Скорость химических реакций. Химическое равновесие. Автор Ростовцева Л.В., 2010 г. ФГОУ СПО «КРАСНОЯРСКИЙ МЕДИКО-ФАРМАЦЕВТИЧЕСКИЙ КОЛЛЕДЖ» МИНИСТЕРСТВА ЗДРАВООХРАНЕНИЯ И СОЦИАЛЬНОГО РАЗВИТИЯ РФ

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 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

4 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

5 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

6 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 )

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

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

9 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

10 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

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

12 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.

13 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.

14 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

15 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

16 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.

17 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

18 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

19 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

20 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

21 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 + HCl AgCl + HNO 3

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

23 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

24 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

25 Влияние концентрации на смещение химического равновесия Равновесие смещается при С реаг.в-в. при С прод.рации

26 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

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

28 Задача 3. Как надо изменить концентрации веществ, давление и температуру гомоенной системы PCl 5 PCl 3 + Cl 2 – Q, чтобы сместить равновесие в сторону разложения PCl 5 () Решение: С реаг. в-в (PCl 5 ) С прод. рации (PCl 3 ) и С (Cl 2 ) р (реакция идет с увеличением V) t (реакция эндотермическая – Q ) Химическое равновесие. Факторы, влияющие на смещение равновесие. Принцип Ле Шателье PCl 5(тв.) PCl 3(тв.) + Cl 2(газ) – Q 1V1V

29 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)

30 Литература Основная 1. Ерохин Ю.М. Химия, М, 2001, гл Габриелян О.С., Лысова Г.Г. Химия, 11 класс, гл.3, § Дополнительная Егоров А.С. Химия, Пособие-репетитор, Феникс, 1999, раздел 4, § 4.3 – 4.4 Компьютерное сопровождение подготовлено преподавателем химии Ростовцевой Л.В. (2010.)