Основы химической кинетики и термодинамики Химия 10 класс Химия 10 класс И. Жикина

Химическая реакция Протекает – энергия молекул достаточна Не протекает – энергия молекул недостаточна А + Б = В

Энергия молекул достаточна Скорость движения выше (t°) Необходимой для химической реакции энергией обладает только ЧАСТЬ сталкивающихся молекул Каждая химическая реакция происходит с какой-то конечной СКОРОСТЬЮ

А + Б = В Разрушение старых связей Образование новых связей E Переходное состояние Исходные вещества Продукты реакции Энергетический барьер – энергия активации реакции

Энергией активации Еа называется средняя избыточная энергия, которой должны обладать реагирующие частицы чтобы преодолеть энергетический барьер, разделяющий в химической реакции реагенты и продукты реакции. А + Б = В А + Б В Активированный комплекс

NO 2 + CO = NO + CO 2

Выводы Для каждой химической реакции характерно собственное значение Еа ( кДж/моль) Чем НИЖЕ активационный барьер какой-либо химической реакции, тем БЫСТРЕЕ она идет при данных условиях Если барьер очень высок, в системе вообще нет молекул, способных преодолеть активационный барьер и реакция не происходит.

Термодинамика Изучение законов обмена энергией между системой и окружающей средой СистемаОбмен энергией Обмен веществом ИзолированнаяНевозможен ЗакрытаяВозможенНевозможен ОткрытаяВозможен

Изучение превращения энергии в ходе химических реакций и физико-химических процессов Возможен ли тот или иной процесс? Как нужно изменить условия, чтобы он стал осуществим на практике? В каком направлении будут протекать изменения в рассматриваемой системе и когда они достигнут своего предела?

Тепловой эффект Q или H (энтальпия) - количество теплоты, выделившееся или поглощенное химической системой при протекании в ней химической реакции. Экзотермическая реакция Эндотермическая реакция H0 Q = H

Уравнения химических реакций, в которых вместе с реагентами и продуктами записан и тепловой эффект реакции, называются ТЕРМОХИМИЧЕСКИМИ УРАВНЕНИЯМИ. СH 4 (г) + 2 O 2 (г) = СO 2 (г) + 2 H 2 О(ж) кДж

Экзотермическая реакция

Эндотермическая реакция

Стандартная энтальпия (стандартный тепловой эффект реакции) Измеренная при стандартных условиях Т = 25°С (298 К) Р = 1 атм ( Па) H 0 Н о 298 = +131,3 кДж/моль Н о 298 = –890 кДж/моль

Раздел химии, занимающийся изучением превращения энергии в химических реакциях, называется ТЕРМОХИМИЕЙ Тепловой эффект реакции можно измерить при помощи калориметра Q = mc(t 2 - t 1 ) Q = H

Основные законы термохимии Закон Лавуазье - Лапласа Тепловой эффект прямой реакции всегда равен тепловому эффекту обратной реакции с противоположным знаком. 2 H 2 (г) + O 2 (г) = 2 H 2 О(ж) кДж (горение водорода в кислороде) 2 H 2 О(ж) кДж = 2 H 2 (г) + O 2 (г) (разложение воды электрическим током)

Тепловой эффект реакции зависит только от начального и конечного состояния веществ и не зависит от промежуточных стадий процесса. Закон Гесса 2 NaOH + H 2 SO 4 = Na 2 SO H 2 O кДж а) NaOH + H 2 SO 4 = NaНSO 4 + H 2 O + 62 кДж б) NaHSO 4 + NaOH = Na 2 SO 4 + H 2 O + 69 кДж 62 кДж + 69 кДж = 131 кДж

Теплота любой реакции может быть вычислена как разность между суммой теплот образования всех продуктов и суммой теплот образования всех реагентов в реакции. Теплота образования простых веществ равна нулю. Fe 2 O 3 (тв) + 3 C(графит) = 2 Fe(тв) + 3 CO(г) Fe 2 O 3 ( Н о 298 = –822,1 кДж/моль) СО ( Н о 298 = – 110,5 кДж/моль). Н о 298 = 3 (-110,5) - (-822,1) = -331, ,1 = +490,6 кДж

