Скорость химических реакций. Химическое равновесие.

2 План лекции: 1. Понятие о скорости химической реакции 2. Факторы, влияющие на скорость химической реакции 3. Химическое равновесие. Факторы, влияющие на смещение равновесие. Принцип Ле Шателье

3 Обсудим следующие вопросы: Обсудим следующие вопросы: Зачем нужны знания о скорости химических реакций? Зачем нужны знания о скорости химических реакций? Какими примерами можно подтвердить то, что химические реакции протекают с различными скоростями? Какими примерами можно подтвердить то, что химические реакции протекают с различными скоростями? Как определяют скорость механического движения? Какова единица измерения этой скорости? Как определяют скорость механического движения? Какова единица измерения этой скорости? Как определяют скорость химической реакции? Как определяют скорость химической реакции? Какие условия необходимо создать, чтобы началась химическая реакция? Какие условия необходимо создать, чтобы началась химическая реакция?

4 1. Понятие о скорости химической реакции Реакции Гомогенные Реакции протекают в однородной среде N 2 (газ) + 3H 2 (газ) 2NH 3 NaOH (р-р) + HCl (р-р) NaCl + H 2 O Гетерогенные Реакция идет между веществами, находящимися в разных агрегатных состояниях или между веществами, не способными образовывать гомоенную среду C (тв.) + O 2(газ) CO 2 Zn (тв.) + 2HCl (р-р) ZnCl 2 + H 2

5 Скорость гомоенной реакции (υ гомо. ) определяется изменением количества вещества в единицу времени в единице объёма υ гомо. = где Δ n – изменение числа молей одного из веществ, (моль); Δt – интервал времени (с, мин); V – объем газа или раствора (л) Понятие о скорости химической реакции Δ n Δt V ΔC ΔC – изменение концентрации

6 Понятие о скорости химической реакции Скорость гомоенной реакции (υ гомо. ) определяется изменением концентрации одного из веществ в единицу времени υ гомо. = ΔC Δt моль [] л · с - изменение молярной концентрации;

7 Скорость гетерогенной реакции (υ гетер. ) определяется изменением количества вещества в единицу времени на единице поверхности соприкосновения веществ Понятие о скорости химической реакции υ гетер. Δt S Δ n = где Δ n – изменение количества вещества (реагента или продукта), (моль); Δt – интервал времени (с, мин); S – площадь поверхности соприкосновения веществ (см 2, м 2 )

8 Задача на применение знаний по «Скорости химических реакций» Химическая реакция протекает в растворе, согласно уравнению: А+В = С. Исходные концентрации: вещества А – 0,80 моль/л, вещества В – 1,00 моль/л. Через 20 минут концентрация вещества А снизилась до 0, 74 моль/л. Определите: а) среднюю скорость реакции за этот промежуток времени; Химическая реакция протекает в растворе, согласно уравнению: А+В = С. Исходные концентрации: вещества А – 0,80 моль/л, вещества В – 1,00 моль/л. Через 20 минут концентрация вещества А снизилась до 0, 74 моль/л. Определите: а) среднюю скорость реакции за этот промежуток времени; б) концентрацию вещества В через 20 мин. б) концентрацию вещества В через 20 мин.

9 Самопроверка. Дано: С (А) 1 = 0,80 моль/л С (А) 1 = 0,80 моль/л С (В) 1 = 1,00 моль/л С (А) 2 = 0,74 моль/л = 20 мин = 20 мин Найти. а) гомоен =? б) С (В) 2 =? Решение: а) определение средней скорости реакции в растворе производится по формуле: б) определение количеств реагирующих веществ: А + В = С А + В = С По уравнению 1 моль 1 моль По условию 0,06 моль 0,06 моль Количества Количества прореагировавших веществ. прореагировавших веществ. Следовательно, С(В) 2 = С(В) 1 - С = 1,00 -0,06=0,94 моль/л Ответ: гомоен. = 0,003 моль/л С(В) 2 = 0,94 моль/л

10 Энергия активации Е акт - минимальный избыток энергии, который должна иметь частица (или пара частиц), чтобы произошло эффективное соударение Почему протекают химические реакции?

11 2. Факторы, влияющие на скорость химической реакции 1. Природа реагирующих веществ: их состав, строение => энергия активации чем меньше Е акт, тем больше υ;

12

13 Если Е акт < 40 к Дж/моль, скорость такой реакции очень большая. FeCl 3 + K 4 [Fe(CN) 6 ] Fe 4 [Fe(CN) 6 ] 3 берлинская лазурь

14 Если Е акт > 120 к Дж/моль, скорость таких реакций очень мала. 4Fe + 2Н 2 О + ЗО 2 = 2(Fe 2 O 3 Н 2 О) ржавление железа

15 Если Е акт имеют промежуточные значения (40 – 120 к Дж/моль), то скорость таких реакций будет средней. бромная вода + С 2 Н 4

16 Факторы, влияющие на скорость химической реакции Якоб Хендрик Вант-Гофф 1852 – 1911 г.г. Голландский химик. Один из основателей физической химии и стереохимии. Предложил классификацию химических реакций. Установил, что повышении температуры на каждые 10 0 С скорость реакции увеличивается в 2-4 раза.

