду и опустите в нее пробирку 1 на 5…10 мин, чтобы она приобрела |
|||||||||||||||||||
|
температуру воды. Замерьте температуру воды термометром и значение |
|||||||||||||||||||
|
занесите в табл. 7. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 7 |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Результаты наблюдений |
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
Номер |
|
Количество капель |
|
|
Температура |
|
Время |
Относительная |
||||||||||
|
|
пробирки |
|
Na2S2O3 |
|
H2SO4 |
|
|
раствора |
протекания |
|
скорость |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
(1 н.) |
|
(2 н.) |
|
|
|
Т, ºС |
|
реакции |
|
реакции |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
t, с |
|
1/t, с-1 |
|
|
|
|
|
1 |
|
|
10 |
|
1 |
|
|
|
|
И |
|
||||||
|
|
|
2 |
|
|
10 |
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
3 |
|
|
10 |
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Не вынимая пробирку с тиосульфатом натрия из термостата, добавьте в нее 1 каплю серной кислоты и засеките время с момента попадания капли кислоты в раствор тиосульфата натрия до первого его помутнения. Затем понизьте температуру воды в термостате на 10 ºС,
33
добавляя холодную воду, и повторите опыт с пробиркой 2. После этого понизьте температуру воды в термостате еще на 10 ºС и повторите опыт с пробиркой 3. Все полученные данные занесите в табл. 2.
|
Рассчитайте относительную скорость реакции, округлив значение до |
||||||||
сотого знака. Начертите график зависимости относительной скорости |
|||||||||
С |
|
|
|
|
x) в определенном |
||||
реакции (ось y) от температуры раствора (ось |
|
||||||||
масштабе. Рассчитайте значение температурного коэффициента в |
|||||||||
выражен |
уравнен я Вант-Гоффа в интервале |
температур Т1…Т2 и |
|||||||
Т2…Т3. делайте вывод о характере зависимости скорости реакции от |
|||||||||
|
при |
|
|
|
|
|
|||
температуры раствора. |
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
Термодинамические расчеты |
|
|
|
|||
|
Задан |
е 1. Используя термодинамические характеристики веществ, |
|||||||
участвующ х в реакц |
(см. прил. 6), рассчитать изменение энергии |
||||||||
Гиббса ΔG |
стандартных условиях и при указанной температуре |
||||||||
(табл. 8). На основан |
|
полученных результатов расчета сделать вывод о |
|||||||
возможности протекан я химической реакции в прямом направлении при |
|||||||||
разных температурах. Рассчитать приблизительно температуру, при |
|||||||||
которой устанавливается равновесие в реакционной системе. |
|
|
|||||||
|
|
|
|
Исходные данные |
|
|
Таблица 8 |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Номер |
|
|
Уравнение реакции |
|
|
|
Т, К |
|
|
варианта |
бА |
|
|
|
||||
|
1 |
|
|
2 |
|
|
|
3 |
|
|
1 |
NH3(г) + HCl(г) = NH4Cl(т) |
|
|
|
500 |
|
||
|
2 |
As2O3(т) + O2(г) = As2O5(т) |
|
|
|
600 |
|
||
|
3 |
CS2(ж) + 3 O2(г) = СO2(г) + 2 SO2(г) |
И |
|
|||||
|
|
|
|
700 |
|
||||
|
|
Д |
|
|
|||||
4 |
Fe2O3(т) + 3 CO(г) = 2 Fe(т) + 3 CO2(г) |
800 |
|
||||||
|
5 |
Al2O3(т) + 3 SO3(г) = Al2(SO4)3(т) |
|
|
|
900 |
|
||
|
6 |
FeO(т) + CO(г) = Fe(т) + CO2(г) |
|
|
|
1000 |
|
||
