Скорость химической реакции зависит от природы реагирующих веществ, концентрации, температуры, катализатора, излучения и т. д

Зависимость скорости реакции от концентрации выражается законом действующих масс:

Скорость химической реакции прямо пропорциональна концентрации реагирующих веществ в степени их стехиометрических коэффициентов.

Для химической реакции

mA+nB=D

V=K[A]^m[B]ⁿ (основное кинетическое уравнение)

Где [A] и [B] – концентрация веществ

m и n – стехиометрические коэффициенты

К – константа скорости.

Зависимость скорости химической реакции от температуры определяется правилом Вант – Гоффа, которое гласит:

При повышении температуры на 10⁰С скорость реакции возрастает в 2-4 раза.

V_t1 – скорость химической реакции до изменения температур

V_t2 - скорость химической реакции после изменения температур

t₁ t₂ – температура

- температурный коэффициент.

В зависимости от природы реагентов и условий протекания химического процесса различают:

необратимые

KClO₃®KCl+O₂↑

и обратимые реакции

NH₄Cl↔NH₃+HCl

В обратимых реакциях наступает момент, когда скорость прямой реакции становится равна скорости обратной реакции, то есть

K₁[NH₄Cl]=K₂[NH₃][HCl] такое состояние системы называют химическим равновесием.

При постоянной температуре отношения скоростей прямой и обратной реакции представляют собой постоянную величину, называемую константой равновесия.

Для обратимой реакции при данной температуре, отношение произведения равновесных концентраций продуктов реакций к произведению концентраций исходных веществ, возведенных в степень их стехиометрических коэффициентов, есть величина постоянная, называемая константой равновесия.

Для реакции аА+вВ«сС+дД

N₂+3H₂®2NH₃

[NH₃], [N₂], [H₂] – равновесные концентрации

7.2.При изменении внешних условий (температуры, давления, концентрации) нарушается равновесие, называемое смещением или сдвигом равновесия.

Направление, в котором происходит смещение, определяется принципом Ле – Шателье.

Изменение внешних условий вызывает смещение равновесия в направлении реакции, противодействующей произведенному измерению.

Если на систему, находящуюся в равновесии производится внешнее воздействие (изменение С, Т, Р), то в системе развиваются процессы, уменьшающие внешние воздействия.

Пример:

2CO+O₂«2CO₂

∆H= -568 кДж/моль

Прямая реакция экзотермическая

Обратная реакция эндотермическая

Условия смещения равновесия в стороны продукта:

1. Увеличение концентрации O₂

2. Увеличение давления

3. Понижение температуры.

7.3. Примеры решения задач.

Пример1. Как изменится скорость реакции 2Н₂+О₂=2Н₂О при увеличении концентрации водорода в 2 раза.

V₁=K₁[H₂]²[O₂]

V₂=K₂[H₂]²[O₂]

[O₂] не изменилось, К – не зависит от концентрации следовательно отношение скорости V₂ (с изменением [Н₂]) к V₁ – начальной скорости, имеет вид:

то есть скорость реакции возрастает в 4 раза.

Пример2. При 80⁰С некоторая реакция заканчивается за 16 минут. Сколько потребуется времени для проведения той же реакции при 120⁰С. Температурный коэффициент реакции =2.

Решение: в соответствии с правилом Вант – Гоффа.

;

отсюда

Таким образом, скорость реакции при повышении температуры от 80 до 120⁰С возрастает в 16 раз, следовательно, для проведения реакции потребуется в 16 раз меньше времени, то есть 1 минута.

Пример 3. Равновесие реакции H₂+J₂↔2HJ установилось при следующих концентрациях [H₂]=0.5 моль/л, [J₂]=0.1 моль/л, [HJ]=1.8 моль/л. Определите исходные концентрации йода и водорода и константу химического равновесия.

Решение: Из уравнения реакции следует, что к моменту равновесия израсходовано 0,9 моль/л водорода и столько же йода. Следовательно, исходная концентрация водорода составляла 0,5+0,9=1,4 моль/л, а исходная концентрация йода 0,1+0,9=1 моль/л

Пример 4. Эндотермическая реакция разложения пентахлорида фосфора протекает по уравнению:

РСl₅(г)=РС1з(г)+С1₂(г); ∆Н = +92,59 кДж.