17 Факторы, влияющие на скорость химической реакции 2. Температура: при t на каждые 10 0 С, υ в 2-4 раза (правило Вант-Гоффа) При t, количество активных частиц (с Е акт ) и их активных соударений.

18

19 Дано: υ t1 = 1 моль/л ч γ =3 t 1 = 0 0 С t 2 = 30 0 С Найти: υ t2 Факторы, влияющие на скорость химической реакции Задача 1. Скорость некоторой реакции при 0 0 С равна 1 моль/л ч, температурный коэффициент реакции равен 3. Какой будет скорость данной реакции при 30 0 С? Решение: υ t2 = υ t1 γ Δt/10 υ t2 = /10 = 3 3 = 27 моль/лч Ответ: Скорость данной реакции при 30 0 С будет равна 27 моль/лч

20 3. Концентрация: чем С, тем чаще происходят соударения и υ. Факторы, влияющие на скорость химической реакции Закон действующих масс (з. д. м.): Скорость химической реакции (υ х.р. ) прямо пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ, взятых в степенях их коэффициентов в уравнении реакции

21

22 Для реакции mA + nB = C по закону действующих масс: υ = k С A m C B n где k – константа скорости; С – концентрация (моль/л) Факторы, влияющие на скорость химической реакции * З.д.м. не учитывает концентрации реагирующих веществ, находящихся в твердом состоянии, т.к. они реагируют на поверхности и их концентрации обычно остаются постоянными.

23 Задача 2. Реакция идет по уравнению А +2В С. Во сколько раз и как изменится скорость реакции, при увеличении концентрации вещества В в 3 раза? Факторы, влияющие на скорость химической реакции Решение: А +2В С По з.д.м. υ = k С A C B 2 Пусть С А = а, С В = в, тогда υ 1 = k а в 2 υ 2 = k а (3 в) 2 υ 1 / υ 2 = а в 2 / а 9 в 2 = 1/9 Дано: С В в 3 раза Найти: Как измениться υ х.р. Ответ: скорость реакции увеличится в 9 раз

24 Факторы, влияющие на скорость химической реакции Для газообразных веществ υ х.р. зависит от давления (что аналогично изменению концентрации реагирующих веществ) Чем р, тем υ

25 4. Катализаторы – вещества, которые изменяют механизм реакции, уменьшают Е акт => υ. Катализаторы остаются неизменными по окончании реакции Ферменты – биологические катализаторы, по природе белки Ингибиторы – вещества, которые υ Факторы, влияющие на скорость химической реакции

26

27 5. Для гетерогенных реакций υ зависит: от состояния поверхности соприкосновения реагирующих веществ. Факторы, влияющие на скорость химической реакции р-р H 2 SO 4 1. Железный гвоздь 2. Железные опилки H 2 SO 4 + Fe = FeSO 4 + Cu

28 Обратимые реакции при одних и тех же условиях протекают в противоположных направлениях ( ). N 2 + 3H 2 2NH 3 3. Химическое равновесие. Факторы, влияющие на смещение равновесие. Принцип Ле Шателье Химические реакции по направлению их протекания Необратимые реакции протекают только в одном направлении ( ) AgNO 3 + КCl AgCl + КNO 3AgNO 3 + КCl AgCl + КNO 3

29 Химическое равновесие Состояние обратимой реакции, при котором υ пр. = υ обр. называется химическим равновесием

30 Анри Луи Ле Шателье 1850 – 1936 г.г. Французский физико-химик. Член парижской Академии наук, почетный член Петербургской академии наук (с 1913 г.) и Академии наук СССР (с 1926 г.) В 1884 г. сформулировал принцип смещения равновесия, названный его именем. Химическое равновесие. Факторы, влияющие на смещение равновесие. Принцип Ле Шателье

31 Принцип Ле Шателье (1844 г.) Если на систему, находящуюся в состоянии равновесия, оказать внешнее воздействие (изменить t, р, С), то равновесие сместится в ту сторону, которая ослабит это воздействие Химическое равновесие. Факторы, влияющие на смещение равновесие. Принцип Ле Шателье

32 Влияние концентрации на смещение химического равновесия Равновесие смещается при С реаг.в-в. при С реаг.в-в. при С прод.р-ции

33 Равновесие смещается при p (для газов) - в сторону уменьшения объема (V) газообразных веществ при р – в сторону увеличения V; * если реакция протекает без изменения числа молекул газообразных веществ, то давление не влияет на равновесие в данной системе Влияние давления на смещение химического равновесия

34 Равновесие смещается при t – в сторону эндотермической реакции (- Q) при t – в сторону экзотермической реакции (+ Q) Влияние температуры на смещение химического равновесия

35 Как изменится скорость реакции, имеющей кинетическое уравнение а) концентрацию вещества А увеличить в 3 раза Увеличится в 9 раз б) концентрацию обоих веществ увеличить в 2 раза Увеличится в 8 раз

36 Задача 4. Как сместиться химическое равновесие реакции 2СО + О 2 2СО 2 + Q при а) повышении температуры; б) повышении давлении Ответ: 2V 1V 2V Q - 2СО + О 2 2СО 2 + Q а) б)

37 Литература Габриелян О.С., Лысова Г.Г. Химия, 11 класс, гл.3, §