ТЕМА УРОКА «Скорость химических реакций. Факторы, влияющие на скорость химической реакции»

ЦЕЛЬ Выяснить, какие условия необходимо создать, чтобы началась химическая реакция; научиться определять скорость химической реакции; рассмотреть единицу измерения скорости химической реакции; выяснить от каких факторов зависит скорость химических реакций.

ХИМИЧЕСКИЕ РЕАКЦИИ ПРОТЕКАЮТ С РАЗЛИЧНЫМИ СКОРОСТЯМИ - Мгновенно ( при взрыве; в водных растворах, например, при смешивании растворов хлорида бария и сульфата натрия образуется сульфат бария в виде белого осадка); -Быстро ( растворение цинка в соляной кислоте; горение магния); - Медленно (образование ржавчины на железных предметах; окисление меди).

УСЛОВИЕ ВОЗНИКНОВЕНИЯ ХИМИЧЕСКОЙ РЕАКЦИИ Соприкосновение веществ

ХИМИЧЕСКИЕ РЕАКЦИИ Гетерогенные химические реакции Гомогенные химические реакции

ГОМОГЕННЫЕ ХИМИЧЕСКИЕ РЕАКЦИИ - химические реакции, протекающие в однородной среде, например в растворе или газовой фазе, то взаимодействие реагирующих веществ происходит во всём объёме

ГЕТЕРОГЕННЫЕ ХИМИЧЕСКИЕ РЕАКЦИИ Если реакция идет между веществами, находящихся в разных агрегатных состояниях или между веществами, неспособными образовывать гомогенную среду (между несмешивающимися жидкостями), то она происходит только на поверхности соприкосновения веществ.

СКОРОСТЬ РЕАКЦИИ ОПРЕДЕЛЯЕТСЯ ИЗМЕНЕНИЕМ КОНЦЕНТРАЦИИ ВЕЩЕСТВА В ЕДИНИЦУ ВРЕМЕНИ. В единице V (для гомогенной) На единице поверхности соприкосновения веществ S (для гетерогенной) n - изменение количества вещества (моль); t– интервал времени (с, мин) - изменение молярной концентрации;

АНАЛИЗ ТАБЛИЦЫ, ВЫВОДЫ: по приведённым формулам можно рассчитать лишь некоторую среднюю скорость данной реакции в выбранном интервале времени (ведь для большинства реакций скорость уменьшается по мере их протекания); Значение скорости реакции зависит от того, по какому веществу её определяют Например, для реакции Н 2 +CI 2 = 2НCI из 1 моль Н 2 образуется 2 моль НCI скорость реакции увеличится в 2 раза ( по изменению концентрации HCI )

ЗАДАЧА НА ПРИМЕНЕНИЕ ЗНАНИЙ ПО «СКОРОСТИ ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ» Химическая реакция протекает в растворе, согласно уравнению: А+В = С. Исходные концентрация: вещества А – 0,80 моль/л. Через 20 минут концентрация вещества А снизилась до 0, 74 моль/л. Определите: среднюю скорость реакции за этот промежуток времени;

САМОПРОВЕРКА. Дано: С (А) 1 = 0,80 моль/л С (А) 2 = 0,74 моль/л = 20 мин Найти. гомоген =? Решение: а) определение средней скорости реакции в растворе производится по формуле: Ответ: гомоген. = 0,003 моль/л

ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА СКОРОСТЬ ХИМИЧЕСКОЙ РЕАКЦИИ - природа реагирующих веществ; - температура; - концентрация реагирующих веществ; - действие катализаторов; - поверхность соприкосновения реагирующих веществ (в гетерогенных реакциях).

ИЗМЕНЕНИЕ КОЛИЧЕСТВА ВЕЩЕСТВА, ПО КОТОРОМУ ОПРЕДЕЛЯЮТ СКОРОСТЬ РЕАКЦИИ – ВНЕШНИЙ ФАКТОР Суть: реакции происходят при столкновении частиц реагентов, которые обладают определённой энергией. Чем больше частиц реагентов, чем ближе они друг к другу, тем больше шансов у них столкнуться и прореагировать. К реакции приводят лишь эффективные соударения, т.е. такие при которых разрушаются или ослабляются «старые связи» и поэтому могут образоваться «новые». Но для этого частицы должны обладать достаточной энергией. Минимальный избыток энергии (над средней энергией частиц в системе), необходимый для эффективного соударения частиц в системе), необходимый для эффективного соударения частиц реагентов, называется энергией активации Еа. Суть: реакции происходят при столкновении частиц реагентов, которые обладают определённой энергией. Чем больше частиц реагентов, чем ближе они друг к другу, тем больше шансов у них столкнуться и прореагировать. К реакции приводят лишь эффективные соударения, т.е. такие при которых разрушаются или ослабляются «старые связи» и поэтому могут образоваться «новые». Но для этого частицы должны обладать достаточной энергией. Минимальный избыток энергии (над средней энергией частиц в системе), необходимый для эффективного соударения частиц в системе), необходимый для эффективного соударения частиц реагентов, называется энергией активации Еа.

1. ПРИРОДА РЕАГИРУЮЩИХ ВЕЩЕСТВ. Под природой реагирующих веществ понимают их состав, строение, взаимное влияние атомов в неорганических и органических веществах. Величина энергии активации веществ – это фактор, посредством которого сказывается влияние природы реагирующих веществ на скорость реакции.

