КАТЕГОРИИ: Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748) |
Основы химической кинетики. Химическое равновесие
Основы количественных расчетов в химии. Закон эквивалентов.
Закон эквивалентов: количество вещества эквивалентов всех участвующих в реакции веществ равны. Для реакции: аА + вВ = сС + dD n(f эк(А)А) = n(f эк(В)В) = n(f эк(С)С) = n(f эк(D)D) или = = = Если реагирующие вещества взяты в виде растворов, то с(f эк(А)А)*V(A) = с(f эк(В)В)*V(В)
Пример: Рассчитайте массу серной кислоты, достаточной для нейтрализации 41,6 г Са(ОН)2.
Решение: Са(ОН)2 + H2SO4 ® CaSO4 + 2H2O n(Ca(OH)2) = n(H2SO4) = m(H2SO4) = = = 55,1 г
Пример: Рассчитайте молярную концентрацию эквивалента фосфорной кислоты, если на нейтрализацию 20 мл ее раствора было израсходовано 15 мл 0.1н раствора КОН.
Решение: Н3РО4 + 3КОН ® К3РО4 + 3Н2О с(Н3РО4)*V(Н3РО4) = с(КОН)*V(КОН) с(Н3РО4) = = = 0,075 моль/л
4.1. Скорость химической реакции. Скорость химической реакции определяется изменением количества вещества, вступающего в реакцию или образующегося в результате реакции в единицу времени в единице объема системы (для гомогенной реакции) или на единице площади поверхности раздела фаз (для гетерогенной реакции) V = = На скорость химических реакций влияют: концентрация, температура, природа реагирующих веществ, катализатор, величина поверхности твердого реагента и т.д.
Закон действия масс (ЗДМ): Скорость простой гомогенной реакции при постоянной температуре пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ в степенях, равных их стехиометрическим коэффициентам аА + вВ = сС + dD V = kС*С, где k – константа скорости реакции. k не зависит от концентраций, но зависит от химической природы реагирующих веществ, температуры и катализатора.
Пример: Напишите кинетическое выражение для реакций:
а) 2NOгаз + Cl2 газ = 2NOCl газ б) Fe2O3 к + 3Н2 газ 2Feк + 3Н2Огаз Как изменится скорость химической реакции, если уменьшить объем реакционного сосуда в 3 раза? Решение: а) 2NOг + Cl2 г = 2NOCl г Vнач = k*с2(NO)*c(Cl2) или Vнач = kp2(NO)p(Cl2) При уменьшении объема сосуда концентрация и давление каждого компонента возрастет в 3 раза: Vкон. = k(3c(NO))23c(Cl2) = 27Vнач. Скорость химической реакции возрастет в 27 раз. б) Fe2O3 к + 3Н2 газ = 2Feк + 3Н2Огаз так как Fe2O3 – твердое вещество, концентрация которого не изменяется в ходе реакции, то Vнач = k*с3(Н2); Vкон = k(3c(H2))3 = 27kc3(H2) = 27Vнач. Скорость химической реакции возрастет в 27 раз.
Пример: Во сколько раз следует увеличить давление, чтобы скорость образования NO2 по реакции 2NO + O2 = 2NO2 возросла в 1000 раз? Решение: Vнач = k*с2(NO)*c(O2) Vкон = k(xc(NO))2*xc(O2) = x3kc2(NO)*c(O2) = x3Vнач = = 1000; х = = 10 Давление следует увеличить в 10 раз.
Эмпирическое правило Вант-Гоффа показывает, что при повышении температуры на 10о скорость реакции возрастает в 2-4 раза = , где g – температурный коэффициент, показывающий во сколько раз увеличится скорость реакции при повышении температуры на 10о.
Пример: Во сколько раз увеличится скорость химической реакции при повышении температуры на 40оС, если g = 3? Решение: = = 34 = 81 Увеличится в 81 раз.
Увеличение скорости реакции при повышении температуры объясняется увеличением числа столкновений активных молекул, т.е. молекул, обладающих необходимой энергией (Еа). Зависимость константы скорости реакции (k) от энергии активации (Еа) выражается уравнением Аррениуса: k = A*e , где k – константа скорости реакции при температуре Т; А – предэкспоненциальный коэффициент, учитывающий частоту столкновения частиц; Еа – энергия активации реакции, Дж/моль; R – 8,31 Дж/моль*К. Из этого уравнения следует, что чем больше энергия активации, тем меньше будут константа и скорость химической реакции. Определив константы скорости реакций при двух разных температурах, можно рассчитать величину Еа:
Еа = 2,3R Пример: Константа скорости разложения оксида азота(V) равна при 35оС 8,76*10–3 мин–1, а при 45оС – 2,99*10–2 мин–1. Вычислите энергию активации в указанном интервале температур.
Решение: Еа = 2,3R Еа = lg= 99857 Дж/моль Катализатор увеличивает скорость химических реакций за счет уменьшения энергии активации.
Пример: Энергия активации некоторой реакции в отсутствие катализатора равна 98 кДж/моль, а с катализатором – 50 кДж/моль. Во сколько раз возрастет скорость реакции в присутствии катализатора (t = 25oC)?
Решение: = = e lg= = = 8,423 = 108,423 = 2,65*104 Снижение энергии активации на 48 кДж/моль приведет к увеличению скорости реакции в 2,65*104 раз.
4.2. Химическое равновесие. Признаки химического равновесия: а) равенство скоростей прямой и обратной реакций; б) постоянство концентраций компонентов системы во времени; в) динамический характер; г) отсутствие макроизменений во времени; д) катализатор не влияет на состояние равновесия, он только ускоряет его наступление. аА + вВ Û сС + dD
= [A]a[B]в = [С]с[D]d т.к. = , то [A]a[B]в = [С]с[D]d Кравн = = , например, N2 + 3H2 Û 2NH3 Кравн =
Величина Кравн зависит от температуры, природы реагирующих веществ, но не зависит от их концентрации.
Принцип Ле Шателье: Если находящуюся в равновесии систему подвергнуть внешнему воздействию (изменить температуру, концентрацию, внешнее давление), то в системе происходят изменения, уменьшающие внешнее воздействие.
Пример: В какую сторону сместится равновесие в системе
Решение: а) давление, оказываемое 2 моль NH3, меньше давления, оказываемого б) увеличение концентрации Н2 приведет к возрастанию скорости того процесса, в котором происходит связывание водорода, т.е. скорости прямой реакции. Следовательно, равновесие сместится вправо; в) реакция экзотермическая, сопровождается выделением тепла и повышением температуры окружающей среды, следовательно, понижении температуры вызовет смещение равновесия вправо, в соответствии с принципом Ле Шателье.
Пример: При некоторой температуре равновесие в системе
Решение: [O2] = [NO] = 0,012 моль/л К = = = 0,192 Концентрация разложившегося в результате реакции NO2 равна: с(NO2) = [NO] = 2[O2] = 0,024 моль/л сисх (NO2) = [NO2] + c(NO2) = 0,006 + 0,024 = 0,03 моль/л
Дата добавления: 2014-10-31; Просмотров: 2507; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы! Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет |