Закон действующих масс Воздействие температуры на скорость хим реакции
Учебные материалы


Закон действующих масс Влияние температуры на скорость химической реакции



Карта сайта retailunits.ru

Химическая кинетика

  • Юрмазова Татьяна

  • Александровна


Скорость химической реакции

  • Скорость химической реакции

  • Классификация химических реакций

  • Закон действующих масс

  • Влияние температуры на скорость химической реакции. Правило Вант-Гоффа

  • Энергия активации. Уравнение Аррениуса

  • Влияние давления на скорость химической реакция

  • Катализ



Кинетика

– наука о скоростях и механизмах процессов

  • Кинетика

    – наука о скоростях и механизмах процессов

  • Химическая кинетика

    изучает скорости и механизмы химических реакций



Под

скоростью химической реакции

понимается число элементарных актов взаимодействия реагентов в единицу времени, сек., мин., час, в единице объема – мл, литр, м3 - для гомогенных реакций или на единице поверхности.

  • Под

    скоростью химической реакции

    понимается число элементарных актов взаимодействия реагентов в единицу времени, сек., мин., час, в единице объема – мл, литр, м3 - для гомогенных реакций или на единице поверхности.



На практике

скорость химической реакции

выражается изменением концентрации реагентов или продуктов в единицу времени.

  • На практике

    скорость химической реакции

    выражается изменением концентрации реагентов или продуктов в единицу времени.



а)

Гомогенные

- реакции в которых реагенты находятся в одном агрегатном состоянии

  • а)

    Гомогенные

    - реакции в которых реагенты находятся в одном агрегатном состоянии





Простая или элементарная реакция

протекает в одну стадию, без образования промежуточных веществ.

  • Простая или элементарная реакция

    протекает в одну стадию, без образования промежуточных веществ.

  • Простые реакции делятся на:

  • мономолекулярные

  • бимолекулярные

  • трехмолекулярные



– в элементарном акте участвует одна молекула (разложение)

  • – в элементарном акте участвует одна молекула (разложение)



- в элементарном акте участвуют 2 молекулы (столкновение двух молекул)

  • - в элементарном акте участвуют 2 молекулы (столкновение двух молекул)



в элементарном акте участвуют три молекулы, вероятность их столкновения мала

  • в элементарном акте участвуют три молекулы, вероятность их столкновения мала



Сложные реакции

протекают в несколько стадий с образованием промежуточных продуктов. Сложные реакции бывают:

  • Сложные реакции

    протекают в несколько стадий с образованием промежуточных продуктов. Сложные реакции бывают:

  • последовательные

  • параллельные реакции

  • цепные реакции









Скорость химической реакции пропорциональна концентрации реагирующих веществ.

  • Скорость химической реакции пропорциональна концентрации реагирующих веществ.



k – константа скорости химической реакции,

  • k – константа скорости химической реакции,

  • СА, СВ – молярные концентрации реагентов в любой момент времени моль/л,

  • a, b – стехиометрические коэффициенты,

  • а – порядок реакции по веществу А,

  • b – порядок реакции по веществу В,

  • а + b –общий кинетический порядок реакции. Общий порядок простой реакции совпадает с ее молекулярностью.



по N2O первый порядок,

  • по N2O первый порядок,

  • по Н2 первый порядок, суммарный второй.

  • Для простой реакции общий порядок равен сумме частных порядков.



Если реакция сложная, то происходит ряд промежуточных превращений и порядок реакции равен порядку реакции лимитирующей стадии.

  • Если реакция сложная, то происходит ряд промежуточных превращений и порядок реакции равен порядку реакции лимитирующей стадии.

  • В сложных реакциях порядок реакции не совпадает с ее молекулярностью.

  • Молекулярность - это число одновременно сталкивающихся молекул.



Реакция образования воды, сложная цепная реакция:

  • Реакция образования воды, сложная цепная реакция:

  • 2Н2 + О2 = 2Н2О

  • Н2 + О2 = ОН• + ОН•

  • ОН• + Н2 = Н2О + Н•

  • Н• + О2= ОН• + О•

  • О• + Н2 = ОН• + Н•



порядок по водороду - 0,4

  • порядок по водороду - 0,4

  • порядок по кислороду – 0,3

  • сумма равна 0,7

  • порядок реакции не совпадает со стехиометрическими коэффициентами.

  • Молекулярность равна трем.



а) n=0 б) n=1 в) n>1

  • а) n=0 б) n=1 в) n>1



Если построить зависимость в координатах концентрация от времени, то можно определить как порядок реакции, так и константу.