Зависимость скорости реакции от природы реагирующих веществ. Энергия активации Е а, к Дж/моль Скорость реакции Примеры реакций < 40Очень большая Реакции ионного обмена между электролитами, взаимодействие щелочных металлов с кислородом и галогенами и др Средняя Гидролиз сахарозы, взаимодействие металлов с кислотами, натрия с водой и спиртами, этилена с бромной водой и др. >120Незначительная Разложение аммиака на водород и азот, гидрирование этилена, окисление оксида серы (IV) до оксида серы (VI), разложение иодоводорода на иод и водород и др.

ЗАДАНИЕ НА ПРИМЕНЕНИЕ ЗНАНИЙ Объясните разную скорость взаимодействия цинка и магния с уксусной кислотой; цинка с соляной и уксусной кислотой. Напишите соответствующие реакции

2. ТЕМПЕРАТУРА При увеличении температуры на каждые 10° С скорость реакции увеличивается в 2-4 раза. Число, показывающее, во сколько раз увеличивается скорость реакции при повышении температуры на 10° С, называют температурным коэффициентом. Правило Вант-Гоффа математически выражается следующей формулой: где –скорость реакции при температуре t 2, – скорость реакции при температуре t 1, – температурный коэффициент.

ЗАДАЧА НА ПРИМЕНЕНИЕ ЗНАНИЙ: Определите, как изменится скорость некоторой реакции: при повышении температуры от 10° до 50° С; Температурный коэффициент реакции равен 3.

САМОПРОВЕРКА подставить данные задачи в формулу: скорость реакции увеличится в 81 раз

3. КОНЦЕНТРАЦИЯ РЕАГИРУЮЩИХ ВЕЩЕСТВ. На основе большого экспериментального материала в 1867 г. норвежские учёные К. Гульдберг, и П Вааге и независимо от них в 1865 г. русский учёный Н.И. Бекетов сформулировали основной закон химической кинетики, устанавливающий зависимость скорости реакции от концентраций реагирующих веществ: скорость химической реакции пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ, взятых в степенях равных их коэффициентам в уравнении реакции. Этот закон ещё называют законом действующих масс.

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ВЫРАЖЕНИЕ ЗАКОНА ДЕЙСТВУЮЩИХ МАСС. По закону действующих масс скорость реакции, уравнение которой А+В=С может быть вычислена по формуле: v 1 = k 1 C A C B, а скорость реакции, уравнение которой А+2В=D, может быть вычислена по формуле: v 2 = k 2 C A C B. В этих формулах: C A и C B – концентрации веществ А и В (моль/л), k 1 и k 2 – коэффициенты пропорциональности, называемые константами скоростей реакции. Эти формулы также называют кинетическими уравнениями.

ЗАДАЧА НА ПРИМЕНЕНИЕ ЗНАНИЙ: 1. Составьте кинетические уравнения для следующих реакций: А) H 2 +I 2 =2HI; Б) 2 Fe + 3CI 2 = 2 FeCI Как изменится скорость реакции, имеющей кинетическое уравнение 2A + B = C, если концентрацию вещества А увеличить в 3 раза;

САМОПРОВЕРКА. Решение. Подставим соответствующие данные в кинетическое уравнение, сравним скорости реакций. скорость реакции увеличится в 9 раз.

4. ДЕЙСТВИЕ КАТАЛИЗАТОРА Обсуждение вопросов: 1. Что такое катализатор и каталитические реакции? 2. Приведите примеры известных вам каталитических реакций из органической и неорганической химии. Укажите названия веществ – катализаторов. 3. Выскажите предположение о механизме действия катализаторов (на основе теории столкновений). 4. Каково значение каталитических реакций?

5. ПОВЕРХНОСТЬ СОПРИКОСНОВЕНИЯ РЕАГИРУЮЩИХ ВЕЩЕСТВ. Скорость реакции увеличивается благодаря: -увеличению площади поверхности соприкосновения реагентов (измельчение); -повышению реакционной способности частиц на поверхности образующихся при измельчении микрокристаллов; -непрерывному подводу реагентов и хорошему отводу продуктов с поверхности, где идёт реакция. Фактор связан с гетерогенными реакциями, которые протекают на поверхности соприкосновения реагирующих веществ: газ - твердое вещество, газ - жидкость, жидкость - твердое вещество, жидкость - другая жидкость, твердое вещество - другое твердое вещество, при условии, что они не растворимы друг в друге. Приведите примеры гетерогенных реакций.

ВЫВОДЫ ПО ТЕМЕ УРОКА Химические реакции протекают с различными скоростями. Величина скорости реакции зависит от объёма в гомогенной системе и от площади соприкосновения реагентов – в гетерогенной. На пути всех частиц, вступающих в химическую реакцию, имеется энергетический барьер, равный энергии активации Eа. Скорость реакции зависит от факторов: -природа реагирующих веществ; -температура; -концентрация реагирующих веществ; - действие катализаторов; -поверхность соприкосновения реагирующих веществ (в гетерогенных реакциях).

ВЫВОДЫ ПО ТЕМЕ УРОКА Величина энергии активации веществ – это фактор, посредством которого сказывается влияние природы реагирующих веществ на скорость реакции. Чем меньше энергия активации, тем больше эффективных соударений реагирующих частиц. При увеличении температуры на 10º С общее число активных соударений увеличивается в 2-4 раза. Чем больше концентрации реагентов, тем больше соударений реагирующих частиц, а среди них и эффективных соударений. Катализатор изменяет механизм реакции и направляет её по энергетически более выгодному пути с меньшей энергией активации. Ингибитор замедляет ход реакции. Гетерогенные реакции протекают на поверхности соприкосновения реагирующих веществ. Нарушение правильной структуры кристаллической решётки приводит к тому, что частицы на поверхности образующихся микрокристаллов значительно реакционноспособнее, чем те же частицы на «гладкой» поверхности.