Как надо изменить: а) температуру; б) давление; в) кон­центрацию, чтобы сместить равновесие в сторону прямой ре­акции — РС1₅?

Решение. Смещением или сдвигом химического равно­весия называют изменение равновесных концентраций реагирующих веществ в результате изменения одного из условий реакции. Направление, в котором сместилось равновесие, оп­ределяется по принципу Ле-Шателье: а) так как реакция разложения PC1₅ эндотермическая (∆H>0), то для смещения равновесия в сторону прямой реакции нужно повысить тем­пературу; б) так как в данной системе разложение РС1₅ ве­дет к увеличению объема (из одной молекулы газа образу­ются две газообразные молекулы), то для смещения равно­весия в сторону прямой реакции надо уменьшить давление; в) смещения равновесия в указанном направлении можно достигнуть как увеличением концентрации РСl₅, так и умень­шением концентрации РС1₃ или С1₂.

7.4.Задания для контрольной работы

121. Окисление серы и ее диоксида протекает по уравне­ниям:

а) S(к)+O₂=SO₂(к); б) 2SO₂(r)+O₂=2SO₃(r).

Как изменятся скорости этих реакций, если объемы каж­дой из систем уменьшить в четыре раза?

122. Напишите выражение для константы равновесия го­могенной системы N₂+3H₂= 2NH3. Как изменится скорость прямой реакции — образования аммиака, если увеличить кон­центрацию водорода в три раза?

123. Реакция идет по уравнению N₂+ O₂=2NO. Концентра­ции исходных веществ до начала реакций были: [N₂] =0,049 моль/л; [O₂]=0,01 моль/л. Вычислите концентрацию этих веществ в момент, когда [NO] =0,005 моль/л. Ответ: [N₂] =0,0465 моль/л; [О₂] =0,0075 моль/л.

124. Реакция идет по уравнению N₂+3H₂=2NH₃. Концент­рации участвующих в ней веществ были: [N₂]=0,80 моль/л; [Н₂] =1,5 моль/л; [NH₃]=0,10 моль/л. Вычислите концент­рацию водорода и аммиака, когда [N₂]= 0,5 моль/л. Ответ: [NH₃]=0,70 моль/л; [Н₂]=0,60 моль/л.

125. Реакция идет по уравнению H₂+J₂=2HJ. Константа скорости этой реакции при некоторой температуре равна 0,16. Исходные концентрации реагирующих веществ: [H₂] =0,04 моль/л; [J₂]=0.05 моль/л. Вычислите начальную ско­рость реакции и ее скорость, когда [Н₂]=0,03 моль/л. Ответ: 3,2*10^-4; 1.92 *10^-4

126. Вычислите, во сколько раз уменьшится скорость реак­ции, протекающей в газовой фазе, если понизить температуру

от 120 до 80° С. Температурный коэффициент скорости реак­ции 3.

127. Как изменится скорость реакции, протекающей в га­зовой фазе, при повышении температуры на 60° С, если тем­пературный коэффициент скорости данной реакции 2?

128. В гомогенной системе CO+ С1₂=СОС1₂ равновесные концентрации реагирующих веществ: [СО] =0,2 моль/л; [C1₂]=O,3 моль/л; [СОСl₂] = 1,2 моль/л. Вычислите констан­ту равновесия системы и исходные концентрации хлора и СО. Ответ: К=20; [Сl₂]_исх=1,5 моль/л; [СО]_исх,= 1,4 моль/л.

129. В гомогенной системе А+2В=С равновесные концент­рации реагирующих газов: [А] =0,06 моль/л; [В] =0,12 моль/л; [С] =0,216 моль/л. Вычислите константу равновесня системы и исходные концентрации веществ А к В. Ответ: K=2,5; [А]_исх=0,276 моль/л; [B]_исх=0,552 моль/л.