  • Если построить зависимость в координатах концентрация от времени, то можно определить как порядок реакции, так и константу.



Правило Вант-Гоффа:

  • Правило Вант-Гоффа:

  • Чем выше температура, тем больше скорость химической реакции.

  • Скорость химической реакции увеличивается в 2-4 раза при увеличении температуры на каждые 100 .



γ

– температурный коэффициент Вант-Гоффа, показывает во сколько раз возросла скорость химической реакции.

  • γ

    – температурный коэффициент Вант-Гоффа, показывает во сколько раз возросла скорость химической реакции.



Во сколько раз увеличится скорость химической реакции при повышении температуры от 200-500 ºС, если температурный коэффициент γ= 2?

  • Во сколько раз увеличится скорость химической реакции при повышении температуры от 200-500 ºС, если температурный коэффициент γ= 2?





При 100 ºС реакция идет за 16 минут , сколько времени надо при 140 ºС, температурный коэффициент равен 2?

  • При 100 ºС реакция идет за 16 минут , сколько времени надо при 140 ºС, температурный коэффициент равен 2?



Первое условие протекания реакции является столкновение реагирующих молекул, но не каждое столкновение приводит к реакции, реагируют только те молекулы, у которых кинетическая

ЕК

достаточна для преодоления отталкивания электронных оболочек, эта повышенная энергия достаточная для взаимодействия молекул, называется

энергией активации Еа кДж/моль.

  • Первое условие протекания реакции является столкновение реагирующих молекул, но не каждое столкновение приводит к реакции, реагируют только те молекулы, у которых кинетическая

    ЕК

    достаточна для преодоления отталкивания электронных оболочек, эта повышенная энергия достаточная для взаимодействия молекул, называется

    энергией активации Еа кДж/моль.



Энергия активации характеристика реакции в целом, а не для вещества.

  • Энергия активации характеристика реакции в целом, а не для вещества.

  • Энергия активации - это наименьшая энергия необходимая для того, чтобы молекула прореагировала.



Реакция начинается только между теми частицами, которые обладают повышенной энергией, такие частицы при столкновении сначала образуют активированный комплекс, что-то вроде промежуточного соединения, существующего в течение очень короткого времени. Затем активированный комплекс разрушается с образованием продуктов реакции. Образование активированного комплекса более энергетически выгодно, чем предварительный полный распад молекул, вступающих в реакцию.

  • Реакция начинается только между теми частицами, которые обладают повышенной энергией, такие частицы при столкновении сначала образуют активированный комплекс, что-то вроде промежуточного соединения, существующего в течение очень короткого времени. Затем активированный комплекс разрушается с образованием продуктов реакции. Образование активированного комплекса более энергетически выгодно, чем предварительный полный распад молекул, вступающих в реакцию.



Электронные облака не дают взаимодействовать молекулам, избыточная энергия нужна для разрыва атомов и атомы взаимодействуют:

  • Электронные облака не дают взаимодействовать молекулам, избыточная энергия нужна для разрыва атомов и атомы взаимодействуют:

  • 1.

    Н

    2 → 2H E=434 кДж/моль - атомизация
  • 2. J2 → 2J E=100 кДж/моль

  • 3.

    Н

    + J →

    Н

    J E= 530 ÷ 550 кДж/моль (теоретическая), экспериментальная энергия активации равна – 170 кДж/моль. Почему разница? Как идет этот процесс?
  • Атомизация на самом деле не идет. Молекулы образуют промежуточные активированные комплексы

  • Н

    2 + J2 → H2……J2 → 2HJ
  • Для обратимых химических реакций активированный комплекс является одним и тем же для прямой и обратной реакции.



К

– константа скорости реакции,

  • К

    – константа скорости реакции,

  • е

    – основание натурального логарифма,

  • Т

    – температура, в К,

  • R

    – молярная газовая постоянная 8,31 Дж/моль*К

  • Еа

    – энергия активации, Дж/моль,

  • А

    – предэкспоненциальный множитель, показывает общее число столкновений.



Строят график в

аррениусовских координатах (ln k – 1/T)

  • Строят график в

    аррениусовских координатах (ln k – 1/T)

  • и из графика находят

    ko и Еа



При наличии эксперименталь-ных данных для двух температур

ko и Еа

легко найти теоретически
  • При наличии эксперименталь-ных данных для двух температур

    ko и Еа

    легко найти теоретически




Скорость химической реакции в значительной мере зависит от энергии активации. Для подавляющего большинства реакций она лежит в пределах от 50 до 250 кДж/моль. Реакции для которых

Еа

>150 кДж/моль при комнатной температуре практически не протекают.
  • Скорость химической реакции в значительной мере зависит от энергии активации. Для подавляющего большинства реакций она лежит в пределах от 50 до 250 кДж/моль. Реакции для которых

    Еа

    >150 кДж/моль при комнатной температуре практически не протекают.