Задания 1. Определите величину теплового эффекта реакции: 2 S + 3 O 2 = 2 SO 3 если известны тепловые эффекты реакций а) S + O 2 = SO кДж/моль б) SO 2 + 0,5 O 2 = SO кДж/моль 2.Даны три уравнения химических реакций: а) Ca (тв) + 2 H 2 O (ж) = Ca(OH) 2 (водн) + H 2 (г) + 456,4 кДж б) CaO (тв) + H 2 O (ж) = Ca(OH) 2 (водн) + 81,6 кДж в) H 2 (г) + 1/2 O 2 (г) = H 2 O (ж) кДж Определите тепловой эффект реакции: Ca (тв) + 1/2 O 2 (г) = CaO (тв) + Q кДж.

Скорость реакции Скоростью химической реакции называется изменение концентрации реагирующих веществ за единицу времени в единице объема системы (моль/лсек) V = c / t = (c 2 -c 1 ) / (t 2 -t 1 ) Гомогенная реакция Гетерогенная реакция

2H 2 O 2 = 2H 2 O + O 2 V = ±(1243,09 – )/60 = 0,04 моль/лּсек

А + Б = В Средняя скорость реакции

Факторы, влияющие на скорость реакции Природа реагирующих веществ Zn HCl Ni

Поверхность соприкосновения

Концентрация реагирующих веществ ЗАКОН ДЕЙСТВУЮЩИХ МАСС Скорость химической реакции пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ. аА + вВ сС V = k[A] a [B] b k - константа скорости реакции, v = k если, концентрации исходных веществ равны 1 моль/л

Температура Правило Вант-Гоффа - при повышении температуры на 10 С скорость реакции увеличивается в 2-4 раза Vt 0 2 / Vt 0 1 = (t 0 2 – t 0 1 ) / 10 Vt 0 2 и Vt скорости реакции при температурах t 0 2 и t температурный коэффициент данной реакции.

Катализатор Катализатор - вещество, участвующее в реакции и изменяющее ее скорость, но остающееся неизменным после того, как химическая реакция заканчивается Механизм действия катализаторов связан с тем, что они снижают энергию активации реакции за счет образования промежуточных соединений. Положительный катализ Отрицательный катализ (ингибитор)

Химическое равновесие

Необратимые реакции Реакции,протекающие только в одном направлении Na 2 CO 3 + 2HCl 2NaCl + CO 2 + H 2 O BaCl 2 + H 2 SO 4 BaSO 4 + 2HCl KOH + HNO 3 KNO 3 + H 2 O Выпадает осадок, выделяется газ, образуется вода

Обратимые реакции Реакции, протекающие одновременно в двух взаимно противоположных направлениях N 2 + 3H 2 2NH 3 Прямая реакция Обратная реакция

Химическое равновесие - состояние системы, в котором скорость прямой реакции равна скорости обратной реакции. V 1 =V 2 равновесие

Константа равновесия Чем выше величина K p, тем больше в равновесной смеси продуктов прямой реакции Равновесные концентрации

Принцип Ле-Шателье - внешнее воздействие на систему, находящуюся в состоянии равновесия, приводит к смещению равновесия в направлении ослабления произведенного воздействия. Увеличение давления смещает равновесие в сторону реакции, ведущей к уменьшению объема. Повышение температуры смещает равновесие в сторону эндотермической реакции. Увеличение концентрации исходных веществ и удаление продуктов из сферы реакции смещают равновесие в стoрону прямой реакции. Катализаторы не влияют на положение равновесия.

NO 2 + CO NO + CO 2 увеличение концентрации NO 2 или CO – в сторону прямой реакции уменьшение концентрации NO 2 или CO – в сторону обратной реакции увеличение концентрации NO или CO 2 – в сторону обратной реакции уменьшение концентрации NO или CO 2 – в сторону прямой реакции

N 2 O 4 2NO давления(увеличение концентрации) – в сторону меньшего числа частиц

2H 2 O 2 2H 2 O + O 2 H>0 Выделение тепла - экзо Поглощение тепла - эндо температуры – поглощения тепла в сторону прямой (эндотермической) реакции