Что такое скорость химической реакции и как ее определяют?

9 ответов на вопрос “Что такое скорость химической реакции и как ее определяют?”

  1. НеКо Ответить

    1. Что такое скорость химической реакции и как ее определяют?
    Скорость химической реакции – это величина, показывающая, как изменяются концентрации исходных веществ или продуктов реакции за единицу времени.
    Следовательно, только что приведенное определение математически можно выразить так:
    где v – скорость реакции, ?C – изменение концентрации (в моль/л), а ?? – интервал времени, в течение которого это изменение произошло (сек). Следовательно, размерность у скорости реакции такая: “моль/л · сек”.
    2. Приведите примеры реакций, замедление или ускорение которых имеет положительное или отрицательное значение для производства или в быту.
    Положительное значение на производстве. Например, ускорение реакции (при повышении температуры) спиртового брожения, на заводе по производству спирта, даст больше спирта за тот же промежуток времени. Соответствующая реакция: C6H12O6 = 2C2H5OH + 2CO2.
    Отрицательное значение на производстве. А например, на молочном производстве увеличение скорости реакции спиртового брожения, даст уже отрицательный эффект.
    Положительное значение в быту. Чистящие вещества, содержащие кислоты, позволяют быстро растворить известковый налет, но они так же отрицательно влияют, например, на хромовое покрытие смесителей для воды и т. д., поэтому в чистящие вещества добавляют специальные ингибиторы для уменьшения скорости реакций кислот с металлами.
    Отрицательное значение в быту. Ускорение процессов гниения (разложение азотсодержащих органических соединений, в результате их ферментативного гидролиза).
    3. В таблице 1 указаны условия, влияющие на скорость химических реакций, и приведены примеры. Назовите для каждого условия один-два дополнительных примера, составьте уравнения реакций и дайте обоснование их осуществлению.
    4. В сосуде емкостью 2 л газы А и В реагируют в соответствии с уравнением А + В = 2С.
    В начале реакции газа А было 0,4 моль, а через 2 с было обнаружено 0, 2 моль продукта. Определите скорость реакции.
    Решение.
    Как видно по реакции, чтобы образовалось 0,2 моль С, нужно затратить 0,1 моль А. Тогда А осталось
    ?n(А) = 0,4 моль-0,1 моль = 0,3 моль
    ? с(А) = n(А)/V=0,3моль/2л=0,15 моль/л
    v = ? с(А)/ ?t= 0,15 моль/л/2 с = 0,075 моль/л*с
    Ответ: 0,075 моль/л*с

  2. Hellcaster Ответить

    Лекция 7.
    Скорость химической реакции. Закон действующих масс. Химическое равновесие.
    Кинетическое уравнение первого порядка
    (иллюстративный дополнительный материал)
    Рассмотрим гомогенную реакцию первого порядка, константа скорости которой равна k, начальная концентрация вещества A равна [A]0.
    A P
    d[A]
    По определению скорость гомогенной химической реакции равна
    W =
    = -k[ A]
    изменению концентрации в единицу времени. Раз вещество A –
    dt
    реагент, ставим знак «минус».
    Такое уравнение называется дифференциальным (есть
    d[A]
    = -kdt
    производная)
    [ A]
    Для его решения в левую часть переносим величины
    концентраций, а в правую – времени.
    Если равны производные двух функций, то сами функции
    должны отличаться не более, чем на константу.
    Для решения данного уравнения берут интеграл левой части (по
    концентрации) и правой части (по времени). Чтобы не пугать
    ln[ A] = ?kt +C
    слушателей, ограничимся ответом.
    Имеем:
    Значок ln – натуральный логарифм, т.е. число b, такое что
    eb
    = [ A] ,e = 2,71828…
    ln[ A]- ln[A]0 = -kt
    Константу C находят из начальных условий:
    при t = 0 начальная концентрация равна [A]0
    [ A]
    = -kt
    Раз логарифм –
    это степень числа, используем свойства степеней
    ln
    e
    a
    [ A]0
    ea?b=
    eb
    Теперь избавимся от противного логарифма (см. определение
    логарифма на 6-7строчек выше),
    для чего возведем число
    e
    в степень левой части уравнения и правой части уравнения.
    [ A]
    = e?kt
    Умножим на [A]0
    [ A]0
    Кинетическое уравнение первого порядка.
    [ A]= [A]0 ? e?kt
    На основании
    полученного кинетического уравнения первого
    порядка может
    быть
    рассчитана
    концентрация вещества
    A
    в любой момент времени
    Для целей нашего курса данный вывод носит ознакомительный характер, для того чтобы продемонстрировать Вам применение математического аппарата для расчета хода химической реакции. Следовательно, грамотный химик не может не знать математику. Учите математику!

