Главная | Обратная связь

Зависимость скорости реакции от концентрации реагирующих веществ

КИНЕТИКА ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ

 

Методические указания к лабораторной работе

 

 

Великий Новгород

 

 

Кинетика химических реакций: Метод указ./Сост. И.В.Летенкова, Е.Н.Бойко. – Великий Новгород, НовГУ им. Ярослава Мудрого, 2006.

 

В методических указаниях рассмотрены основные вопросы по теме «Кинетика химических реакции». Рассмотрено влияние различных факторов на скорость химической реакции, химическое равновесие и его смещение.

Методические указания предназначены для студентов всех специальностей, изучающих химию.

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Химическая кинетика – область химии, изучающая механизмы химических реакций и скорости их протекания, а также зависимость скорости реакции от различных факторов (концентрации реагентов, температуры, давления, наличия катализатора и др.).

Знание кинетики реакций исключительно важно для управления химическими процессами: выбора условий их протекания с оптимальной скоростью и наибольшим выходом требуемого продукта.

 

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

 

1. Установить характер зависимости скорости реакции от концентрации реагирующих веществ, температуры и катализатора.

2. Установить, как влияет на химическое равновесие изменение концентрации реагирующих веществ.

 

ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Зависимость скорости реакции от концентрации реагирующих веществ

Скорость реакции определяется числом элементарных актов взаимодействия между частицами (молекулами) реагирующих веществ в единице объёма в единицу времени.

Практически, скоростью химической реакции называют изменение концентрации реагирующего вещества за единицу времени в единице реакционного пространства.

В гомогенной системе реакционным пространством служит объём сосуда, в котором протекает взаимодействие.

В химической кинетике различают среднюю и истинную (или мгновенную) скорость реакции. Средняя скорость равняется отношению изменения количества вещества в единице объёма, т. е. изменения концентрации, к промежутку времени, в течение которого оно произошло:

 

. (1)

Истинная скорость реакции в данный момент выражается изменением концентрации, отнесенным к бесконечно малому промежутку времени, т.е. производной концентрации по времени:

 

. (2)

Поскольку изменение концентрации может быть и положительной величиной (для продуктов реакции), и отрицательной (для исходных веществ), а скорость реакции должна быть величиной положительной, в выражениях (1) и (2) ставят перед дробью знак «+» или «–».

Скорость реакции зависит от природы реагирующих веществ, их концентрации, среды, в которой протекает реакция, температуры, на­личия катализатора.

Зависимость скорости реакции от концентрации определяется за­коном действующих масс:

 

при постоянной температуре скорость химической реакции прямо пропорциональна произведению концентраций реаги­рующих веществ, взятых в степенях, равных стехиометрическим коэффициентам в уравнении реакции.

 

В общем случае для реакции аА + вВ = сС + dD

 

, (3)

где k - константа скорости (удельная скорость) реакции. Она равна скорости реакции при условии, что концентрации реагирующих веществ или их произведение равняются единице. Константа скорости реакции зависит от всех факторов, влияющих на скорость реакции, за исключением концентрации реагирующих веществ. Поэтому константа скорости остается неизменной в течение реакции, является ее фундаментальным кинетическим параметром.

В гетерогенной системе реакция осуществляется на поверхности раздела фаз. Поверхность раздела фаз является в этом случае реак­ционным пространством. Поэтому концентрация газообразных и жидких веществ, участвующих во взаимодействии, измеряется количеством этих веществ, приходящихся на единицу реакционной поверхности, и называется поверхностной концентрацией C_s.

Скорость гетерогенной реакции - средняя или истинная - измеряется изменением поверхност­ной концентрации одного из веществ (газа или жидкости), участвую­щих в реакции, за единицу времени. Концентрация компонента, нахо­дящегося в твердой фазе, постоянна. Значение этой постоянной вклю­чается в величину k. Зависимость скорости гетерогенной реакции от поверхностной концентрации реагентов определяется законом дей­ствующих масс. Так, например, зависимость скорости процесса

 

Zn_(кр) +O_2(г) = ZnO_(кр)

при постоянной температуре от поверхностной концентрации О₂ имеет вид , где k = k׳∙S (S – площадь поверхности цинка).

В тех случаях, когда измерение поверхностной концентрации за­труднено, скорость гетерогенного процесса вычисляют, используя вместо поверхностной концентрации объёмную концентрацию. Например, скорость реакции Zn_(кр) + O_2(г) = ZnO_(кр) рассчитывают по уравне­нию .