|
7 |
2 CH3OH(г) + 3 O2(г) = 4 H2O(г) + 2 CO2(г) |
|
|
650 |
|
|||
|
8 |
2 H2S(г) + 3 O2(г) = 2 H2O(ж) + 2 SO2(г) |
|
|
750 |
|
|||
|
9 |
SO2(г) + 2 H2S(г) = 2 H2O(ж) + 3 S(т) |
|
|
|
850 |
|
||
|
10 |
Fe2O3(т) + 3 С(т) = 2 Fe(т) + 3 CO(г) |
|
|
|
950 |
|
||
|
11 |
С(т) + O2(г) + H2(г) = HCOOH(ж) |
|
|
|
1050 |
|
||
|
12 |
2 ZnS(т) + 3 O2(г) = 2 ZnO(т) + 2 SO2(г) |
|
|
1100 |
|
|||
|
13 |
Cl2(г) + 2 HI(г) = I2(т) + 2 HCl(г) |
|
|
|
400 |
|
||
|
14 |
NH4NO3(т) = N2O(г) + 2 H2O(г) |
|
|
|
450 |
|
||
34
|
|
|
|
|
|
|
Окончание табл. 8 |
||||
|
1 |
|
|
|
|
2 |
|
|
|
3 |
|
|
Спа 15 |
MgO(т) + H2(г) = Mg(т) + H2O(ж) |
|
|
|
800 |
|
||||
|
16 |
|
GeO2(т) + 4 HCl(г) = GeCl4(г) + 2 H2O(г) |
|
|
|
900 |
|
|||
|
17 |
|
WO3(т) + 3 H2(г)=W(т) + 3 H2O(г) |
|
|
|
1000 |
|
|||
С |
|
|
|
|
|
|
500 |
|
|||
18 |
|
3SiH4(г) + 4NH3(г) =Si3N4(т) + 12H2(г) |
|
|
|
|
|||||
|
19 |
|
Na2O(т) + SiO2(т) Na2SiO3(т) |
|
|
|
550 |
|
|||
|
20 |
|
Si3N4(т) + 3 Ba(OH)2(т) + 3 H2O(ж) 3 BaSiO3(т) +4 NH3(г) |
|
400 |
|
|||||
|
|
Вопросы задания для защиты лабораторной работы |
|
|
|||||||
|
нетика |
. Термодинамические расчеты» |
|
|
|||||||
|
«Х м ческая к |
|
|
|
|||||||
1. |
Дайте определен е понятию «термохимия». |
|
|
|
|
||||||
2. |
Как называются реакции, идущие с выделением тепловой |
||||||||||
энергии? |
бА |
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
3. |
Как называются реакции, идущие с поглощением тепловой |
||||||||||
энергии? |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
4. |
Сформул руйте |
понятие |
«тепловой |
эффект |
химической |
||||||
реакции». |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
5. |
Какое уравнение называется термохимическим? |
|
|
|
|
||||||
6. |
Сформулировать закон Лавуазье–Лапласа. |
|
|
|
|
|
|||||
7. |
Сформулировать закон Гесса. |
|
|
|
|
|
|||||
8. |
Сформулировать следствия из закона Гесса (с формулами). |
||||||||||
9. |
|
|
|
Д |
|
|
|||||
Что такое «теплота образования»? |
|
|
|
|
|
||||||
10. |
Что такое «теплота сгорания»? |
|
|
|
|
|
|||||
11. |
Что такое «термодинамика»? |
|
|
|
|
|
|
||||
12. |
Сформулировать І закон термодинамики. |
|
|
|
|
|
|||||
13. |
Сформулировать понятие |
«энтальпия», |
назвать |
единицу ее |
|||||||
|
|
|
|
|
|
И |
|||||
измерения. Вывести связь между энтальпией и тепловым эффектом |
|||||||||||
химической реакции. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
14. |
Сформулировать понятие «энтропия», назвать единицу ее |
||||||||||
измерения, ІІ закон термодинамики. |
|
|
|
|
|
|
|||||
15. |
Объясните изменение энтропии при химических процессах и |
||||||||||
фазовых переходах. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
16. |
Сформулируйте понятие «термодинамическая вероятность» и |
||||||||||
запишите уравнение, которым выражается ее связь с энтропией. |
|
|
|||||||||
17. |
Сформулируйте постулат Планка (ІІІ закон термодинамики). |
||||||||||
Покажите графически зависимость энтропии от температуры. |
|
|
|
|
|||||||
18. |
Сформулируйте понятие «энергия Гиббса», назовите единицу ее |
||||||||||
измерения и напишите формулу для ее расчета. |
|
|
|
|
|
||||||
35