  3. Zulugrel Ответить

    Скорость реакции определяется изменением молярной концентрации одного из реагирующих веществ:
    V = ± ((С2 – С1) / (t2 – t1)) = ± (DС / Dt)
    где С1 и С2 – молярные концентрации веществ в моменты времени t1 и t2 соответственно (знак (+) – если скорость определяется по продукту реакции, знак (-) – по исходному веществу).
    Реакции происходят при столкновении молекул реагирующих веществ. Ее
    скорость определяется количеством столкновений и вероятностью того, что
    они приведут к превращению. Число столкновений определяется
    концентрациями реагирующих веществ, а вероятность реакции – энергией
    сталкивающихся молекул.
    Факторы, влияющие на скорость химических реакций.
    1. Природа реагирующих веществ.
    Большую роль играет характер химических связей и строение молекул
    реагентов. Реакции протекают в направлении разрушения менее прочных
    связей и образования веществ с более прочными связями. Так, для разрыва
    связей в молекулах H2 и N2 требуются высокие энергии; такие молекулы мало реакционноспособны. Для разрыва связей в сильнополярных молекулах (HCl, H2O)
    требуется меньше энергии, и скорость реакции значительно выше. Реакции
    между ионами в растворах электролитов протекают практически мгновенно.
    Примеры
    Фтор с водородом реагирует со взрывом при комнатной температуре, бром с водородом взаимодействует медленно и при нагревании.
    Оксид кальция вступает в реакцию с водой энергично, с выделением тепла; оксид меди – не реагирует.
    2. Концентрация. С увеличением
    концентрации (числа частиц в единице объема) чаще происходят
    столкновения молекул реагирующих веществ – скорость реакции возрастает.
    Закон действующих масс (К. Гульдберг, П.Вааге, 1867г.)
    Скорость химической реакции прямо пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ.
    aA + bB + . . . ® . . .
    V = k
    [A]a [B]b . . .
    Константа скорости реакции k зависит
    от природы реагирующих веществ, температуры и катализатора, но не
    зависит от значения концентраций реагентов.
    Физический смысл константы скорости
    заключается в том, что она равна скорости реакции при единичных
    концентрациях реагирующих веществ.
    Для гетерогенных реакций концентрация твердой фазы в выражение скорости реакции не входит.
    3. Температура. При повышении температуры на каждые 10°C скорость реакции возрастает в 2-4 раза (Правило Вант-Гоффа). При увеличении температуры от t1 до t2 изменение скорости реакции можно рассчитать по формуле:
    (t2 – t1) / 10
    Vt2 / Vt1
    = g
    (где Vt2 и Vt1 – скорости реакции при температурах t2 и t1 соответственно; g- температурный коэффициент данной реакции).
    Правило Вант-Гоффа применимо только в узком интервале температур. Более точным является уравнение Аррениуса:
    k = A
    e -Ea/RT
    где
    A – постоянная, зависящая от природы реагирующих веществ;
    R – универсальная газовая постоянная [8,314 Дж/(моль
    К) = 0,082 л атм/(моль К)];
    Ea – энергия активации, т.е. энергия, которой должны обладать
    сталкивающиеся молекулы, чтобы столкновение привело к химическому
    превращению.
    Энергетическая диаграмма химической реакции.


