Материал: 1838
3.Химическая реакция между реагирующими молекулами, адсорбированными на поверхности катализатора.
4.Десорбция продуктов реакции с поверхности катализатора.
5.Диффузия продукта в объем фазы.
Химическое равновесие. Рассмотрим, как проходят обратимые реакции. В начальный момент времени продукты реакции отсутствуют, концентрации исходных веществ максимальны. Скорость прямой реакции в начальный момент также максимальна. По мере накопления продуктов реакции начинает протекать обратная реакция. Чем больше образуется продуктов реакции, тем больше становится скорость обратной реакции. Так как в ходе прямой реакции исходные вещества постепенно расходуются, их концентрации уменьшаются, то скорость прямой реакции уменьшается.
Всостоянии химического равновесияДконцентрацииИ исходных веществ
ипродуктов реакции не изменяютсяАво времени и называются равновесными концентрациями.
Энергия системы в состояниибравновесия минимальна и не изменяется, то есть G 0 .
Эти три условия являютсяипризнаками химического равновесия. Константа равновес я Кр равна отношению константы скорости пря-
мой реакции к константеСскорости обратной реакции. Если выразить кон-
ных концентраций исходных веществ в степенях, равных их стехиометрическим коэффициентам, есть величина постоянная и равная константе химического равновесия.
Для реакции аА + bВ → сС + dD скорость прямой реакции равна1 k1 A a B b , скорость обратной реакции равна 2 k2 C c D d . Прирав-
няем |
скорости |
|
прямой |
и обратной реакций: |
|
1 2 |
и |
||||
a |
b |
|
c |
|
d |
|
|
k1 |
|
C c D d |
|
k1 A |
B |
k2 C |
|
D |
|
. Выразим из этого равенства K |
|
|
A a B b . |
|
|
|
|
k2 |
|
||||||||
11
Константа химического равновесия отражает глубину превращения исходных веществ в продукты реакции. Если
Кр << 1 – малый выход продуктов реакции, равновесие смещено в сторону обратной реакции;
Кр >> 1 – большой выход продуктов реакции, равновесие смещено в сторону прямой реакции.
Если в реакции участвуют твердые вещества, то их концентрации в выражение константы равновесия не записывают, принимают их равными единице.
Константа равновесия зависит от:
-природы реагентов;
-температуры (при экзотермических реакциях с ростом температуры
она уменьшается, а при эндотермических возрастает).
Связь кинетических и термодинамическихИпараметров химической реакции выражается уравнениемХимическое равновесие не являетсяДстатичным. Если изменяются
внешние условия, то равновесие можетАсмещаться в сторону прямой или обратной реакции. Закономерностибсмещения химического равновесия описывает принцип Ле Шателье.
ствие, изменив температуру, давление или концентрацию, то равновесие сместится в такомСнаправлен , которое ослабляет оказанное воздействие.
Если на систему, находящуюсяи в равновесии, оказать внешнее воздей-
1. Влияние концентрац й. При увеличении концентрации исходных веществ равновесие смещается в сторону прямой реакции (образования продуктов реакции), а при увеличении концентрации продуктов – в сторону обратной реакции (образования исходных веществ).
При уменьшении концентрации исходных веществ равновесие смещается в сторону обратной реакции (образования исходных веществ), а при уменьшении концентрации продуктов – в сторону прямой реакции (образования продуктов реакции).
Можно сказать, что при увеличении концентрации любого из веществ химическое равновесие смещается в сторону той реакции, где это вещество расходуется.
2. Влияние давления. Изменение давления влияет на химическое равновесие лишь тех реакций, в которых происходит изменение количества газообразных веществ. При увеличении давления равновесие смещается в сто-
12
рону уменьшения числа молей газа, и наоборот, при уменьшении давления –
всторону увеличения молей газа.
3.Влияние температуры. При увеличении температуры равновесие смещается в сторону эндотермической реакции, при понижении температуры – в сторону экзотермической реакции.
Лабораторная работа №1
Химическая кинетика
Цель работы: изучить влияние концентрации реагирующих веществ и температуры на скорость химической реакции.
Опыт 1. Зависимость скорости химической реакции от |
|||
концентрации реагирующих веществ. |
|
|
И |
|
|
|
|
В результате взаимодействия тиосульфата натрия и серной кислоты |
|||
|
Д |
||
образуется свободная сера, поэтому раствор становится мутным. О скорости |
|||
реакции судим по времени образования осадка серы. |
|||
А |
|
||
Na2S2O3 + H2SO4 → Na2SO4 |
+ H2O + ↓S + SO2. |
||
Запишите выражение закона действующих масс для данной реакции. |
|||
б |
|
|
|
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. 1.