Если в реакции участвуют газообразные вещества, то повышение давления равносильно сжатию газа, т.е. увеличению его концентрации.

  • Если в реакции участвуют газообразные вещества, то повышение давления равносильно сжатию газа, т.е. увеличению его концентрации.

  • При увеличении концентрации газообразного компонента скорость реакции в соответствии с законом действующих масс возрастает.

  • При понижении давления газ расширяется, и его концентрация в системе падает, это вызывает уменьшение скорости реакции.



давления →

конц-ции газа → ↑ v х.р.
  • давления →

    конц-ции газа → ↑ v х.р.
  • ↓ давления → ↓ конц-ции газа → ↓ v х.р.



Как изменится скорость химической реакции при увеличении давления в 2 раза?

  • Как изменится скорость химической реакции при увеличении давления в 2 раза?

  • Как изменится скорость химической реакции при уменьшении давления в 3 раза?





- это один из наиболее распространенных в химической практике методов ускорения химических реакций

  • - это один из наиболее распространенных в химической практике методов ускорения химических реакций



– это вещества, которые ускоряют химические реакции за счет участия в образовании промежуточных соединений, в состав продуктов они не входят и следовательно в реакции не расходуются.

  • – это вещества, которые ускоряют химические реакции за счет участия в образовании промежуточных соединений, в состав продуктов они не входят и следовательно в реакции не расходуются.



Иначе говоря, в присутствии катализатора возникают другие активированные комплексы, причем для их образования требуется меньше энергии, чем для образования активированных комплексов возникающих без катализатора.

  • Иначе говоря, в присутствии катализатора возникают другие активированные комплексы, причем для их образования требуется меньше энергии, чем для образования активированных комплексов возникающих без катализатора.



Таким образом в присутствии катализаторов энергия активации реакции понижается.

  • Таким образом в присутствии катализаторов энергия активации реакции понижается.

  • Уменьшение энергии активации приводит к увеличению скорости реакции.



Например, платина снижает значение Еа в реакции

  • Например, платина снижает значение Еа в реакции

  • Н

    2 + J2 = 2HJ
  • от

    Еа

    =198 кДж/моль до
  • Еа

    =109кДж/молью








Эффективность гетерогенных катализаторов обычно намного больше чем гомогенных.

  • Эффективность гетерогенных катализаторов обычно намного больше чем гомогенных.

  • Скорость каталитических реакций в случае гомогенного катализатора зависит от его концентрации, а в случае гетерогенного от его удельной поверхности – чем она больше, тем больше скорость.



Последнее связано с тем, что каталитическая реакция идет на поверхности катализатора и включает в себя стадии адсорбции молекул реагентов на поверхности.

  • Последнее связано с тем, что каталитическая реакция идет на поверхности катализатора и включает в себя стадии адсорбции молекул реагентов на поверхности.



Сорбция

- поглощение газа или жидкого вещества твердым веществом -

сорбентом

.

  • Сорбция

    - поглощение газа или жидкого вещества твердым веществом -

    сорбентом

    .



Различают:

  • Различают:

  • Адсорбция

    – поглощение поверхностью

  • Абсорбция

    – поглощение всем объемом, поглощение газа жидкостью, или твердым веществом.

  • На процессе сорбции основано создание противогаза активированным углем.



Энергия активации некоторой реакции в отсутствии катализатора равна 75,24 кДж/моль, а с катализатором – 50,14 кДж/моль. Во сколько раз увеличится скорость реакции

  • Энергия активации некоторой реакции в отсутствии катализатора равна 75,24 кДж/моль, а с катализатором – 50,14 кДж/моль. Во сколько раз увеличится скорость реакции

  • в присутствии катализатора;

  • без катализатора.



1. Скорость химической реакции зависит от температуры, концентрации реагирующих веществ, их природы и наличия катализатора.

  • 1. Скорость химической реакции зависит от температуры, концентрации реагирующих веществ, их природы и наличия катализатора.

  • 2. Зависимость скорости химической реакции от температуры выражается правилом Вант-Гоффа и уравнением Аррениуса.

  • 3. Зависимость скорости реакции от концентрации реагирующих веществ представляется законом действующих масс, концентрация твердых веществ не записывается.





edu 2018 год. Все права принадлежат их авторам! Главная