    Экзотермическая реакция
    Эндотермическая реакция
    А – реагенты, В – активированный комплекс (переходное состояние), С – продукты.
    Чем больше энергия активации Ea, тем сильнее возрастает скорость реакции при увеличении температуры.
    4. Поверхность соприкосновения
    реагирующих веществ. Для гетерогенных систем (когда вещества находятся
    в разных агрегатных состояниях), чем больше поверхность
    соприкосновения, тем быстрее протекает реакция. Поверхность твердых
    веществ может быть увеличена путем их измельчения, а для растворимых
    веществ – путем их растворения.
    5. Катализ. Вещества, которые
    участвуют в реакциях и увеличивают ее скорость, оставаясь к концу
    реакции неизменными, называются катализаторами.
    Механизм действия катализаторов связан с уменьшением энергии активации
    реакции за счет образования промежуточных соединений. При гомогенном катализе реагенты и катализатор составляют одну фазу (находятся в одном агрегатном состоянии), при гетерогенном катализе
    – разные фазы (находятся в различных агрегатных состояниях). Резко
    замедлить протекание нежелательных химических процессов в ряде случаев
    можно добавляя в реакционную среду ингибиторы (явление “отрицательного катализа”).

  4. НеYд3ржiмый Ответить

    Скорость гомогенной и гетерогенной реакций определяются различно.
    Определение меры скорости химической реакции можно записать в математической форме. Пусть – скорость химической реакции в гомогенной системе, nB – число моле какого-либо из получающихся при реакции веществ, V – объем системы, – время. Тогда в пределе:
    = dnB / (Vd)
    Это уравнение можно упростить – отношение количества вещества к объему представляет собой молярную концентрацию вещества nB /V = cB,
    откуда dnB / V = dcB и окончательно:
    = dcB/d
    На практике измеряют концентрации одного или нескольких веществ в определенные промежутки времени. Концентрации исходных веществ со временем уменьшаются, а
    концентрации продуктов – увеличиваются (рис. 1).

    Рис. 1. Изменение концентрации исходного вещества (а) и продукта реакции (б) со временем

    Факторы, влияющие на скорость химической реакции

    Факторами, оказывающими влияние на скорость химической реакции, являются: природа реагирующих веществ, их концентрации, температура, присутствие в системе
    катализаторов, давление и объем (в газовой фазе).
    С влиянием концентрации на скорость химической реакции связан основной закон химической кинетики – закон действующих масс (ЗДМ): скорость химической
    реакции прямопропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ, возведенных в степени их стехиометрических коэффициентов. ЗДМ не учитывает
    концентрацию веществ в твердой фазе в гетерогенных системах.
    Для реакции mA +nB = pC +qD математическое выражение ЗДМ будет записываться:
    = k ? CAm ? CBn
    = k ? [A]m ? [B]n ,
    где k – константа скорости химической реакции, представляющая собой скорость химической реакции при концентрации реагирующих веществ 1моль/л. В отличие от
    скорости химической реакции, k не зависит от концентрации реагирующих веществ. Чем выше k, тем быстрее протекает реакция.
    Зависимость скорости химической реакции от температуры определяется правилом Вант-Гоффа. Правило Вант-Гоффа: при повышении температуры на каждые десять
    градусов скорость большинства химических реакций увеличивается примерно в 2 – 4 раза. Математическое выражение:
    (T2) = (T1) ? (T2-T1)/10 ,
    где – температурный коэффициент Вант-Гоффа, показывающий во сколько раз увеличилась скорость реакции при повышении температуры на 10oС.