130. В гомогенной газовой системе A+B=C+D равновесие установилось при концентрациях: [В] =0,05 моль/л и [С] =0,02 моль/л. Константа равновесия системы равна 0,04. Вычислите исходные концентрации веществ А и В. Ответ: [A]_исх=0,22 моль/л; [B]_исх=0,07 моль/л.

131. Константа скорости реакции разложения

N₂O, проте­кающей по уравнению 2N₂O=2N₂+O₂, равна 5-10⁴: Началь­ная концентрация N₂O=6,0 моль/л. Вычислите начальную скорость реакции и ее скорость, когда разложится 50% N₂O. Ответ: 1,8-10~²; 4,5-10~³.

132. Напишите выражение для константы равновесия гете­рогенной системы СО₂+С=2СО. Как изменится скорость прямой реакции — образования СО, если концентрация СО₂ уменьшится в 4 раза? Как следует изменить давление, чтобы повысить выход СО?

133. Напишите выражение для константы равновесия гете­рогенной системы С+Н₂О(г)=СО+Н₂. Как следует изменить концентрацию и давление, чтобы сместить равновесие в сто­рону обратной реакции — образования водяных паров?

134. Равновесие гомогенной системы:

4НС1 (г)+О₂=2Н₂О (г) +2С1₂ (г)

установилось при следующих концентрациях реагирующих веществ [H₂O]_p =0,14 моль/л; [С1₂]р=0,14 моль/л; [НС1]_Р=0,20 моль/л; [О₂]р=0,32 моль/л. Вычислите исходные кон­центрации хлороводорода и кислорода. Ответ: [HCl]_исх =0,48 моль/л; [О₂]_Исх=0,39 моль/л.

135. Вычислите константу равновесия для гомогенной сис­темы:

СО(г)+Н₂О(г)=СО₂(г)+Н₂(г).

если равновесные концентрации реагирующих веществ: [CO]p=0,004 моль/л; [H₂O]_P=0,064 моль/л; [СО₂]_Р= 0,016 моль/л; [H₂]_Р=0,016 моль/л. Чему равны исходные концентрации воды и СО? Ответ: K=l; [H₂O]_исх =0,08 моль/л; [CO]_исх=0,02 моль/л.

136. Константа равновесия гомогенной системы:

СО (г) +H₂O(r)=CO₂+ Н₂(г)

при некоторой температуре равна 1. Вычислите равновесные концентрации всех реагирующих веществ, &ли исходные кон­центрации: [СО]_исх=0,10 моль/л; [Н₂О]исх=0,40 моль/л. Ответ: [СО₂]р=[Н₂]_р = 0,08 моль/л; [Н₂О]_Р=0.32 моль/л; [СО]р=0.02 моль/л.

137. Константа равновесия гомогенной системы N₂+3H₂=2NH₃ при некоторой температуре равна 0,1. Равновесные концентрации водорода и аммиака соответственно равны 0,2 и 0,08 моль/л. Вычислите равновесную и исходную концент­рацию азота. Ответ: [N₂]_P=8 моль/л; [N₂]_исх=8,04 моль/л.

138. При некоторой температуре равновесие гомогенной системы 2NO+O₂=2NO₂ установилось при следующих кон­центрациях реагирующих веществ: [NO]_p=0,2 моль/л; [О₂]р=0,1 моль/л; [NO₂]p=0,l моль/л. Вычислите констан­ту равновесия и исходную концентрацию NО и О₂. Ответ: К=2.5; [NO]_ИСХ=0,3 моль/л; [O₂]_ИСХ=0,15 моль/л.

139. Почему при изменении давления смещается равновесие системы N₂+3H2=2NH₃ и не смещается равновесие системы N₂+O₂=2NO? Ответ мотивируйте на основании расчета ско­рости и обратной реакции в этих системах до и после изме­нения давления. Напишите выражения для констант равнове­сия каждой из данных систем.

140. Исходные концентрации [NO]_исх и [Сl₂]_исх в гомоген­ной системе 2NO+CI₂=2NOCl составляют соответственно 0,5 и 0,2 моль/л. Вычислите константу равновесия, если к мо­менту наступления равновесия прореагировало 20% NO. От­вет: 0,416.

Дата добавления: 2014-09-08; просмотров: 1299; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!