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 1 |
|
|
|
|
Результаты наблюдений |
|
|
||
Номер |
|
Количество капель |
|
Условная |
Время |
Относительная |
||
пробирки |
|
|
|
и |
|
концентрация |
протекания |
скорость |
Na2S2O3 |
|
H2O |
общее |
H2SO4 |
||||
|
(1 н.) |
|
|
количество |
(2 н.) |
раствора |
реакции |
реакции |
|
|
|
С |
|
|
τ, с |
1/τ, с-1 |
|
1 |
4 |
|
8 12 |
1 |
C |
|
|
|
2 |
8 |
|
4 |
12 |
1 |
2C |
|
|
3 |
12 |
|
0 |
12 |
1 |
3C |
|
|
Далее в пробирку 1 добавьте 1 каплю серной кислоты и заметьте время с момента попадания капли кислоты в раствор тиосульфата натрия до начала его помутнения. Затем опыт повторите с пробирками 2 и 3. Все полученные данные занесите в табл. 1.
Рассчитайте относительную скорость реакции, округлив значение до сотого знака. Начертите график зависимости относительной скорости реакции (ось y) от условной концентрации раствора тиосульфата натрия (ось x) в
13
определенном масштабе. Сделайте вывод о характере зависимости скорости реакции от концентрации реагирующих веществ.
Опыт 2. Влияние температуры на скорость реакции.
В три сухие пробирки добавьте равные объемы раствора тиосульфата натрия одной концентрации. В термостат налейте горячую 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. 2.
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 2 |
|
|
|
|
Результаты наблюдений |
|
|
|
||
|
Номер |
Количество капель |
Температура |
|
Время |
Относительная |
|
|
|
пробирки |
Na2S2O3 |
H2SO4 |
раствора |
|
протекания |
скорость |
|
|
|
(1 н.) |
(2 н.) |
t, ºС |
|
реакции |
реакции |
|
|
|
|
|
|
|
τ, с |
1/τ, с-1 |
|
|
1 |
10 |
1 |
|
|
|
|
|
|
2 |
10 |
1 |
|
|
|
|
|
|
3 |
10 |
1 |
|
|
|
|
|
|
Не вынимая пробирку с тиосульфатом натрия из термостата, добавьте |
|||||||
|
|
|
|
И |
|
|
||
в нее 1 каплю серной кислоты и заметьте время с момента попадания капли |
||||||||
кислоты в раствор тиосульфата натрия доДпоявления помутнения. Затем охладите воду в термостате на 10 ºС, добавляя холодную воду, и повторите
повторите опыт с пробиркойб3. ВсеАполученные данные занесите в табл. 2. Рассчитайте относ тельную скорость реакции, округлив значение до
опыт с пробиркой 2. После этого охладите воду в термостате еще на 10 ºС и
Вант-Гоффа в интервалеСтемператур t1… t2; t2… t3 и t1 … t3. Сделайте вывод о влиянии изменения температуры раствора на скорость химической реакции.
сотого знака. Начерт те граф к зависимости относительной скорости реак-
ции (ось y) от температуры раствора (ось x) в определенном масштабе. Рас- |
|
считайте значение температурногои |
коэффициента в выражении уравнения |
Вопросы и задания для защиты лабораторной работы «Химическая кинетика»
1. Что изучает химическая кинетика?
2. Какие реакции называются гомогенными, а какие гетерогенными? Приведите примеры.
3. Что такое скорость химической реакции? Запишите математические выражения для определения скоростей гомогенной и гетерогенной реакций.
14
4. От каких факторов зависит скорость реакции? Сформулируйте закон, определяющий зависимость скорости реакции от концентрации реагирующих веществ. Запишите математическое выражение этого закона для гомогенных и гетерогенных реакций. Сформулируйте физический смысл константы скорости реакции.
5. Сформулируйте правило Вант-Гоффа, запишите математическое уравнение зависимости скорости реакции от температуры. Объясните физический смысл температурного коэффициента.
6. Что называется механизмом химической реакции? Что такое «энергия активации»? Как зависит скорость реакции от величины энергии активации? Запишите уравнение Аррениуса и объясните физический смысл всех входящих в него величин.
7. Какие вещества называются катализаторами? Влияют ли катализаторы на тепловой эффект реакции, на константу равновесия? Может ли катализатор изменить вероятность протекания химической реакции? Что на-
чего происходит увеличение скорости реакции?И 9. Объясните механизм гетерогенной каталитической реакции. Какие
зывают гомогенным и гетерогенным катализом?
8. Объясните механизм гомогенной каталитической реакции. За счет
Опыт 1. Влияние изменения концентрации реагирующих веществ на смещение химического равновесия.
стадии появляются в гетерогенном катализе по сравнению с гомогенным? |
||
|
|
Д |
Приведите примеры применения каталитических реакций. |
||
Ла ораторнаяАработа №2 |
||
|
б |
|
Х м ческое равновесие |
||
и |
|
|
С |
|
|
Влияние изменения концентрации реагирующих веществ на смещение химического равновесия исследуется на примере обратимой реакции взаимодействия роданида калия и хлорида железа (III) с образованием роданида железа (III) и хлорида калия:
3KSCN + FeCl3 ↔ Fe(SCN)3 + 3KCl.
Напишите выражение константы равновесия для данной химической реакции.
На направление протекания реакции указывает окраска раствора. Роданид калия (III) и хлорид калия бесцветны, хлорид железа окрашен в желтый цвет, роданид железа (III) имеет кроваво-красную окраску. Для проведения опыта в пробирку внесите по 5…10 капель разбавленных растворов
15