    Молекулярность и порядок реакции

    Молекулярность реакции определяется минимальным числом молекул, одновременно вступающих во взаимодействие (участвующих в элементарном акте). Различают:
    — мономолекулярные реакции (примером могут служить реакции разложения)
    N2O5 = 2NO2 + 1/2O2
    = k ? C, -dC/dt = kC
    Однако, не все реакции, подчиняющиеся этому уравнению мономолекулярны.
    — бимолекулярные
    H2 + I2 = 2HI
    CH3COOH + C2H5OH = CH3COOC2H5 + H2O
    = k ? C1 ? C2, -dC/dt = k ? C1 ? C2
    — тримолекулярные (встречаются очень редко).
    Молекулярность реакции определяется ее истинным механизмом. По записи уравнения реакции определить ее молекулярность нельзя.
    Порядок реакции определяется по виду кинетического уравнения реакции. Он равен сумме показателей степеней концентрации в этом уравнении. Например:
    CaCO3 = CaO + CO2
    = k ? C12 ? C2 – третий порядок
    Порядок реакции может быть дробным. В таком случае он определяется экспериментально. Если реакция протекает в одну стадию, то порядок реакции и ее
    молекулярность совпадают, если в несколько стадий, то порядок определяется самой медленной стадией и равен молекулярности этой реакции.

    Примеры решения задач

  5. Tojagul Ответить

    ЗДМ относится к гомогенным реакциям. Если реакция геторогенная (реагенты находятся в разных агрегатных состояниях), то в уравнение ЗДМ входят только жидкие или только газообразные реагенты, а твердые исключаются, оказывая влияние только на константу скорости k.
    Молекулярность реакции – это минимальное число молекул, участвующих в элементарном химическом процессе. По молекулярности элементарные химические реакции делятся на молекулярные (А >) и бимолекулярные (А + В >); тримолекулярные реакции встречаются чрезвычайно редко.
    Скорость гетерогенных реакций
    Зависит  от площади поверхности соприкосновения веществ, т.е. от степени измельчения веществ, полноты смешивания реагентов.
    Пример — горение древесины. Целое полено горит на воздухе сравнительно медленно. Если увеличить поверхность соприкосновения дерева с воздухом, расколов полено на щепки, скорость горения увеличится.
    Пирофорное  железо высыпают  на лист фильтровальной бумаги. За время падения частицы железа раскаляются и поджигают бумагу.
    Влияние температуры на скорость реакции
    В XIX веке голландский ученый Вант-Гофф опытным путем обнаружил, что при повышении температуры на 10 оС скорости многих реакций возрастают в 2-4 раза.
    Правило Вант-Гоффа

    При повышении температуры на каждые 10?С скорость реакции увеличивается в 2-4 раза.
    Здесь ? (греческая буква «гамма») — так называемый температурный коэффициент или коэффициент Вант-Гоффа, принимает значения от 2 до 4.
    Для каждой конкретной реакции температурный коэффициент определяется опытным путем. Он показывает, во сколько именно раз возрастает скорость данной химической реакции (и ее константа скорости) при повышении температуры на каждые 10 градусов.
    Правило Вант-Гоффа используется для приближенной оценки изменения константы скорости реакции при повышении или понижении температуры. Более точное соотношение между константой скорости и температурой установил шведский химик Сванте Аррениус:

    Чем больше Ea конкретной реакции, тем меньше (при данной температуре) будет константа скорости k (и скорость) этой реакции. Повышение Т приводит к увеличению константы скорости, это объясняется тем, что повышение температуры приводит к быстрому увеличению числа «энергичных» молекул, способных преодолевать активационный барьер Ea.
    Влияние катализатора на скорость реакции
    Можно изменить скорость реакции, используя специальные вещества, которые изменяют механизм реакции и направляют ее по энергетически более выгодному пути с меньшей энергией активации.
    Катализаторы – это вещества, участвующие в химической реакции и увеличивающие ее скорость, но по окончании реакции остающиеся неизменными  качественно и количественно.
    Ингибиторы – вещества, замедляющие химические реакции.
    Изменение скорости химической реакции или ее направления с помощью катализатора называют катализом.


    Задания ЕГЭ по химии тест онлайн

Добавить ответ

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *