Что такое скорость химической реакции от каких факторов она зависит: Что такое скорость химической реакции? От каких факторов она…

Содержание

Что такое скорость химической реакции

    Что такое скорость химической реакции, в каких единицах она измеряется  [c.37]

    Температура. Согласно классическим представлениям, если исключить влияние катализаторов, скорость химических реакций является функцией температуры и концентрации реагирующих веществ. По известному правилу Вант-Гоффа, повышение температуры на 10 градусов ускоряет реакцию в 2—3 раза. Это правило не является строгим, так как температурный коэффициент скорости реакции меняется с температурой. К. И. Ивановым [35 было показано, что температурный коэффициент окисления углеводородов, равный 2, наблюдается только для 140—150 °С. При температурах ниже 140 °С он во всех случаях гораздо больше, а выше 150°С он меньше. [c.69]


    Что такое скорость химической реакции  [c.144]

    Рассмотрим гомогенные системы, в которых реагенты находятся в одной фазе (газовой или жидкой) и в которых диффузионные процессы не оказывают влияния на скорость превращения. В таких случаях скорость превращения определяется скоростью химической реакции. По -му компоненту продуктов в расчете на 

[c.206]

    Контрольные вопросы. 1. Что такое скорость химической реакции 2. В каких единицах измеряется скорость химической реакции 3. От каких факторов зависит скорость химической реакции 4. Как формулируется закон действия масс Каково его математическое выражение 5. Что называется катализатором 6. Какие реакции называются необратимыми и какие обратимыми 7. Выразить математически скорость следующих реакций, протекающих в гомогенной среде  [c.107]

    Полученное уравнение является математическим выражением закона действующих масс, который можно сформулировать так скорость химической реакции…….пропорциональна. ……..концентраций реагирующих веществ в [c.176]

    Последнее уравнение является математическим выражением закона действующих масс, который можно сформулировать так скорость химической реакции прямо пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ в степени их стехиометриче-ских коэффициентов, если написанное уравнение соответствует механизму проходящей реакции. 

[c.27]

    Таким образом, математическое выражение зависимости скорости химической реакции от концентрации можно сформулировать так скорость химической реакции прямо пропорциональна произведению концентрации реагирующих веществ (действующих масс). Если i= 2=l, то / i=Ui. [c.175]

    Что такое скорость химической реакции, чем она определяется и от каких факторов зависит  [c.272]

    Определение области протекания реакции по зависимости суммарной скорости реакции от гидродинамики осуществляется так. Скорость химической реакции не зависит от гидродинамики, а скорость диффузии зависит от нее, поэтому, исходя из уравнения [c.107]

    Чтобы понять, что такое скорость химической реакции, рассмотрим, например, газовую смесь, состоящую из равных объ- [c.17]

    ЧТО ТАКОЕ СКОРОСТЬ ХИМИЧЕСКОЙ РЕАКЦИИ [c.6]

    Что такое скорость химической реакции (стр. 72) [c.11]

    Оствальд был среди тех европейских ученых, которые открыли и оценили работы Гиббса. В 1892 г. он перевел статьи Гиббса по термодинамике на немецкий язык. Оствальд почти сразу же начал применять теории Гиббса при изучении катализа. Катализ (термин, предложенный Берцелиусом в 1835 г.) — изменение скорости химической реакции в присутствии небольших количеств веществ (катализаторов), которые не принимают видимого участия в реакции. Так, в 1816 г, Дэви установил, что порошкообразная платина [c.114]


    Мы уже видели в упражнениях к предыдущему разделу, каким образом различные предположения о механизме реакции приводят к кинетическим выражениям этого типа. В главе VI будет показано, что к таким кинетическим зависимостям приводит также учет влияния на скорость, химической реакции процесса адсорбции реагентов на активной поверхности и других физических ироцессов. Функция j , Т) при этом не обязательно имеет вид (IV.46). В общем случае об этой функции можно только сказать, что она всегда положительна и обычно меньше единицы. Нередки случаи, когда зависимость скорости реакции от концентраций и температуры определяется, главным образом, изменением функции / ( , Т). При этом форма кинетических зависимостей может сильно исказиться, однако равновесная кривая всегда остается неизменной. 
[c.81]

    Рассмотрим процесс химической абсорбции, для которого скорость химической реакции достаточно низка, так что [c.35]

    Так как профиль концентраций, свойственный большинству разделительных массообменных процессов, характеризуется участками концентрирования, т. е. накопления тех или иных веществ, то это свойство в совмещенных процессах позволяет значительно повысить скорости химических реакций за счет создания для них благоприятных условий (например, размещение твердого катализатора, подвод тепла) в зонах с повышенной концентрацией реагентов. Это же обстоятельство позволяет увеличить селективность реакций за счет создания неблагоприятных условий (отсутствие катализатора, подвод хладагентов и другие) для вторичных и обратных процессов в зонах концентрирования продуктов реакции. 

[c.190]

    Первая из них — обычный процесс развития цепи, тогда как вторая включает процесс переноса цепи аллильным водородом. Если далее предположить, что получающийся (очень стойкий) аллильный радикал не способен начать другую цепь, но находится в системе до тех пор, пока не столкнется с другим радикалом, то подтверждаются наблюдаемые кинетические результаты. Прямого подтверждения механизма путем выделения из конечных продуктов реакции аллильных радикалов не получено, однако предположение, что обрыв процесса включает атаку на аллильный водород, подтверждается тем, что дейтерированный аллилацетат, СН2=СН—СО ОСОСНз, полимеризуется быстрее, чем аллилацетат, давая более высокомолекулярный полимер [16]. Такой изотопный эффект является хорошо разработанным методом доказательства, что разрыв отдельной связи является стадией, определяющей скорость химической реакции или продукты, образующиеся при этом. 

[c.131]

    Такое оиределение справедливо в основном для реакций, проводимых в гомогенной среде. Для реакций, протекающих на поверхности раздела фаз, скорость обычно относят к единице этой поверхности. Иногда для описания скорости химической реакции в гетерогенной системе изменение количества вещества относят также к объему одной из фаз. — Прим. ред. [c.196]

    Скорости химических реакций очень чувствительны к изменению температуры. Так, например, существует очень грубое эмпирическое правило, согласно которому скорость реакции удваивается при повышении температуры на 10° (при 300° К). Следовательно, если для удвоения относительной скорости реакции первого порядка требуется увеличение концентрации на 100%, то тот Hie самый эффект достигается при повышении температуры на 10°. 

[c.65]

    Обычно, хотя и не всегда, скорость химических реакций удваивается при увеличении температуры на 10 . Как можно объяснить это правило При 300° К увеличение температуры на 10° означает увеличение абсолютной температуры на 3% (10/300) и отсюда следует увеличение энергии молекулы на 3% (так как средняя энергия молекулы пропорциональна абсолютной температуре). Таким образом, при увеличении средней энергии молекулы на 3% вероятность разложения молекулы увеличивается на 100%. Отсюда можно заключить, что поскольку необходимым условием для химического превращения является наличие у молекулы определенного запаса энергии, то участвовать в реакции может не каждая молекула, а некоторая группа молекул. Этот вывод становится очевидным, если рассмотреть две типичные кривые равновесного распределения энергии для идентичных систем при двух 

[c.193]

    Из всех вопросов, которыми занимается химическая кинетика, нет, вероятно, ни одного, который так бы приковывал к себе внимание, как предмет катализа. Весьма привлекательно само представление о чрезвычайно активном материале, который в небольших количествах может вызвать значительное и специфическое ускорение скорости химической реакции, не расходуясь сам по себе в ходе процесса. Эта привлекательность в большой мере усиливается в связи с огромным промышленным значением, которое имеют катализаторы. [c.531]

    Теоретическое рассмотрение такого сложного процесса, основанное на изучении его детального механизма, кинетики химических реакций с учетом влияния различных факторов, осложняющих процесс (испарение, перенос тепла и реагирующих веществ), трудно осуществимо. Приходится прибегать к построению упрощенных моделей процесса горения. В теории горения широкое распространение получила упрощенная модель, основанная на представлении о том, что скорость химической реакции горения лимитируется медленно протекающими физическими процессами — испарения распыленного топлива, смесеобразования, теплообмена и т. п. ( физическая модель процесса горения) [144]. Данная модель предполагает, что химические закономерности горения могут быть сведены к физическим закономерностям. 

[c.112]


    Вблизи концентрационных пределов, когда стационарное распространение детонационной волны лимитируется скоростью химической реакции, обусловливающей самовоспламенение смеси, на положение пределов существенно влияют активные присадки, не изменяющие термических свойств смеси [158]. В то же время эти активные присадки не оказывают заметного влияния на скорость стационарного распространения пламени. Так, например, не было обнаружено изменения скорости распространения детонационной волны в углеводородо-кислородной смеси при введении в нее небольших количеств тетраэтилсвинца. Эти наблюдения свидетельствуют об определенных различиях механизмов возбуждения детонационной волны и ее распространения. 
[c.143]

    Химическая кинетика занимается изучением скорости химических реакций и механизма их протекания. Задача технической кинетики — выбор таких условий, при которых химическое превращение, проходящее с соответствующим выходом, достигало бы скорости, позволяющей реализовать это превращение в промышленных условиях. [c.204]

    Скорость химической реакции является функцией многих переменных параметров системы, таких как, например, температура, состав реагирующей смеси и т. д. Для определенной реакции вид этой функциональной связи не зависит от способа определения скорости реакции. При изменении этого способа следует ввести в выражение скорости реакции коэффициент пропорциональности. 

[c.206]

    Рассматривая теоретически обоснованные методы предвидения скоростей химических реакций, следует отметить, что применение в этих целях теории активного комплекса ограничивается в настоящее время простыми реакциями. Она дополняет теорию столкновений, которая дает возможность выяснить ход некоторых реакций между линейными молекулами в жидкой и газовой фазах. Однако во многих случаях скорость реакции, определенная с использованием теории столкновений, слишком велика. Объяснить же ход мономолекулярных реакций, например изомеризации н-бутана или разложения ацетальдегида, по теории столкновений невозможно. При интерпретации хода таких реакций с применением теории активного комплекса предполагается, что механизм активации основан на столкновении молекул и в дальнейшем реакция проходит в два этапа (образование активного комплекса и его распад или перегруппировка), характеризующихся разными скоростями. [c.222]

    В случае процесса, проходящего в гетерогенной системе и сопровождаемого химической реакцией, расчет наблюдаемой скорости превращения требует, как указано выше, учета параметров, имеющих решающее значение как для скорости химической реакции, так и для массопереноса. Для этого можно использовать различные методы. Один из них основан на изучении превращения в установившемся режиме, т. е. в состоянии динамического равновесия. Предположим, что реакционная система состоит из твердой фазы и жидкости (газа), в ядре потока которой концентрация исходного вещества постоянна и равна С. Исходное вещество диффундирует к межфазной поверхности и достигает там концентрации С . Скорость химической реакции на межфазной поверхности является функцией этой концентрации. При установившемся режиме количество исходного вещества, которое должно прореагировать в единицу времени на единице межфазной поверхности, равно количеству исходного вещества, перенесенному в зону реакции в результате диффузии. Для реакций первого порядка справедлива следующая зависимость [c.247]

    Уравнения ( 111-168) — ( 111-175), полученные для случая когда на межфазной поверхности происходит реакция первого по рядка, указывают на то, что в кинетической области скорость пре вращения таким же образом зависит от некоторых параметров как скорость химической реакции на поверхности. Влияние темпе ратуры в данном случае можно выразить уравнением Аррениуса т. е. зависимость будет иметь экспоненциальный характер. Ско рость превращения в этой области не зависит от скорости движе ния потока через систему. [c.248]

    Наблюдаемая скорость этого превращения является результатом как переноса массы (т. е. диффузии реагента А из газовой фазы и диффузией реагента В из общей массы жидкости к зоне реакции), так и самой химической реакции. Если скорость химической реакции велика, то зона реакции находится в пределах пограничной пленки со стороны жидкости и скорость превращения лимитируется скоростью диффузии реагентов А и В к этой зоне. [c.251]

    Смеси, принадлежащие к тому или иному классу, типу и подтипу, характеризуются специфическим поведением компонентов при осуществлении фазовых процессов, например, таких, как дистилляция и ректификация [29, 44, 45]. Так, в процессе непрерывной ректификации для смесей определенного класса, типа и подтипа характерны как специфическое поведение отдельных компонентов по высоте ректификационного аппарата, так и вполне определенная последовательность выделения фракций предельно возможного состава при переходе от одной колонны к другой в технологической схеме ректификации. В реакционно-ректификационных процессах, где скорость химической реакции конечна, зона реакции, как правило, сосредоточена в какой-то части аппарата, а в остальных частях идет обычная ректификация. Полный термодинамико-топологический анализ всей диаграммы в целом дает возможность не только разместить зону реакции в наиболее благоприятных условиях относительно концентраций реагентов, но и выявить определенные ограничения по составу конечных продуктов ректификации. Эти ограничения обусловлены тем, что в случае наличия азеотропов в рассматриваемой смеси, соответствующий этой смеси симплекс составов распадается на ряд ячеек, названных областями непрерывной ректификации [29], причем каждая ячейка характеризуется предельно возможными составами конечных фракций, которые можно получить в одном ректификационном аппарате непрерывного действия. Возможные конфигурации областей непрерывной ректификации и их границ рассмотрены в работах 29, 46]. [c.194]

    Знание механизма процесса позволяет описать скорость химической реакции соответствующим математическим уравнением, на основе которого можно произвести корреляцию опытных данных и их экстраполяцию за пределы экспериментально изученного интервала рабочих условий. Эта область исследований скорее относится к химии, однако общий характер таких исследований будет кратко освещен в настоящей книге. [c.13]

    Как правило, скорость подвода воздуха определяет скорость горения углерода в промышленных печах. Так, например, Гамз . подсчитал, что при 1200 С скорость химической реакции составляет 732,4 но лишь 1 % от этой величины действительно сгорает вследствие ограниченной скорости, с которой кислород в реальных условиях можно подводить к поверхности угля. [c.176]

    Зависимость скорости реакции от концентрации реагирующих веществ была впервые сформулирована в 1867 г. норвежскими учеными Гульдбергом и Вааге. Установленная закономерность известна под названием закона действующих масс, который формулируется так скорость химической реакции прямо пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ. При этом под концентрацией понимается число грамм-молекул вещества в 1 л раствора. Например, если в 3 л реакционной жидкости в данный момент содержится 18 г растворенного вещества, молекулярный вес которого равен 60, то концентрация [c.96]

    Зависимость скорости реакции от концентрации реагирующих веществ впервые была отмечена русским учемзш Н. Н. Бекетовым и установлена в 1867 г. Гульд-бертом и Вааге. Эта зависимость определяется законом действующих масс, который формулируется так скорость химической реакции при данной температуре в любой момент пропорциональна произведению молярных концентраций реагирующих веществ. [c.48]

    Таким образом, существование концентрационных пределов распространения пламени должно быть следствием уменьшения скорости химической реакции горения вблизи предельного состава смеси. По Я. Б. Зельдовичу, скорость детонации (Л) при составе смеси, близком к предельному, связана со временем реакции (т) и потерями (а) при распространении детонационной волны вследствие гидравлического сопротивления трубы, турбулентного теплообмена и пр. следующим соотношением [c.142]

    Таким образом, зависимость скорости химической реакции от температуры характеризуется двумя постоянными предэкспонен-циальным множителем и энергией активации Е. Чем выще значение Е, тем меньше скорость реакции, если предположить, что [c.215]

    Таким образом, в этом случае сопротивление диффузии определяет скорость превращения, и процесс проходит в диффузионной области. Когда же коэффициент массоотдачи О/г велик по сравнению с константой скорости химической реакции к D z к), уравнение (VIII-172) приобретает вид  [c.248]

    На скорость химических реакций могут влиять такие факторы, как гидродинамика потока, состояние поверхности раздела фаз, присутствие посторонних примесей, а также факторы, определяющие равновесие реакций температура, давление и относительные концентрации реагирующих веществ. Вследствие сложности рассматриваемой проблемы до сих пор еще не только не создана соответствующая теория, но даже не найдено какое-либо корреляцион ное соотношение данных, позволяющее теоретически предсказывать хотя бы порядок величин скорости промышленных реакций. В каждом новом случае приходится поэтому прибегать непосредственно к опыту, зачастую во всем интервале рабочих условий (правда, иногда возможна теоретическая экстраполяция опытных данных). [c.13]

    Согласно закону действия масс, скорость химической реакции пропорциональна активным массам реагентов. Этот закон был впервые установлен на основании результатов экспериментальных наблюдений Гульдбергом и Вааге в 1864—1867 гг. (см., например, литературу ), а затем теоретически обоснован на базе теории молекулярных столкновений в жидкостях и газах. В первоначальной трактовке под активной массой понимали концентрацию в единицах массы на единицу объема, но время от времени высказывались и другие интерпретации данного термина. Так, например, Аррениус предполагал, что осмотическое давление, а Вант-Гофф считал, что растворимость, так же как и концентрация, связаны с активной массой. [c.22]


Скорость химических реакций. Скорость химической реакции и факторы, на нее влияющие От чего зависит скорость реакции в химии

Разделы: Химия

Цель урока

  • обучающая: продолжить формирование понятия«скорость химических реакций», вывести формулы для вычисления скорости гомогенных и гетерогенных реакций, рассмотреть от каких факторов зависит скорость химических реакций;
  • развивающая: учить обрабатывать и анализировать экспериментальные данные; уметь выяснять взаимосвязь между скоростью химических реакций и внешними факторами;
  • воспитательная: продолжитьразвитие коммуникативных умений в ходе парной и коллективной работы; акцентировать внимание учащихся на важности знаний о скорости химической реакции протекающих в быту (коррозия металла, прокисание молока, гниение и др.)

Средства обучения: Д. мультимедийный проектор, компьютер, слайды по основным вопросам урока, CD-диск «Кирилл и Мефодий», таблицы на столах, протоколы лабораторной работы, лабораторное оборудование и реактивы;

Методы обучения: репродуктивный, исследовательский, частично поисковый;

Форма организации занятий: беседа, практическая работа, самостоятельная работа, тестирование;

Форма организации работы учащихся: фронтальная, индивидуальная, групповая, коллективная.

1. Организация класса

Готовность класса к работе.

2. Подготовка к основному этапу усвоения учебного материала. Активизация опорных знаний и умений (Слайд 1, см. презентацию к уроку).

Тема урока «Скорость химических реакций. Факторы, влияющие на скорость химической реакции».

Задача: выяснить, что есть скорость химической реакции, и от каких факторов она зависит. В ходе урока познакомимся с теорией вопроса по вышеназванной теме. На практике подтвердим некоторые наши теоретические предположения.

Прогнозируемая деятельность учеников

Активная работа учащихся показывает их готовность к восприятию темы урока. Нужны знания учащихся о скорости химической реакции из курса 9 класса (внутрипредметная связь).

Обсудим следующие вопросы (фронтально, слайд 2):

  1. Зачем нужны знания о скорости химических реакций?
  2. Какими примерами можно подтвердить то, что химические реакции протекают с различными скоростями?
  3. Как определяют скорость механического движения? Какова единица измерения этой скорости?
  4. Как определяют скорость химической реакции?
  5. Какие условия необходимо создать, чтобы началась химическая реакция?

Рассмотрим два примера (эксперимент проводит учитель).

На столе – две пробирки, в одной раствор щелочи (КOH), в другой – гвоздь; в обе пробирки приливаем раствор CuSO4. Что мы наблюдаем?

Прогнозируемая деятельность учеников

На примерах учащиеся судят о скорости реакций и делают соответствующие выводы. Запись на доске проделанных реакций (двое учащихся).

В первой пробирке реакция произошла мгновенно, во второй – видимых изменений пока нет.

Составим уравнения реакций (два ученика записывают на доске уравнения):

  1. CuSO 4 + 2КOH = Cu(OH) 2 + К 2 SO 4 ; Cu 2+ + 2OH — = Cu(OH) 2
  2. Fe + CuSO 4 = FeSO 4 + Cu ; Fe 0 + Cu 2+ = Fe 2+ + Cu 0

Какой вывод по проведённым реакциям мы можем сделать? Почему одна реакция идёт мгновенно, другая медленно? Для этого необходимо вспомнить, что есть химические реакции, которые протекают во всём объёме реакционного пространства (в газах или растворах), а есть другие, протекающие лишь на поверхности соприкосновения веществ (горение твёрдого тела в газе, взаимодействие металла с кислотой, солью менее активного металла).

Прогнозируемая деятельность учеников

По результатам демонстрированного эксперимента учащиеся делают вывод: реакция 1 – гомогенная, а реакция

2– гетерогенная.

Скорости этих реакций будут математически определяться по-разному.

Учение о скоростях и механизмах химических реакций называется химической кинетикой.

3. Усвоение новых знаний и способов действий (Слайд 3)

Скорость реакции определяется изменением количества вещества в единицу времени

В единице V

(для гомогенной)

На единице поверхности соприкосновения веществ S (для гетерогенной)

Очевидно, что при таком определении величина скорости реакции не зависит от объёма в гомогенной системе и от площади соприкосновения реагентов – в гетерогенной.

Прогнозируемая деятельность учеников

Активные действия учащихся с объектом изучения. Занесение таблицы в тетрадь.

Из этого следуют два важных момента (слайд 4):

2) рассчитанная величина скорости будет зависеть от того, по какому веществу её определяют, а выбор последнего зависит от удобства и лёгкости измерения его количества.

Например, для реакции 2Н 2 +О 2 = 2Н 2 О: υ (по Н 2) = 2 υ (по О 2) = υ (по Н 2 О)

4. Закрепление первичных знаний о скорости химической реакции

Для закрепления рассмотренного материала решим расчетную задачу.

Прогнозируемая деятельность учеников

Первичное осмысление полученных знаний о скорости реакции. Правильность решения задачи.

Задача (слайд 5). Химическая реакция протекает в растворе, согласно уравнению: А+В = С. Исходные концентрации: вещества А – 0,80 моль/л, вещества В – 1,00 моль/л. Через 20 минут концентрация вещества А снизилась до 0, 74 моль/л. Определите: а) среднюю скорость реакции за этот промежуток времени;

б) концентрацию вещества В через 20 мин. Решение (приложение 4 , слайд 6).

5. Усвоение новых знаний и способов действий (проведение лабораторной работы в ходе повторения и изучения нового материала, поэтапно, приложение 2).

Нам известно, что на скорость химической реакции влияют разные факторы. Какие?

Прогнозируемая деятельность учеников

Опора на знания 8-9 классов, запись в тетради по ходу изучения материала. Перечисляют (слайд 7):

Природа реагирующих веществ;

Температура;

Концентрация реагирующих веществ;

Действие катализаторов;

Поверхность соприкосновения реагирующих веществ (в гетерогенных реакциях).

Влияние всех перечисленных факторов на скорость реакции можно объяснить, используя простую теорию – теорию столкновений (слайд 8). Основная идея её такова: реакции происходят при столкновении частиц реагентов, которые обладают определённой энергией.

Отсюда можно сделать выводы:

  1. Чем больше частиц реагентов, чем ближе они друг к другу, тем больше шансов у них столкнуться и прореагировать.
  2. 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 Е а.

Прогнозируемая деятельность учеников

Осмысливание понятия и запись определения в тетрадь.

Таким образом, на пути всех частиц, вступающих в реакцию, имеется некоторый энергетический барьер, равный энергии активации. Если он маленький, то находится много частиц, которые успешно его преодолевают. При большом энергетическом барьере необходима дополнительная энергия для его преодоления, иногда достаточно хорошего «толчка». Я зажигаю спиртовку – я сообщаю дополнительную энергию Е а, необходимую для преодоления энергетического барьера в реакции взаимодействия молекул спирта с молекулами кислорода.

Рассмотрим факторы , которые влияют на скорость реакции.

1) Природа реагирующих веществ (слайд 9).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.

Инструктаж.

Самостоятельная формулировка выводов (приложение 3 дома)

Механизмы протекания химических превращений и их скорости изучает химическая кинетика. Химические процессы протекают во времени с различными скоростями. Какие-то происходят быстро, почти мгновенно, для протекания других требуется весьма продолжительное время.

Вконтакте

Скорость реакции — скорость с которой расходуются реагенты (их концентрация уменьшается) или образуются продукты реакции в единице объёма.

Факторы, способные влиять на скорость химической реакции

На то, насколько быстро будет происходить химическое взаимодействие, могут повлиять следующие факторы:

  • концентрация веществ;
  • природа реагентов;
  • температура;
  • присутствие катализатора;
  • давление (для реакций в газовой среде).

Таким образом, изменяя определённые условия протекания химического процесса, можно повлиять на то, насколько быстро будет протекать процесс.

В процессе химического взаимодействия частицы реагирующих веществ сталкиваются друг с другом. Количество таких совпадений пропорционально числу частиц веществ в объёме реагирующей смеси, а значит и пропорционально молярным концентрациям реагентов.

Закон действующих масс описывает зависимость скорости реакции от молярных концентраций веществ, вступающих во взаимодействие.

Для элементарной реакции (А + В → …) данный закон выражается формулой:

υ = k ∙С A ∙С B,

где k — константа скорости; С A и С B — молярные концентрации реагентов, А и В.

Если одно из реагирующих веществ находится в твёрдом состоянии, то взаимодействие происходит на поверхности раздела фаз, в связи с этим концентрация твёрдого вещества не включается в уравнение кинетического закона действующих масс. Для понимания физического смысла константы скорости, необходимо принять С, А и С В равными 1. Тогда становится понятно, что константа скорости равна скорости реакции при концентрациях реагентов, равных единице.

Природа реагентов

Так как в процессе взаимодействия разрушаются химические связи реагирующих веществ и образуются новые связи продуктов реакции, то большую роль будет играть характер связей, участвующих в реакции соединений и строение молекул реагирующих веществ.

Площадь поверхности соприкосновения реагентов

Такая характеристика, как площадь поверхности соприкосновения твёрдых реагентов, на протекание реакции влияет, порой, довольно значительно. Измельчение твёрдого вещества позволяет увеличить площадь поверхности соприкосновения реагентов, а значит и ускорить протекание процесса. Площадь соприкосновения растворимых веществ легко увеличивается растворением вещества.

Температура реакции

При увеличении температуры энергия сталкивающихся частиц возрастёт, очевидно, что с ростом температуры и сам химический процесс будет ускоряться. Наглядным примером того, как увеличение температуры влияет на процесс взаимодействия веществ, можно считать приведённые в таблице данные.

Таблица 1. Влияние изменения температуры на скорость образования воды (О 2 +2Н 2 →2Н 2 О)

Для количественного описания того, как температура может влиять на скорость взаимодействия веществ используют правило Вант-Гоффа. Правило Вант-Гоффа состоит в том, что при повышении температуры на 10 градусов, происходит ускорение в 2−4 раза.

Математическая формула, описывающая правило Вант-Гоффа, выглядит следующим образом:

Где γ — температурный коэффициент скорости химической реакции (γ = 2−4).

Но гораздо более точно описывает температурную зависимость константы скорости уравнение Аррениуса:

Где R — универсальная газовая постоянная, А — множитель, определяемый видом реакции, Е, А — энергия активации.

Энергией активации называют такую энергию, которую должна приобрести молекула, чтобы произошло химическое превращение. То есть она является неким энергетическим барьером, который необходимо будет преодолеть сталкивающимся в реакционном объёме молекулам для перераспределения связей.

Энергия активации не зависит от внешних факторов, а зависит от природы вещества. Значение энергии активации до 40 — 50 кДж/моль позволяет веществам реагировать друг с другом довольно активно. Если же энергия активации превышает 120 кДж/моль , то вещества (при обычных температурах) будут реагировать очень медленно. Изменение температуры приводит к изменению количества активных молекул, то есть молекул, достигших энергии большей, чем энергия активации, а значит способных к химическим превращениям.

Действие катализатора

Катализатором называют вещество, способное ускорять процесс, но не входящее в состав его продуктов. Катализ (ускорение протекания химического превращения) разделяют на · гомогенный, · гетерогенный. Если реагенты и катализатор находятся в одинаковых агрегатных состояниях, то катализ называют гомогенным, если в различных, то гетерогенным. Механизмы действия катализаторов разнообразны и достаточно сложны. Кроме того, стоит отметить, что для катализаторов характерна избирательность действия. То есть один и тот же катализатор, ускоряя одну реакцию, может никак не изменять скорость другой.

Давление

Если в превращении участвуют газообразные вещества, то на скорость протекания процесса будет влиять изменение давления в системе. Это происходит потому , что для газообразных реагентов изменение давления приводит к изменению концентрации.

Экспериментальное определение скорости химической реакции

Определить быстроту протекания химического превращения экспериментально можно, получив данные о том, как в единицу времени меняется концентрация веществ, вступающих в реакцию, или продуктов. Методы получения таких данных делят на

  • химические,
  • физико-химические.

Химические методы достаточно просты, доступны и точны. С их помощью скорость определяют, непосредственно замеряя концентрацию или количество вещества реагентов или продуктов. В случае медленной реакции, для контроля за тем, как расходуется реагент отбирают пробы. После чего определяют содержание в пробе реагента. Осуществляя отбор проб через равные промежутки времени, можно получить данные об изменении количества вещества в процессе взаимодействия. Чаще всего используют такие виды анализа, как титриметрия и гравиметрия.

Если реакция протекает быстро, то чтобы отобрать пробу, её приходится останавливать. Это можно сделать с помощью охлаждения, резкого удаления катализатора , также можно произвести разбавление либо перевести один из реагентов в не реакционноспособное состояние.

Методы физико-химического анализа в современной экспериментальной кинетике используются чаще, чем химические. С их помощью можно наблюдать изменение концентраций веществ в реальном времени. При этом реакцию нет необходимости останавливать и отбирать пробы.

Физико-химические методы основываются на измерении физического свойства, зависящего от количественного содержания в системе определённого соединения и изменяющегося со временем. Например, если в реакции участвуют газы, то таким свойством может быть давление. Также измеряют электропроводность, показатель преломления, спектры поглощения веществ.

Вопрос 1. Какие вещества называются ката­лизаторами?

Вещества, которые изменяют скорость химической реакции, оставаясь к концу ее неизменными, называются катализа­торами.

Вопрос 2. Какую роль играют ферменты в клетке?

Ферменты — биологические катали­заторы, ускоряющие химические реакции в живой клетке. Молекулы одних фермен­тов состоят только из белков, другие включают белок и соединение небелковой природы (органическое — кофермент или неорганическое — ионы различных ме­таллов). Ферменты строго специфичны: каждый фермент катализирует опреде­ленный тип реакций, в которых участ­вуют определенные виды молекул суб­стратов.

Вопрос 3. От каких факторов может зависеть скорость ферментативных реакций?

Скорость ферментативных реакций во многом зависит от концентрации фермен­та, природы вещества, температуры, дав­ления, реакции среды (кислой или щелоч­ной).

У многих ферментов при определенных условиях, например в присутствии моле­кул некоторых веществ, изменяется кон­фигурация активного центра, что позво­ляет им обеспечивать наибольшую фер­ментативную активность.

Вопрос 4. Почему большинство ферментов при высокой температуре теряет каталитические свойства?

Высокая температура среды, как прави­ло, вызывает денатурацию белка, т. е. на­рушение его природной структуры. Поэто­му при высокой температуре большинство ферментов утрачивает свои каталитиче­ские свойства.

Вопрос 5. Почему недостаток витаминов мо­жет вызвать нарушения в процессах жизнедеятель­ности организма?

Многие витамины входят в состав фер­ментов. Поэтому недостаток в организме витаминов ведет к ослаблению активнос­ти ферментов в клетках, а следовательно, может вызвать нарушения в процессах жизнедеятельности.

1.8. Биологические катализаторы

4.3 (86.15%) 52 votes
На этой странице искали:
  • какую роль играют ферменты в клетке
  • какие вещества называются катализаторами
  • почему большинство ферментов при высокой температуре
  • от каких факторов может зависеть скорость ферментативных реакций
  • почему большинство ферментов при высокой температуре теряет

§ 12. КИНЕТИКА ФЕРМЕНТАТИВНЫХ РЕАКЦИЙ

Кинетика ферментативных реакций – наука о скоростях ферментативных реакций, их зависимости от различных факторов. Скорость ферментативной реакции определяется химическим количеством прореагировавшего субстрата или образовавшегося продукта реакции в единицу времени в единице объема при определенных условиях:

где v – скорость ферментативной реакции, – изменение концентрации субстрата или продукта реакции, t – время.

Скорость ферментативной реакции зависит от природы фермента, которая определяет его активность. Чем выше активность фермента, тем выше скорость реакции. Активность фермента определяют по скорости реакции, катализируемой ферментом. Мерой активности фермента является одна стандартная единица активности фермента. Одна стандартная единица активности фермента – это такое количество фермента, которое катализирует превращение 1 мкмоль субстрата за 1 минуту.

В процессе ферментативной реакции фермент (Е) взаимодействует с субстратом (S), в результате образуется фермент-субстратный комплекс, который затем распадается с высвобождением фермента и продукта (Р) реакции:

Скорость ферментативной реакции зависит от многих факторов: от концентрации субстрата и фермента, температуры, рН среды, наличия различных регуляторных веществ, способных увеличивать или снижать активность ферментов.

Интересно знать! Ферменты используются в медицине для диагностики различных заболеваний. При инфаркте миокарда вследствие повреждения и распада сердечной мышцы в крови резко возрастает содержание ферментов аспартаттрансаминазы и аланинаминотрансферазы. Выявление их активности позволяет диагностировать данное заболевание.

Влияние концентрации субстрата и фермента на скорость ферментативной реакции

Рассмотрим влияние концентрации субстрата на скорость ферментативной реакции (рис. 30.). При низких концентрациях субстрата скорость прямо пропорциональна его концентрации, далее с ростом концентрации скорость реакции увеличивается медленнее, а при очень высоких концентрациях субстрата скорость практически не зависит от его концентрации и достигает своего максимального значения (V max). При таких концентрациях субстрата все молекулы фермента находятся в составе фермент-субстратного комплекса, и достигается полное насыщение активных центров фермента, именно поэтому скорость реакции в этом случае практически не зависит от концентрации субстрата.

Рис. 30. Зависимость скорости ферментативной реакции от концентрации субстрата

График зависимости активности фермента от концентрации субстрата описывается уравнением Михаэлиса – Ментен, которое получило свое название в честь выдающихся ученых Л.Михаэлиса и М.Ментен, внесших большой вклад в исследование кинетики ферментативных реакций,

где v – скорость ферментативной реакции; [S] – концентрация субстрата; K M – константа Михаэлиса.

Рассмотрим физический смысл константы Михаэлиса. При условии, что v = ½ V max , получаем K M = [S]. Таким образом, константа Михаэлиса равна концентрации субстрата, при которой скорость реакции равна половине максимальной.

Скорость ферментативной реакции зависит и от концентрации фермента (рис. 31). Эта зависимость носит прямолинейный характер.

Рис. 31. Зависимость скорости ферментативной реакции от концентрации фермента

Влияние температуры на скорость ферментативной реакции

Зависимость скорости ферментативной реакции от температуры представлена на рис. 32.

Рис. 32. Зависимость скорости ферментативной реакции от температуры.

При низких температурах (приблизительно до 40 – 50 о С) повышение температуры на каждые 10 о С в соответствии с правилом Вант-Гоффа сопровождается увеличением скорости химической реакции в 2 – 4 раза. При высоких температурах более 55 – 60 о С активность фермента резко снижается из-за его тепловой денатурации, и, как следствие этого, наблюдается резкое снижение скорости ферментативной реакции. Максимальная активность ферментов наблюдается обычно в пределах 40 – 60 о С. Температура, при которой активность фермента максимальна, называется температурным оптимумом. Температурный оптимум ферментов термофильных микроорганизмов находится в области более высоких температур.

Влияние рН на скорость ферментативной реакции

График зависимости ферментативной активности от рН представлен на рис. 33.

Рис. 33. Влияние рН на скорость ферментативной реакции

График зависимости от рН имеет колоколообразную форму. Значение рН, при котором активность фермента максимальна, называется рН-оптимумом фермента. Значения рН-оптимума для различных ферментов колеблются в широких пределах.

Характер зависимости ферментативной реакции от рН определяется тем, что этот показатель оказывает влияние на:

a) ионизацию аминокислотных остатков, участвующих в катализе,

b) ионизацию субстрата,

c) конформацию фермента и его активного центра.

Ингибирование ферментов

Скорость ферментативной реакции может быть снижена действием ряда химических веществ, называемых ингибиторами . Некоторые ингибиторы являются для человека ядами, например, цианиды, другие – используются в качестве лекарственных препаратов.

Ингибиторы можно разделить на два основных типа: необратимые и обратимые . Необратимые ингибиторы (I) связываются с ферментом с образованием комплекса, диссоциация которого с восстановлением активности фермента невозможна:

Примером необратимого ингибитора является диизопропилфторфосфат (ДФФ). ДФФ ингибирует фермент ацетилхолинэстеразу, играющего важную роль в передаче нервного импульса. Этот ингибитор взаимодействует с серином активного центра фермента, блокируя тем самым активность последнего. Вследствие этого нарушается способность отростков нервных клеток нейронов проводить нервный импульс. ДФФ является одним из первых веществ нервно-паралитического действия. На его основе создан ряд относительно нетоксичных для человека и животных инсектицидов — веществ, ядовитых для насекомых.

Обратимые ингибиторы, в отличие от необратимых, при определенных условиях могут быть легко отделены от фермента. Активность последнего при этом восстанавливается:

Среди обратимых ингибиторов выделяют конкурентные и неконкурентные ингибиторы.

Конкурентный ингибитор, являясь структурным аналогом субстрата, взаимодействует с активным центром фермента и таким образом перекрывает доступ субстрата к ферменту. При этом ингибитор не подвергается химическим превращениям и связывается с ферментом обратимо. После диссоциации комплекса EI фермент может связаться либо с субстратом и преобразовать его, либо с ингибитором (рис. 34.). Поскольку и субстрат и ингибитор конкурируют за место в активном центре, такое ингибирование называется конкурентным.

Рис. 34. Механизм действия конкурентного ингибитора.

Конкурентные ингибиторы используются в медицине. Для борьбы с инфекционными болезнями ранее широко применялись сульфаниламидные препараты. Они близки по своей структуре к пара-аминобензойной кислоте (ПАБК), необходимому фактору роста многих патогенных бактерий. ПАБК является предшественником фолиевой кислоты, которая служит кофактором ряда ферментов. Сульфаниламидные препараты выступают в качестве конкурентного ингибитора ферментов синтеза фолиевой кислоты из ПАБК и тем самым подавляют рост и размножение патогенных бактерий.

Неконкурентные ингибиторы по структуре не сходны с субстратом и при образовании EI взаимодействуют не с активным центром, а с другим участком фермента. Взаимодействие ингибитора с ферментом приводит к изменению структуры последнего. Образование EI-комплекса является обратимым, поэтому после его распада фермент вновь способен атаковать субстрат (рис. 35).

Рис. 35. Механизм действия неконкурентного ингибитора

В качестве неконкурентного ингибитора может выступать цианид CN — . Он связывается с ионами металлов, входящими в состав простетических групп и подавляет активность этих ферментов. Отравления цианидами крайне опасны. Они могут привести к летальному исходу.

Аллостерические ферменты

Термин «аллостерический» происходит от греческих слов allo – другой, stereo – участок. Таким образом, аллостерические ферменты наряду с активным центром имеют другой центр, называемый аллостерический центр (рис. 36). С аллостерическим центром связываются вещества, способные изменять активность ферментов, эти вещества называют аллостерическими эффекторами . Эффекторы бывают положительными – активирующими фермент, и отрицательными – ингибирующими, т.е. снижающими активность фермента. Некоторые аллостерические ферменты могут подвергаться действию двух и более эффекторов.

Рис. 36. Структура аллостерического фермента.

Регуляция мультиферментных систем

Некоторые ферменты действуют согласованно, объединяясь в мультиферментные системы, в которых каждый фермент катализирует определенную стадию метаболитического пути:

В мультиферментной системе есть фермент, который определяет скорость всей последовательности реакций. Этот фермент, как правило, бывает аллостерическим и находится в начале матаболитического пути. Он способен, получая различные сигналы, как повышать, так и понижать скорость катализируемой реакции, тем самым регулируя скорость всего процесса.

Конспект урока «Скорость химических реакций» | План-конспект урока по химии (8 класс) по теме:

Как же определяется скорость химической реакции? В общем случае, что такое скорость? (Изменение какого-либо фактора за единицу времени).

А какой же фактор изменяется, когда речь идет о скорости реакции?

(Количества веществ).

Изменяется количество исходных веществ и изменяется количество продуктов реакции.

Если отнести количество вещества к единице объема, то получим молярную концентрацию вещества.

С =

Молярная концентрация вещества (С) измеряется в моль/л.  

Молярная концентрация вещества – это количество вещества в единице объема.

Чтобы определить скорость реакции, необходимо иметь данные об изменении концентрации какого-либо

компонента реакции через определенные промежутки времени.

В закрытом сосуде протекает реакция:

А + В = Д + Е

Концентрация вещества А в первоначальный момент времени t1 составляет С1, а в момент времени t2 – С2

Тогда скорость реакции будет равна:

ν =

Где  

υ — скорость реакции, выраженная в моль/ л с

 ∆C = С2- С1  — изменение концентрации вещества А за промежуток времени ∆ t

∆ t =  t2 —  t1  — промежуток времени, в течение которого изменяется концентрация вещества.

Как изменяется концентрация реагирующего вещества   по мере протекания реакции? (Уменьшается)

 

А можно ли рассчитать скорость реакции не по исходному реагенту, а по продукту реакции?

Как изменяется концентрация продукта по мере протекания реакции? (Увеличивается)

 Тогда величина С2- С1   будет отрицательной, а так как скорость реакции всегда положительна, то в выражении скорости стоит знак «минус».

 

ν =   ±

«Скорость реакции» — это средняя скорость процесса в определенный промежуток времени. Чем меньше промежуток времени, тем точнее значение скорости.

Скорость реакции – это отношение изменения концентрации одного из участвующих в ней веществ за определенный промежуток времени.

Время в химии чаще всего измеряется в секундах. Поэтому Единица измерения скорости химической реакции – моль/л∙с

Отвечают на вопросы

Запись в тетрадь

Запись в тетрадь

Запись в тетрадь

Отвечают на вопросы:

Уменьшается

увеличивается

Запись в тетрадь

Что называют скоростью химической реакции. Что такое константа скорости химической реакции? Факторы, влияющие на скорость реакции

1. Что называют скоростью химической реакции? В каких единицах ее измеряют? От каких факторов она зависит?

2. Сравните понятия «скорость движения» и «скорость химической реакции». Что между ними общего?

3. Какие две классификации реакций по агрегатному состоянию реагентов и по участию в них катализатора вы можете предложить? Приведите примеры таких реакций, запишите их уравнения.

4. Сформулируйте закон действующих масс. Для каких реакций он справедлив?

5. Сформулируйте закон Вант-Гоффа.

6. Что такое катализаторы? На какие группы их можно разделить? Где наиболее эффективно можно использовать ингибиторы?

7. Что такое ферменты? Сравните их с неорганическими катализаторами. Назовите области применения ферментов.

8. Почему при обработке порезов и других ран пероксидом водорода наблюдается его бурное «вскипание»?

9. Сухой хлор хранят в железных баллонах. Влажный хлор разрушает железо. Какую роль играет вода в этом процессе?

10. Для реакции были взяты вещества при температуре 40°С. Затем их нагрели до температуры 70°С. Как изменится скорость химической реакции, если температурный коэффициент ее равен 2?

11. Запишите уравнение, отражающее закон действующих масс, для реакций, уравнения которых:
а) 2NO+O₂↔2NO₂;
б) I₂+H₂↔2HI

12. Почему продукты питания хранят в холодильниках?

Движенья все непрерывную цепь
образуют И возникают одно из
другого в известном порядке.
Лукреций

Что такое механизм химической реакции? Что такое кинетическое уравнение реакции и в чем его смысл? Каков механизм действия катализатора? Что такое ингибиторы?

Урок-лекция

ХИМИЧЕСКАЯ РЕАКЦИЯ КАК ПРИМЕР ДВИЖЕНИЯ . Вспомните, что такое скорость химической реакции и от каких факторов она зависит.

Химические реакции идут с различными скоростями. Диапазон их скоростей чрезвычайно широк — от практически мгновенных реакций (взрыв, многие реакции в растворах) до крайне медленных, идущих столетиями (например, окисление бронзы на воздухе).

Гравюра. Алхимики

В XIX в. было установлено, что химические реакции в подавляющем большинстве представляют собой многостадийные процессы, т. е. совершаются не путем непосредственного одновременного столкновения частиц реагентов с образованием продуктов, а через ряд простых (элементарных) процессов. Действительно, если бы, к примеру, реакция окисления аммиака шла в одну стадию, то это потребовало бы огромных затрат энергии на одновременный разрыв связей в молекулах аммиака и кислорода. Кроме того, вероятность столкновения трех частиц очень мала, четырех — практически равна нулю. Одновременное же столкновение семи частиц (четырех молекул аммиака и трех молекул кислорода) просто невозможно.

Каждая элементарная стадия химической реакции — это либо химический процесс (скажем, распад одной молекулы или столкновение двух частиц), либо переход частицы в возбужденное состояние (или, наоборот, переход ее из возбужденного в основное или низковозбужденное состояние).

Даже простая на первый взгляд реакция

идет по стадиям, причем каждая стадия протекает со своей скоростью.

1-я стадия (быстрая):

2-я стадия (относительно медленная):

Вспомните, какие частицы называют радикалами. Какие реакции называют цепными и что такое энергия активации?

Совокупность элементарных стадий химической реакции, следующих одна за другой (т. е. последовательно) или совершающихся параллельно, называют механизмом химической реакции. Механизмы реакций различны.

Для химика очень важно знать, от каких факторов зависит скорость химической реакции. Особенно важна зависимость скорости реакции (или ее стадий) от концентраций реагирующих веществ. Такую зависимость называют кинетическим уравнением . Для гипотетической реакции аА + bВ = dD + еЕ математическое выражение (кинетическое уравнение) имеет вид

где V — скорость химической реакции; с — концентрация вещества, моль/л; а, Ь — показатели степени (эти величины определяют экспериментально). Коэффициент пропорциональности к в кинетическом уравнении называют константой скорости химической реакции. Она численно равна скорости химической реакции при концентрациях реагирующих веществ, равных 1 моль/л.

Скорость элементарных стадий реакции пропорциональна произведению концентраций частиц-реагентов, например:

Скорость же суммарной реакции может различным, иногда весьма сложным образом зависеть от концентрации реагентов.

Таким образом, превращение одних веществ в другие — это не одномоментное событие, а процесс, развертывающийся во времени, т. е. имеющий свою временную структуру, которая выражена механизмом реакции. Вместе с тем механизм реакции учитывает не только изменения в составе веществ — участников реакции, но и изменение положений атомов в пространстве по мере протекания реакции. Поэтому можно говорить о пространственно-временной структуре реакции.

Начало развития химической кинетики — области химии, изучающей скорости и механизмы химических реакций, пришлось на вторую половину XIX в. Фундамент этой дисциплины был заложен в 1880-е гг. голландским физикохимиком Якобом Вант-Гоффом и шведским ученым Сванте Аррениусом.

КАТАЛИЗ . Уже давно было замечено, что некоторые вещества способны заметно увеличивать скорость химической реакции, хотя сами при этом не изменяют свой химический состав. Такие вещества называют катализаторами . Например, пероксид водорода при комнатной температуре разлагается медленно: 2Н 2 0 2 = 2Н 2 0 + 0 2 . В присутствии же платины скорость его разложения возрастает более чем в 2000 раз, а фермент каталаза (содержится в крови) увеличивает скорость реакции в 90 млрд раз!

Катализатор не расходуется в химическом процессе. Он включается в промежуточные стадии процесса и регенерирует в самом конце. Поэтому само уравнение реакции его не включает.

Мир катализаторов широк и многообразен, как и способы их действия. Но в целом можно сказать, что катализатор, включаясь в механизм реакции, изменяет его и направляет процесс по энергетически более выгодному пути. При этом, что особенно важно, катализаторы могут вызывать протекание с заметной скоростью таких процессов, которые без них практически не идут.

Каждый катализатор может ускорять лишь определенные типы реакций, а в ряде случаев только отдельные реакции. Такая особенность катализаторов называется селективностью (избирательностью). Селективность действия катализаторов позволяет получать лишь определенный нужный продукт определенным образом: «направить» действие лекарства и т. п. Наибольшей селективностью и эффективностью отличаются биологические катализаторы — ферменты , которые катализируют биохимические реакции, протекающие в живых организмах.

Есть вещества, которые замедляют или вообще прекращают химические процессы. Их называют ингибиторами . Однако в отличие от катализаторов ингибиторы расходуются в ходе реакции.

  • От каких причин зависят скорости химических реакций?
  • Может ли скорость какой-нибудь реакции быть пропорциональна квадрату концентрации какого-либо вещества? Если да, то приведите примеры.
  • Предложите гипотезу, объясняющую, почему в отличие от катализаторов ингибиторы расходуются в ходе реакции.

Скорость реакции определяется числом элементарных актов взаимодействия происходящих в единицу времени в единице объема (для гомогенных реакций) или на единице поверхности раздела фаз (для гетерогенных реакций реакции). Скорость реакции обычно характеризуют изменением концентрации реагирующих веществ во времени. Концентрацию в растворе выражают в моль/л, в газах парциальным давлением, время в секундах. Изменение концентрации DС=С 2 -С 1 за промежуток времени Dt=t 2 -t 1 и определит скорость процесса.

Знак «-» при уменьшении концентрации реагирующих веществ, знак «+» при увеличении концентрации продуктов реакции.

О скорости реакции можно судить по скорости изменения какого-либо свойства системы, например, окраски, электропроводности, спектра, давления, выпадения осадка, выделения газа и др.

Скорость процесса пропорциональна вероятности столкновения частиц, которая определяется их концентрацией.

Указанная закономерность установлена опытным путем в 1864-67гг К. Гульдбергом и П. Вааге, в 1865г Н.И. Бекетовым, является основным законом химической кинетики и называется законом действующих масс : при постоянной температуре скорость гомогенных химических реакций прямо пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ, возведенных в степень их стехиометрических коэффициентов .

Так для реакций

1) Н 2 +Cl 2 =2HCl, ;

2) 2NO+O 2 =2NO 2 , .

k – коэффициент пропорциональности или константа скорости, показывает какая часть от общей концентрации веществ реагирует в данных условиях, определяется природой веществ и изменяется с температурой.

Величина k численно равна скорости реакции, когда концентрации реагирующих веществ равны единице.

Некоторые химические реакции происходят практически мгновенно (взрыв кислородно-водородной смеси, реакции ионного обмена в водном растворе), вторые — быстро (горение веществ, взаимодействие цинка с кислотой), третьи — медленно (ржавление железа, гниение органических остатков). Известны настолько медленные реакции, что человек их просто не может заметить. Так, например, преобразование гранита в песок и глину происходит в течение тысяч лет.

Другими словами, химические реакции могут протекать с разной скоростью .

Но что же такое скорость реакции ? Каково точное определение данной величины и, главное, ее математическое выражение?

Скоростью реакции называют изменение количества вещества за одну единицу времени в одной единице объема. Математически это выражение записывается как:

Где n 1 и n 2 – количество вещества (моль) в момент времени t 1 и t 2 соответственно в системе объемом V .

То, какой знак плюс или минус (±) будет стоять перед выражением скорости, зависит от того, на изменение количества какого вещества мы смотрим – продукта или реагента.

Очевидно, что в ходе реакции происходит расход реагентов, то есть их количество уменьшается, следовательно, для реагентов выражение (n 2 — n 1) всегда имеет значение меньше нуля. Поскольку скорость не может быть отрицательной величиной, в этом случае перед выражением нужно поставить знак «минус».

Если же мы смотрим на изменение количества продукта, а не реагента, то перед выражением для расчета скорости знак «минус» не требуется, поскольку выражение (n 2 — n 1) в этом случае всегда положительно, т.к. количество продукта в результате реакции может только увеличиваться.

Отношение количества вещества n к объему, в котором это количество вещества находится, называют молярной концентрацией С :

Таким образом, используя понятие молярной концентрации и его математическое выражение, можно записать другой вариант определения скорости реакции:

Скоростью реакции называют изменение молярной концентрации вещества в результате протекания химической реакции за одну единицу времени:

Нередко бывает крайне важно знать, от чего зависит скорость той или иной реакции и как на нее повлиять. Например, нефтеперерабатывающая промышленность в буквальном смысле бьется за каждые дополнительные полпроцента продукта в единицу времени. Ведь учитывая огромное количество перерабатываемой нефти, даже полпроцента вытекает в крупную финансовую годовую прибыль. В некоторых же случаях крайне важно какую-либо реакцию замедлить, в частности коррозию металлов.

Так от чего же зависит скорость реакции? Зависит она, как ни странно, от множества различных параметров.

Для того чтобы разобраться в этом вопросе прежде всего давайте представим, что происходит в результате химической реакции, например:

A + B → C + D

Написанное выше уравнение отражает процесс, в котором молекулы веществ А и В, сталкиваясь друг с другом, образуют молекулы веществ С и D.

То есть, несомненно, для того чтобы реакция прошла, как минимум, необходимо столкновение молекул исходных веществ. Очевидно, если мы повысим количество молекул в единице объема, число столкновений увеличится аналогично тому, как возрастет частота ваших столкновений с пассажирами в переполненном автобусе по сравнению с полупустым.

Другими словами, скорость реакции возрастает при увеличении концентрации реагирующих веществ.

В случае, когда один из реагентов или сразу несколько являются газами, скорость реакции увеличивается при повышении давления, поскольку давление газа всегда прямо пропорционально концентрации составляющих его молекул.

Тем не менее, столкновение частиц является, необходимым, но вовсе недостаточным условием протекания реакции. Дело в том, что согласно расчетам, число столкновений молекул реагирующих веществ при их разумной концентрации настолько велико, что все реакции должны протекать в одно мгновение. Тем не менее, на практике этого не происходит. В чем же дело?

Дело в том, что не всякое соударение молекул реагентов обязательно будет эффективным. Многие соударения являются упругими – молекулы отскакивают друг от друга словно мячи. Для того чтобы реакция прошла, молекулы должны обладать достаточной кинетической энергией. Минимальная энергия, которой должны обладать молекулы реагирующих веществ для того, чтобы реакция прошла, называется энергией активации и обозначается как Е а. В системе, состоящей из большого количества молекул, существует распределение молекул по энергии, часть из них имеет низкую энергию, часть высокую и среднюю. Из всех этих молекул только у небольшой части молекул энергия превышает энергию активации.

Как известно из курса физики, температура фактически есть мера кинетической энергии частиц, из которых состоит вещество. То есть, чем быстрее движутся частицы, составляющие вещество, тем выше его температура. Таким образом, очевидно, повышая температуру мы по сути увеличиваем кинетическую энергию молекул, в результате чего возрастает доля молекул с энергией, превышающей Е а и их столкновение приведет к химической реакции.

Факт положительного влияния температуры на скорость протекания реакции еще в 19м веке эмпирически установил голландский химик Вант Гофф. На основании проведенных им исследований он сформулировал правило, которое до сих пор носит его имя, и звучит оно следующим образом:

Скорость любой химической реакции увеличивается в 2-4 раза при повышении температуры на 10 градусов.

Математическое отображение данного правила записывается как:

где V 2 и V 1 – скорость при температуре t 2 и t 1 соответственно, а γ – температурный коэффициент реакции, значение которого чаще всего лежит в диапазоне от 2 до 4.

Часто скорость многих реакций удается повысить, используя катализаторы .

Катализаторы – вещества, ускоряющие протекание какой-либо реакции и при этом не расходующиеся.

Но каким же образом катализаторам удается повысить скорость реакции?

Вспомним про энергию активации E a . Молекулы с энергией меньшей, чем энергия активации в отсутствие катализатора друг с другом взаимодействовать не могут. Катализаторы, изменяют путь, по которому протекает реакция подобно тому, как опытный проводник проложит маршрут экспедиции не напрямую через гору, а с помощью обходных троп, в результате чего даже те спутники, которые не имели достаточно энергии для восхождения на гору, смогут перебраться на другую ее сторону.

Не смотря на то что катализатор при проведении реакции не расходуется, тем не менее он принимает в ней активное участие, образуя промежуточные соединения с реагентами, но к концу реакции возвращается к своему изначальному состоянию.

Кроме указанных выше факторов, влияющих на скорость реакции, если между реагирующими веществами есть граница раздела (гетерогенная реакция), скорость реакции будет зависеть также и от площади соприкосновения реагентов. Например, представьте себе гранулу металлического алюминия, которую бросили в пробирку с водным раствором соляной кислоты. Алюминий – активный металл, который способен реагировать с кислотами неокислителями. С соляной кислотой уравнение реакции выглядит следующим образом:

2Al + 6HCl → 2AlCl 3 + 3H 2

Алюминий представляет собой твердое вещество, и это значит, что реакция с соляной кислотой идет только на его поверхности. Очевидно, что если мы увеличим площадь поверхности, предварительно раскатав гранулу алюминия в фольгу, мы тем самым предоставим большее количество доступных для реакции с кислотой атомов алюминия. В результате этого скорость реакции увеличится. Аналогичным образом увеличения поверхности твердого вещества можно добиться измельчением его в порошок.

Также на скорость гетерогенной реакции, в которой реагирует твердое вещество с газообразным или жидким, часто положительно влияет перемешивание, что связано с тем, что в результате перемешивания достигается удаление из зоны реакции скапливающихся молекул продуктов реакции и «подносится» новая порция молекул реагента.

Последним следует отметить также огромное влияние на скорость протекания реакции и природы реагентов. Например, чем ниже в таблице Менделеева находится щелочной металл, тем быстрее он реагирует с водой, фтор среди всех галогенов наиболее быстро реагирует с газообразным водородом и т.д.

Резюмируя все вышесказанное, скорость реакции зависит от следующих факторов:

1) концентрация реагентов: чем выше, тем больше скорость реакции

2) температура: с ростом температуры скорость любой реакции увеличивается

3) площадь соприкосновения реагирующих веществ: чем больше площадь контакта реагентов, тем выше скорость реакции

4) перемешивание, если реакция происходит меду твердым веществом и жидкостью или газом перемешивание может ее ускорить.

Скорость химических реакций. Обратимость химических реакций.

Тип урока: урок обучения умениям и навыкам

какие детали поменять для улучшения ПК

  1.  — Материнская плата (при необходимости)

  2.  — Блок питания (при необходимости)

  3.  — Процессор (для замены понадобится термопаста)

  4.  — Куллер (при необходимости)

  5.  — Видеокарта

  6.  — Оперативная память (купить новую или добавить еще планку к старой)

  7.  — Жесткий диск (при необходимости)

Тема занятия: Скорость химической реакции. Факторы, влияющие на скорость химической реакции.

План проведения занятия

1. Организационный момент

1.1. Проверка посещаемости

1.2. Сообщение темы и цели занятия

1.3. Формирование мотивации

2.Опрос по теме: «Классификация химических реакций»

3. Мотивация познавательной деятельности

4.Объяснение новой темы

4.1. Понятие скорости реакции

4.2. Факторы, влияющие на скорость

5.Закрепление и выводы по занятию

6.Рефлексия

7.Домашнее задание

Содержание урока

1. Организационный момент

1.1.Проверка посещаемости

    1. Сообщение темы и цели занятия

Тема: Скорость химической реакции. Факторы, влияющие на скорость химической реакции

Цель: Освоить важнейшие химические понятия — скорость химической реакции.

Формирование мотивации

Одна из задач химии использовать различные процессы для получения соединений с новыми полезными свойствами, а так же для получения разных видов энергии. В организме человека и в окружающем нас мире протекает огромное число реакций, без них невозможна жизнь. Чем выше скорость реакции, тем меньше энергетических затрат, и больше выход продукта за определенное время. Таким образом, увеличивается производительность и экономический эффект. Чтобы ориентироваться в огромном царстве реакций, необходимо знать их типы. Давайте повторим классификацию химических реакций.

  1. Фронтальный опрос темы: «Типы химических реакций»

Задание 1. За каждый верный ответ выставляется оценка 1 балл

Вопросы:

  1. Что называется явлением?

(Явление – это то, в чём проявляется развитие, изменение чего– либо).

  1. Чем сопровождается любое явление?

(Изменением энергии)

  1. Какие виды энергий вы знаете?

(Кинетическая, потенциальная, внутренняя)

  1. .К каким явлениям относятся данные превращения?

(Физическим)

  1. В чём разница между физическими и химическими явлениями?

(В результате химических реакций происходит образование новых веществ)

  1. Будут ли данные реакции химическими?

(Нет, т.к. происходит изменение ядер атомов)

  1. Какие уровни организации вещества затрагиваются при химических реакциях?

(Молекулы, атомы не делятся, происходит только их перегруппировка)

  1. Что же такое химическое явление?

(Х.Р.– процесс превращения одних веществ в другие, отличающиеся от исходных составом или строением)

  1. По каким признакам можно судить о протекании именно химических реакций?

(Изменение, цвета, выделение тепла и света, изменение запаха, выделение газа, образование или растворение осадка)

  1. В чем сущность протекания химического процесса?

(Разрыв химических связей в реагентах.(E затрачивается)

  1. Возникновение новых связей в продуктах реакции.(E выделяется)

  2. Получение готового продукта, возможность выделить его из общей массы веществ и дальнейшее использование. При этом общее число атомов каждого элемента остаётся постоянным, следовательно, и масса веществ в результате Х. Р. не изменяется)

  3. Кем и когда была установлена эта закономерность?

(В 1748 году сформулирован закон сохранения массы веществ)

  1. Какой ещё закон лежит в основе химических реакций?

(Закон сохранения энергии: энергия не возникает из ничего и не исчезает бесследно, а только переходит из одной формы в другую)

  1. Что является условной записью химического процесса? (УХР)

  2. Найдите правильную запись химического процесса.

(3, т.к. соблюдается закон сохранения массы вещества)

  1. При изучении курсов органической и неорганической химии мы изучали множество химических реакций.

Вспомните, пожалуйста, какие признаки могут быть выделены при классификации Х. Р?

Признаки классификации химических реакций 

  1. По числу и составу исходных веществ и продуктов реакции

  2. По тепловому эффекту

  3. По признаку обратимости

  4. По признаку изменения степеней окисления

  5. По агрегатному состоянию веществ

  6. По наличию катализатора

Задание 2. (13 баллов)

Напротив каждого термина, относящегося к классу химических реакций, вклейте нужное определение.

Реакции соединения

Реакции, в результате которых из двух и более веществ образуется одно сложное вещество

Реакции разложения

Реакции, в результате которых из сложного вещества образуется несколько новых веществ.

Реакции замещения

Реакции, в результате которых атомы простого вещества замещают атомы одного из элементов в сложном веществе.

Реакции обмена

Реакции, в которых два сложных вещества обмениваются своими составными частями.

Экзотермические реакции

Реакции, протекающие с выделением теплоты.

Эндотермические реакции

Реакции, протекающие с поглощением теплоты.

Каталитические реакции

Реакции, идущие с участием катализатора.

Некаталитические реакции

Реакции, идущие без катализатора.

Окислительно-восстановительные

Реакции, протекающие с изменением степеней окисления элементов, образующих вещества, участвующие в реакции.

Обратимые реакции

Химические реакции, которые протекают одновременно в двух противоположных направлениях-прямом и обратном.

Необратимые реакции

Химические реакции, в результате которых исходные вещества практически полностью превращаются в конечные продукты.

Гомогенные реакции

Реакции, которые протекают в однородной среде, например в смеси газов или в растворах.

Гетерогенные реакции

Реакции, которые протекают между веществами в неоднородной среде.

Проверка работы происходит по слайду презентации.

Задание 3. (14 баллов)

Соотнесите химические реакции с их классом:

Тип реакции

Уравнение химической реакции

Реакции соединения

MgO + CO2 → MgCO3

Реакции разложения

Реакции замещения

Mg + 2HCl → MgCl2 + H2

Реакции обмена

AgNO3+NaCl→NaNO3+AgCl↓

Экзотермические реакции

Эндотермические реакции

Каталитические реакции

Некаталитические реакции

NaOH + HNO3 → NaNO3 + H2O

Окислительно-восстановительные

6Li + N2 → 2Li3N  

Не окислительно-восстановительные

CaO + H2SO4 → CaSO4 + H2O

Обратимые реакции

Необратимые реакции

Гомогенные реакции

KOH + HCl → KCl + H2O

Гетерогенные реакции

Проверка работы происходит по слайду презентации.

Задание 4. (9 баллов)

«Крестики-нолики». За 30 с необходимо найти выигрышный путь, состоящий из уравнений реакций замещения

2Al + 6HCl = 2AlCl3 + 3H2

4NO2 + 2H2O + O2 = 4HNO3

4AgNO3 = 2Ag2O + 4NO2 + O2

Cl2 + 2KI = 2KCl + I2

Fe2O3 + 3H2 = 3H2O + 2Fe

2Zn + O2 = 2ZnO

Na2SO4 + BaCl2 = BaSO4 + 2NaCl 

Cu(OH)2 = CuO + H2O

2HCl + Zn = ZnCl2 + H2

Проверка работы происходит по слайду при обмене работами с соседом по парте

Задание 5. (9 баллов)

Логическое задание «третий лишний».

Найти закономерность по одному из 3-х признаков,  определить какая из реакций в каждой из 3-х групп не вписывается в общую закономерность.

                  2Na + S → Na2S                                      Na2O + H2O → 2NaOH

                   2HgO → 2Hg + O2                                        Zn + 2HCl → ZnCl2 + H2

                   Mg + O→ 2MgO                                   CaCO3 →CaO +CO2

                                   H2SO4(p) + BaCl2(p) → BaSO4↓ + 2HCl

                                   H2SO4(p) + 2NaOH(p) → Na2SO4 + 2H2O

                                   H2SO4(к) +2NaCl(т) → Na2SO4 + 2HCl↑

Каждый верный ответ отмечают знаком «+».

Выставляется оценка: 3плюса – «9б»; 2 – «6б»; 1 – «3б»; 0 – «0б».

Проверка работы происходит по слайду при обмене работами с соседом по парте

Задание 6. (5 баллов)

Работа с сигнальными карточками / «светофоры» -красный, зелёный/.

Рассматриваются конкретные реакции, с точки зрения различных признаков классификации. Уравнения реакций на слайде

1). 2KCl + H2SO4 → K2SO4 + 2HCl

2). Cu + 4HNO3 → Cu(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O

3). N2 + O2→ 2NO2

4). 2KI + Pb(NO3)2 → 2KNO3 + PbI2

Преподаватель задаёт по 2 вопроса на каждую реакцию: является ли данная реакция О.-В, реакцией замещения и т.д. Если студенты согласны – поднимают зелёную карточку, нет – красную. При разногласии приводят аргументы доказывающие или опровергающие данное суждение. Каждый верный ответ отмечают знаком «+».

Выставляется оценка: четыре плюса – «5б»; 3 – «4б»; 2 или 1 – «3б»; менее 1 – «2б».

Проверка работы происходит по слайду при обмене работами с соседом по парте

Задание 7.

Каждый выбирает себе задание на ту оценку, которая его устраивает.

Задание на «3». Расставьте коэффициенты в уравнениях химических реакций, укажите типы химических реакций (табл. 10).

Таблица 10

Уравнение реакции

Тип химической реакции

а) Al + O2 — Al2O3

Реакция……………..

б) MnO2 + H2 — Mn + H2O

Реакция……………..

в) H2O2 — H2 + O2

Реакция……………..

г) HNO3 + Fe(OH)3 — Fe(NO3)3 + H2O

Реакция……………..

Задание на «4». Допишите уравнения реакций, расставьте коэффициенты, укажите типы химических реакций (табл. 11).

Таблица 11

Уравнение реакции

Тип химической реакции

а) AgI —………..

Реакция……………..

б) MgO + H2SO4 —………..

Реакция……………..

в) Al + HCl —………..

Реакция……………..

г) Na + Cl2 —………..

Реакция……………..

Задание на «5». Допишите практически осуществимые уравнения реакций, расставьте коэффициенты, укажите типы химических реакций (табл. 12).

Таблица 12

Уравнение реакции

Тип химической реакции

а) HNO3 + Mg (OH) 2 — …………..

Реакция……………..

б) FeCl3 + Zn —………..

Реакция……………..

в) CH4 —………..

Реакция……………..

г) KOH + Ca (OH) 2 — …………..

Реакция……………..

д) Ba + O2 —………..

Реакция……………..

Проверка работы происходит по слайду при обмене работами с соседом по парте

По завершению заданий следует еще раз вернуться к цели урока.

Давайте еще раз вспомним цели нашего урока?

Достигли ли мы целей?

Скажите, пожалуйста, любите ли вы сок?

После вскрытия упаковки сок рекомендуют сразу употребить. Но бывает так, что он остается, стоит дня 2-3. В итоге сок начинает бродить и приобретает неприятный запах.

— О чем это свидетельствует (с точки зрения химии)? Какие признаки химических реакций наблюдаются при этом?

Но бывает так, что сок может простоять без изменений, и признаков порчи не наблюдается.

— Значит ли это, что химические реакции не протекают? Или протекают очень медленно?

Химические реакции протекают с разной скоростью.

Слушают учителя. Отвечают на вопросы.

Формулируют тему урока.

Сегодня нам предстоит ознакомиться с понятием «скорость химической реакции» и узнать, от каких факторов она зависит.

3. Мотивация познавательной деятельности

Постановка проблемной ситуации

— Что мы можем сделать, чтобы сок сохранился как можно дольше?

Выдвигают свои предположения.

Сегодня на уроке у нас очень интересная и очень важная в изучении химических реакций тема. Представим себя учёными- исследователями. Мне хотелось бы продемонстрировать небольшой эксперимент. Посмотрите, пожалуйста, на доску и сделайте свои предположения по поводу протекания этих реакций:

А) сульфата меди и железа;

Б) раствора сульфата меди и гидроксида калия

Будут ли протекать эти реакции? Напишите уравнения этих реакций.

Рассмотрим примеры (эксперимент проводит учитель).

На столе – две пробирки, в обоих содержится раствор сульфата меди, но в одной пробирке с добавлением хлорида натрия, в обе пробирки опускаем по грануле алюминия.  Что мы наблюдаем? Следовательно, о чем мы будем говорить сегодня на уроке? (скорости)

Правильно. Сегодня мы будем говорить о скорости. Но не о той, с которой вы знакомились на уроках физики и математики, а о скорости химических реакций и о условиях, которые эту скорость могут изменить.

ВЫВОД: В окружающем нас мире происходит огромное количество химических реакций. Они протекают здесь и сейчас, и даже внутри каждого из нас.

Известно, что одни химические реакции протекают за малые доли секунды, другие же за минуты, часы, дни.

Например, золотые украшения сохраняют свою красоту и блеск веками. А вот брошенный на улице старый автомобиль спустя несколько лет превращается в груду ржавого металлолома. Каждая реакция протекает со своей скоростью.

4. Объяснение новой темы

4.1. Понятие скорости реакции

Проблемная беседа.

  1. Вспомните , пожалуйста, определение скорости из курса физики и математики.После того как студенты приведут формулу для расчета скорости физического тела

  2. Скажите , пожалуйста, каким символом обозначается «скорость» в физике и математике ?

Затем преподаватель говорит о том , что точно таким же символом пользуются для обозначения скорости химической реакции.

  1. Вспомните, пожалуйста, какую единицу измерения имеет «скорость» в физике и математике?

После ответа студентов преподаватель предлагает им записать единицу измерения для скорости химической реакции исходя из выше записанных формул.

Скорость движения

Единицы измерения скорости

Скорость поезда:

км/ч

Скорость течения реки:

м/с

Скорость прокручивания кинопленки:

24 кадра/с

Скорость потребления кислорода человеком:

360л/с

Скорость реакции:

?

  1. Скорость какого–либо процесса – это изменение какой-либо физической величины за единицу времени. Что изменяется в ходе реакции? Это концентрация вещества

  2. А возможно ли изменение скорости химической реакции ?

Студенты должны предположить что скорость химической реакции будет уменьшаться со временем , т.к. химическая реакция это эффективное столкновение частиц , то с течением времени таких эффективных столкновений будет меньше , а значит скорость будет уменьшаться. Преподаватель подтверждает верность предположения и говорит об использовании в химии среднего значения скорости какой-либо химической реакции в определенном интервале времени и обращает внимание студентов на рисунок

Преподаватель : Влияние всех перечисленных факторов на скорость химических реакций можно объяснить, используя простую теорию – теорию столкновений.

Основная ее идея такова: реакции происходят при столкновении частиц реагентов, которые обладают определенной энергией. Отсюда можно сделать такие выводы:

  1. Чем больше частиц реагентов, тем больше у них шансов столкнуться и прореагировать.

  2. 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 определенной энергией.

Минимальный избыток энергии, необходимый для эффективного соударения частиц реагентов, называется энергией активации (запись определения в тетрадях).

Таким образом, на пути всех частиц, вступающих в реакцию, имеется некоторый барьер, равный энергии активации. Если он маленький, то находится много частиц, которые его успешно преодолевают. При большом энергетическом барьере необходима дополнительная энергия для его преодоления, иногда достаточно «хорошего толчка».

Давайте вспомним, что такое скорость

Задание №1Поиск информации используя учебник

По учебнику с.23

  1. Выпишите определение скорости химической реакции.

  2. Запишите математическое выражение скорости химической реакции.

  3. Выпишите определение молярной концентрации.

  4. Какова размерность скорости химической реакции?

  5. Решите задачу

Задача №1

Химическая реакция протекает в растворе, согласно уравнению: А+В = С. Исходные концентрации: вещества А – 0,80 моль/л, вещества В – 1,00моль/л. Через 20 минут концентрация вещества А снизилась до 0, 74 моль/л.

Определите:

  • а) среднюю скорость реакции за этот промежуток времени;

  • б) концентрацию вещества В через 20 мин.

Ответы:

Скорость -это изменение какой либо физической величины за единицу времени.

Формулируется определение понятия «молярная концентрация». Молярная концентрация — С — это отношение количества вещества к объёму:

C = n / V

Единицей измерения является [моль/л.]

4.2. Факторы, влияющие на скорость

ПРОБЛЕМА: Что нужно знать, чтобы уметь управлять скоростью химической реакции? (Знать, какие условия влияют на скорость)

Как называются эти условия, которые вы сейчас перечислили? (Факторы)

Перед вами на столах стоят химические приборы и реактивы. Как вы думаете, с какой целью вы будете проводить опыты? (С целью изучения влияния факторов на скорость реакций)

Какие же факторы влияют на скорость химических реакций?

Студенты перечисляют: температура, природа реагирующих веществ, концентрация, поверхность соприкосновения, катализаторы.

Как они могут изменить скорость реакции? (студенты предлагают свои предположения)

Далее вам самим предстоит изучение различных факторов на скорость реакций. Для этого вы проведете реакции, руководствуясь инструкциями на ваших столах, оформите протокол опыта. После этого одному студенту из группы надо будет выйти к доске, объяснить, влияние какого фактора вы рассмотрели, написать уравнения на доске и сделать вывод согласно теории столкновений и теории активации.

Инструктаж по ТБ.

ПРОВЕДЕНИЕ ПРАКТИЧЕСКОЙ РАБОТЫ В ГРУППАХ

Карточка 1.

Факторы, влияющие на скорость химической реакции:

Природа реагирующих веществ.

Будьте осторожны при работе с веществами. Помните о правилах техники безопасности.

Цель: Изучить зависимость скорости химической реакции от природы реагирующих веществ.

Оборудование: 3 пробирки

Реактивы: гранулы цинка, алюминия, меди, раствор соляной кислоты.

Задание

1.В три пробирки налейте немного соляной кислоты.

2. В одну опустите небольшое количество цинка, во вторую алюминия а в третью — меди.

3. Сравните скорость взаимодействия различных металлов с кислотой.

4. В чём, по вашему мнению, причина различной скорости реакций кислоты с данными металлами.

5. Влияние какого фактора вы выяснили при проведении этой работы?

6. Напишите уравнение реакции.

7. Составьте кластер.

Например:

Аналогия на влияние природы реагирующих веществ:

Люди бывают разных характеров, разных темпераментов и от этого зависит скорость их работы, скорость сближения с другими людьми. Так и вещества имеют свои «характеры» и это влияет на скорость химических реакций.

Карточка 2.

Факторы, влияющие на скорость химической реакции:

Концентрация реагирующих веществ.

Будьте осторожны при работе с веществами. Помните о правилах техники безопасности.

Цель: Установить зависимость между скоростью химической реакции и концентрацией реагента

Оборудование: 2 пробирки.

Реактивы: гранулы цинка, раствор соляной кислоты ,вода.

Задание:

1. В две пробирки налейте 1-2 мл соляной.

2. В одну из пробирок добавьте такой же объем воды.

3. В каждую из пробирок поместите гранулу цинка.

4. В какой из пробирок выделение водорода началось быстрее?

5. Влияние какого фактора вы выяснили в этом эксперименте?

6. Как это можно объяснить с точки зрения теории столкновений?

7. Напишите уравнение реакции.

8. Составьте кластер.

Например:

Аналогия на влияние концентрации:

Чем больше вещества в единице объёма, тем больше столкновений между молекулами и выше скорость реакции. Это похоже на большой супермаркет, где много товара и много покупателей. В супермаркете продаётся больше товара, чем в маленьких специализированных магазинчиках, потому что покупатель «сталкивается» с большим количеством разных товаров.

— Пробки на дорогах. Концентрация машин больше, а скорость движения –меньше. Комментарий учителя: да, такое тоже бывает в химии: при слишком большой концентрации веществ реакция не идёт, приходится разбавлять водой, чтоб молекулам «было, где разбежаться».

Карточка 3.

Факторы, влияющие на скорость химической реакции:

Площадь соприкосновения реагирующих веществ.

Будьте осторожны при работе с веществами. Помните о правилах техники безопасности.

Цель: Установить зависимость между скоростью химической реакции и поверхностью соприкосновения реагирующих веществ

Оборудование: 2 пробирки, ступка

Реактивы: кусочки мела и порошок мела, раствор соляной кислоты.

Задание:

1. Разотрите небольшой кусочек мела в ступке.

2. В две пробирки налейте немного раствора соляной кислоты. Будьте очень осторожны, налейте совсем немного кислоты!

3. Одновременно в одну пробирку поместите порошок, а в другую кусочек мела.

4. В какой из пробирок реакция пройдёт быстрее?

5. Влияние какого фактора вы выяснили в этом эксперименте?

6. Как это можно объяснить с точки зрения теории столкновений?

7. Напишите уравнение реакции.

8. Составьте кластер.

Например:

Аналогия на влияние площади поверхности реагирующих веществ:

— Из старой морской песни: «Мы — спина к спине у мачты, против тысячи -вдвоём!». Герои этой песни уменьшили площадь соприкосновения с врагами и уменьшили «скорость реакции» с ними, т. е. уменьшили возможность поражения.

Карточка 4.

Факторы, влияющие на скорость химической реакции:

Температура.

Будьте осторожны при работе с веществами. Помните о правилах техники безопасности.

Цель: Установить зависимость скорости химической реакции от температуры

Оборудование: 2 пробирки, спиртовка, спички, держатель.

Реактивы: порошок оксид меди( II) и раствор серной кислоты.

Задание:

1. В обе пробирки налейте раствор серной кислоты и поместите в них по порошок оксида меди.

2. Одну из пробирок осторожно нагрейте. Сначала нагреваем пробирку чуть наклонно, стараясь прогреть ее по всей длине, затем только нижнюю часть, уже выпрямив пробирку. Пробирку держите держателем.

3. В какой из пробирок реакция протекает более интенсивно?

4. Влияние какого фактора вы выяснили в этом эксперименте?

5. Как это можно объяснить с точки зрения теории столкновений?

6. Напишите уравнение реакции.

7. Составьте кластер.

Например:

Аналогия на влияние температуры:

При повышении температуры повышается скорость движения молекул, поэтому они чаще сталкиваются и реагируют. Это похоже на дискотеку, где все двигаются, танцуют и поэтому легче знакомиться, чем, например, на собрании, где все сидят на своих местах.

Карточка 5.

Факторы, влияющие на скорость химической реакции:

Наличие специальных веществ — катализаторов,

веществ, которые увеличивают скорость химической реакции.

Будьте осторожны при работе с веществами. Помните о правилах техники безопасности.

Тема: Скорость химической реакции и катализатор

Цель: установить зависимость между скоростью химической реакции и влиянием катализатора.

Оборудование: 2 пробирки, лучинка, спички.

Реактивы: перекись водорода дихромата калия.

Задание:

  1. В два стаканчика налейте перекись водорода.

  2. В одну из пробирок осторожно присыпьте несколько кристалликов дихромата калия. Перемешайте полученный раствор стеклянной палочкой.

  3. Зажгите лучинку, а потом погасите её. Поднесите тлеющую лучинку к растворам в обоих стаканах как можно ближе к раствору, но не касаясь жидкости. Лучинка должна загореться.

  4. В какой из пробирок наблюдается бурное выделение газа? Какой это газ?

  5. Какую роль в этой реакции выполняет дихромат калия?

  6. Влияние какого фактора вы выяснили в этом эксперименте?

  7. Напишите уравнение реакции.

  8. Составьте кластер.

Например:

Аналогия на влияние катализатора:

Два человека не дружат, может даже враждуют. Третий решил для пользы дела их сдружить. Идёт к одному из них, договаривается, объединяется с ним, потом вместе идут к другому, опять договариваются (при посреднике иногда легче договориться), посредник уходит, а первые двое становятся друзьями!

5. Закрепление и выводы по занятию

ОБСУЖДЕНИЕ ПОЛУЧЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ.

Для обсуждения из каждой рабочей группы к доске выходит по одному студенту (по очереди)

Составление сводного протокола лабораторной работы на основе ответов к вопросам практикума.

На доске пишут уравнения реакций и делают соответствующие выводы. Все остальные студенты заносят полученные выводы и уравнения в таблицу.

Закономерности изменения скорости химических реакций в зависимости от условий.

Условия, влияющие на скорость химической реакции

Закономерности изменения скорости при изменении условий

1. Природа веществ (строение, свойства, состав)

С увеличением (уменьшением) реакционной способности веществ скорость реакций увеличивается (уменьшается).

2. Площадь поверхности соприкосновения веществ

Чем больше (меньше) площадь поверхности соприкосновения веществ, тем больше (меньше) скорость реакции.

3. Температура

При повышении (понижении) температуры скорость увеличивается (уменьшается).

4. Концентрация веществ

При повышении концентрации реагирующих веществ скорость увеличивается.

5. Катализатор

В присутствии (+) катализатора скорость реакции увеличивается, в присутствии (-) катализатора скорость реакции уменьшается.

Карточка 1.

Факторы, влияющие на скорость химической реакции:

1. Природа реагирующих веществ

Цель: Изучить зависимость скорости химической реакции от природы реагирующих веществ.

Оборудование: 3 пробирки

Реактивы: гранулы цинка, алюминия, меди, раствор соляной кислоты.

Ответ: Чем активнее от природы вещество, тем больше скорость реакции.

В 1865 году русский ученый Н.И. Бекетов сформулировал основной закон кинетики:

Карточка 2.

Факторы, влияющие на скорость химической реакции:

Концентрация реагирующих веществ.

Цель: Установить зависимость между скоростью химической реакции и концентрацией реагента

Оборудование: 2 пробирки.

Реактивы: гранулы цинка, раствор соляной кислоты ,вода.

Задание №2

Поиск информации, используя учебник с.233

  1. Как называется основной закон химической кинетики?

  2. Кто является автором закона химической кинетики?

  3. Запишите математическое выражение закона действующих масс

  4. На какие вещества данный закон не распространяется?

    А) S(тв) + O2 (г) = SO2 (г)

    Б) 2SO2 (г) + O2 (г) = 2SO3 (ж)

    2в А) H2+I2=2HI

    Б) 2 Fe + 3CI2= 2 FeCI3.

  5. Запишите кинетическое уравнение для следующих уравнений реакций:

  6. Решите задачу

Задача №2

Как изменится скорость реакции, имеющей кинетическое уравнение

v= kCA 2CB, если

А) концентрацию вещества А увеличить в 3 раза;

Б) концентрацию вещества А увеличить в 3 раза, а концентрацию В уменьшить в 3 раза?

Ответы :

Закон действующих масс

Скорость химической реакции прямо пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ.

При повышении концентрации хотя бы одного из реагирующих веществ скорость химической реакции возрастает в соответствии с кинетическим уравнением.

Для реакции: А + В = Д этот закон выразится так:

υ = k· CA· CB

Для реакции: 2А + В = Д этот закон выразится так:

υ = k· C2A· CB

Он справедлив только для газообразных и жидких веществ!

Ответ:

Карточка 3.

Факторы, влияющие на скорость химической реакции:

Площадь соприкосновения реагирующих веществ.

Цель: Установить зависимость между скоростью химической реакции и поверхностью соприкосновения реагирующих веществ

Оборудование: 2 пробирки, ступка

Реактивы: кусочки мела и порошок мела, раствор соляной кислоты.

Ответ: Одинаковые по массе кусочек и порошок мела имеют разные занимаемые объемы в пробирке, разную степень измельчения. Там где эта степень измельчения наибольшая – скорость выделения водорода максимальна.

Вывод: Скорость химической реакции зависит от площади соприкосновения реагирующих веществ: чем больше площадь соприкосновения реагирующих веществ (степень измельчения), тем больше скорость реакции.

Преподаватель: такая зависимость наблюдается не всегда: так для некоторых гетерогенных реакций, например, в системе Твердое вещество – Газ, при очень высоких температурах (более 500 0С) сильно измельчённые (до порошка) вещества способны спекаться, тем самым площадь поверхности соприкосновения реагирующих веществ уменьшается.

Карточка 4.

Факторы, влияющие на скорость химической реакции:

Температура.

Цель: Установить зависимость скорости химической реакции от температуры

Оборудование: 2 пробирки, спиртовка, спички, держатель.

Реактивы: порошок оксид меди( II) и раствор серной кислоты.

Ответ: Чем больше температура, тем больше активных частиц, увеличивается скорость их движения, что приводит к увеличению числа соударений. Скорость реакции возрастает.

Задание №3

Поиск информации, используя учебник с.233

  1. Сформулируйте правило Вант-Гоффа.

  2. Запишите математическое выражение правила Вант-Гоффа.

  3. Решите задачу:

Определите, как изменится скорость некоторой реакции:

а) при повышении температуры от 10° до 50° С;

б) при понижении температуры от 10° – 0° С.

Температурный коэффициент реакции равен 3.

Ответ:

Правило Вант-Гоффа:

При увеличении температуры на каждые 10° С общее число столкновений увеличивается только на ~ 1,6 %, а скорость реакции увеличивается в 2-4 раза (на 100-300%).

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 V1скорость реакции при температуре t2,

V2 – скорость реакции при температуре t1,

yтемпературный коэффициент.

Карточка 5.

Факторы, влияющие на скорость химической реакции:

Наличие специальных веществ — катализаторов,

веществ, которые увеличивают скорость химической реакции.

Тема: Скорость химической реакции и катализатор

Цель: установить зависимость между скоростью химической реакции и влиянием катализатора.

Оборудование: 2 пробирки, лучинка, спички.

Реактивы: перекись водорода дихромата калия.

Ответы:

Катализаторы — это вещества, которые повышают скорость химической реакции. Они вступают во взаимодействие с реагентами с образованием промежуточного химического соединения и освобождаются в конце реакции.
Ингибитор — вещество, замедляющее скорость реакции.

Ферменты — биологические катализаторы белковой природы.

Каталитические явления широко распространены в природе: дыхание, усвоение питательных веществ клетками, синтез белков и др.- это процессы, регулируемые биологическими катализаторами — ферментами. Каталитические процессы — основа жизни в той форме, которая существует на земле.

Выступление с сообщением

6.Рефлексия

Что мы изучили на этом занятии?

  1. Для чего нужны знания о факторах, влияющих на скорость химических реакций?

  2. Применяются ли они в быту? Если применяются, назовите области применения.

Таким образом, выделяют пять факторов, с помощью которых можно влиять на скорость химической реакции. Это возможность широко используется в промышленности для получения различных химических веществ. И мы в обычной повседневной жизни используем данные факторы, порой даже не замечая этого.

Давайте проверим, как вы усвоили тему нашего занятия.

Я буду называть пример, а ваша задача правильно указать фактор, действующий на скорость химической реакции.

1. В приготовлении домашних соусов, используем уксусную кислоту, а не соляную или серную (природа реагирующих веществ).

2. Если нужно быстро истопить печку или баню, мелко колем дрова (площадь поверхности соприкосновения).

3. Чтобы варенье не закисло, добавляем больше сахара (концентрация реагирующих веществ).

4. Чтобы бельё лучше отстиралось, используем тёплую воду (температура).

5. Когда занимаемся консервированием, используем уксусную или лимонную кислоту (ингибитор).

Возвращение к проблемному вопросу начала урока

(Что мы можем сделать, чтобы сок сохранился как можно дольше?)

Тест по теме (на 5 мин).

1. Скорость химической реакции характеризует:

1) движение молекул или ионов реагирующих веществ относительно друг друга

2) время, за которое заканчивается химическая реакция

3) число структурных единиц вещества, вступивших в химическую реакцию

4) изменение количеств веществ за единицу времени в единице объема

  1. При повышении температуры реагирующих веществ скорость химической реакции:

1) уменьшается

2) увеличивается

3) не изменяется

4) изменяется периодически

  1. При повышении площади поверхности соприкосновения реагирующих веществ скорость химической реакции:

1) уменьшается

2) увеличивается

3) не изменяется

4) изменяется периодически

  1. При повышении концентрации реагирующих веществ скорость химической реакции:

1) уменьшается

2) увеличивается

3) не изменяется

4) изменяется периодически

  1. Для увеличения скорости химической реакции

2CuS(тв.) + 3O2(г.) = 2CuO(тв.) + 2SO2(г.) + Q необходимо:

1)  увеличить концентрацию SО2 

2)  уменьшить концентрацию SО2 

3)  уменьшить температуру 

4)  увеличить степень измельчения CuS

  1. При обычных условиях с наименьшей скоростью происходит взаимодействие между:

1)  Fe и O2

2) Cu и O2

3) Zn и HCl (10%-й р-р)

4) Mg и HCl (10%-й р-р)

  1. При увеличении температуры от 10 до 30 °С скорость реакции, температурный коэффициент которой = 3:

1)  возрастает в 3 раза

2)  возрастает в 9 раз

3)  уменьшается в 3 раза

4)  уменьшается в 9 раз

Ответы на тест:

Оценка тестовой работы:

Без ошибок – «5»

1-2 ошибки – «4»

3 ошибки – «3»

6.Домашнее задание:

  1. §7.2, с. 231-236

  2. индивидуальное задание:

на «3» — найти интересные факты по теме «Скорость химической реакции»;

на «4» — составить тест по теме «Скорость химической реакции»;

на «5» — придумать задачу по теме «Скорость химической реакции»

факторов, влияющих на скорость реакций — вводная химия — 1-е канадское издание

Джесси А. Ки

  • Чтобы понять теорию столкновений.
  • Чтобы понять четыре основных фактора, влияющих на скорость реакции.

Кинетика реакций — это исследование скорости химических реакций, причем скорости реакции могут сильно варьироваться в большом диапазоне временных масштабов. Некоторые реакции могут протекать со взрывоопасной скоростью, например, взрыв фейерверка (Рисунок 17.1 «Фейерверк ночью над рекой»), в то время как другие могут происходить с медленной скоростью в течение многих лет, например, ржавчина колючей проволоки, подвергшейся воздействию элементов (рис. 17.2 «Ржавая колючая проволока»).

Рисунок 17.1 «Ночной салют над рекой». Химическая реакция в фейерверках происходит со взрывной скоростью. Рисунок 17.2 «Ржавая колючая проволока». Ржавчина колючей проволоки происходит в течение многих лет.

Чтобы понять кинетику химических реакций и факторы, влияющие на кинетику, мы должны сначала изучить, что происходит во время реакции на молекулярном уровне.Согласно теории столкновения реактивности, реакции происходят, когда молекулы реагента «эффективно сталкиваются». Чтобы произошло «эффективное столкновение», молекулы реагента должны быть правильно ориентированы в пространстве, чтобы облегчить разрыв и образование связей и перегруппировку атомов, которая приводит к образованию молекул продукта (см. Рисунок 17.3 «Визуализации столкновений»).

Рисунок 17.3 «Визуализации столкновений». Эта визуализация показывает неэффективное и эффективное столкновение, основанное на ориентации молекул.

Во время столкновения молекул молекулы также должны обладать минимальным количеством кинетической энергии, чтобы произошло эффективное столкновение. Эта энергия варьируется для каждой реакции и известна как энергия активации ( E a ) (Рисунок 17.4 «Потенциальная энергия и энергия активации»). Следовательно, скорость реакции зависит от энергии активации; более высокая энергия активации означает, что меньшее количество молекул будет иметь достаточно энергии для эффективного столкновения.

Рисунок 17.4 «Потенциальная энергия и энергия активации». Эта диаграмма потенциальной энергии показывает энергию активации гипотетической реакции.

Есть четыре основных фактора, которые могут повлиять на скорость химической реакции:

  1. Концентрация реагента. Увеличение концентрации одного или нескольких реагентов часто увеличивает скорость реакции. Это происходит потому, что более высокая концентрация реагента приведет к большему количеству столкновений этого реагента за определенный период времени.
  2. Физическое состояние реагентов и площадь поверхности. Если молекулы реагента существуют в разных фазах, как в гетерогенной смеси, скорость реакции будет ограничена площадью поверхности фаз, которые находятся в контакте. Например, если твердый металлический реагент и газовый реагент смешиваются, только молекулы, присутствующие на поверхности металла, могут столкнуться с молекулами газа. Следовательно, увеличение площади поверхности металла путем его расплющивания или разрезания на множество частей увеличит скорость его реакции.
  3. Температура . Повышение температуры обычно увеличивает скорость реакции. Повышение температуры приведет к увеличению средней кинетической энергии молекул реагента. Следовательно, большая часть молекул будет иметь минимальную энергию, необходимую для эффективного столкновения (рис. 17.5 «Температура и скорость реакции»).
    Рисунок 17.5 «Температура и скорость реакции». Влияние температуры на распределение кинетической энергии молекул в образце
  4. Наличие катализатора .Катализатор — это вещество, которое ускоряет реакцию, участвуя в ней, но не потребляя ее. Катализаторы обеспечивают альтернативный путь реакции для получения продуктов. Они имеют решающее значение для многих биохимических реакций. Они будут рассмотрены далее в разделе «Катализ».
  • Реакции происходят, когда две молекулы реагента эффективно сталкиваются, каждая из которых имеет минимальную энергию и правильную ориентацию.
  • Концентрация реагента, физическое состояние реагентов, площадь поверхности, температура и присутствие катализатора — четыре основных фактора, влияющих на скорость реакции.

Авторство материалов в СМИ

12.2 Факторы, влияющие на скорость реакции — Химия

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

  • Опишите влияние химической природы, физического состояния, температуры, концентрации и катализа на скорость реакции

Скорость, с которой расходуются реагенты и образуются продукты в ходе химических реакций, сильно различается. Мы можем выделить пять факторов, которые влияют на скорость химических реакций: химическая природа реагирующих веществ, состояние разделения (один большой кусок по сравнению с множеством мелких частиц) реагентов, температура реагентов, концентрация реагентов, и наличие катализатора.

Скорость реакции зависит от природы участвующих веществ. Реакции, которые кажутся похожими, могут иметь разную скорость в одних и тех же условиях, в зависимости от идентичности реагентов. Например, когда небольшие кусочки металлов, железа и натрия, подвергаются воздействию воздуха, натрий полностью реагирует с воздухом в течение ночи, в то время как железо практически не затрагивается. Активные металлы кальций и натрий реагируют с водой с образованием газообразного водорода и основания. Однако кальций реагирует с умеренной скоростью, тогда как натрий реагирует так быстро, что реакция становится почти взрывоопасной.

За исключением веществ в газообразном состоянии или в растворе, реакции происходят на границе или границе раздела двух фаз. Следовательно, скорость реакции между двумя фазами в значительной степени зависит от поверхностного контакта между ними. Мелкодисперсное твердое вещество имеет большую площадь поверхности, доступную для реакции, чем один большой кусок того же вещества. Таким образом, жидкость будет быстрее реагировать с мелкодисперсным твердым веществом, чем с большим куском того же твердого вещества. Например, большие куски железа медленно реагируют с кислотами; тонкодисперсное железо вступает в реакцию гораздо быстрее (рис. 1).Большие куски дерева тлеют, более мелкие — быстро, а опилки горит взрывом.

Рис. 1. (a) Порошок железа быстро реагирует с разбавленной соляной кислотой и образует пузырьки газообразного водорода, поскольку порошок имеет большую общую площадь поверхности: 2Fe ( с ) + 6HCl ( водн. ) ⟶ 2FeCl 3 ( водн. ) + 3H 2 ( г, ). (б) Железный гвоздь реагирует медленнее.

Посмотрите это видео, чтобы увидеть реакцию цезия с водой в замедленном режиме и обсудить, как состояние реагентов и размер частиц влияют на скорость реакции.

Химические реакции обычно происходят быстрее при более высоких температурах. Еда может быстро испортиться, если оставить ее на кухонном столе. Однако более низкая температура внутри холодильника замедляет этот процесс, так что одни и те же продукты остаются свежими в течение нескольких дней. Мы используем горелку или электрическую плиту в лаборатории, чтобы увеличить скорость реакций, которые медленно протекают при обычных температурах. Во многих случаях повышение температуры всего на 10 ° C примерно вдвое увеличивает скорость реакции в гомогенной системе.

Скорость многих реакций зависит от концентраций реагентов. Скорости обычно увеличиваются, когда увеличивается концентрация одного или нескольких реагентов. Например, карбонат кальция (CaCO 3 ) портится в результате его реакции с загрязняющим диоксидом серы. Скорость этой реакции зависит от количества диоксида серы в воздухе (рис. 2). Кислый оксид, диоксид серы, соединяется с водяным паром в воздухе с образованием серной кислоты в следующей реакции:

[латекс] \ text {SO} _2 (g) \; + \; \ text {H} _2 \ text {O} (g) \; {\ longrightarrow} \; \ text {H} _2 \ text {SO } _3 (водн.) [/ Латекс]

Карбонат кальция реагирует с серной кислотой следующим образом:

[латекс] \ text {CaCO} _3 (s) \; + \; \ text {H} _2 \ text {SO} _3 (aq) \; {\ longrightarrow} \; \ text {CaSO} _3 (aq) \; + \; \ text {CO} _2 (g) \; + \; \ text {H} _2 \ text {O} (l) [/ latex]

В загрязненной атмосфере с высокой концентрацией диоксида серы карбонат кальция разрушается быстрее, чем в менее загрязненном воздухе.Точно так же фосфор сгорает намного быстрее в атмосфере чистого кислорода, чем в воздухе, который составляет всего около 20% кислорода.

Рис. 2. Статуи, сделанные из карбонатных соединений, таких как известняк и мрамор, обычно медленно выветриваются с течением времени из-за воздействия воды, а также теплового расширения и сжатия. Однако такие загрязнители, как диоксид серы, могут ускорить выветривание. По мере увеличения концентрации загрязнителей воздуха разрушение известняка происходит быстрее. (Источник: Джеймс П. Фишер III)

Фосфор быстро горит на воздухе, но он будет гореть еще быстрее, если концентрация кислорода в нем выше.Посмотрите это видео, чтобы увидеть пример.

Растворы перекиси водорода пенится при наливании на открытую рану, поскольку вещества в открытых тканях действуют как катализаторы, увеличивая скорость разложения перекиси водорода. Однако в отсутствие этих катализаторов (например, во флаконе в аптечке) полное разложение может занять месяцы. Катализатор представляет собой вещество, которое увеличивает скорость химической реакции за счет снижения энергии активации, но само по себе не расходуется на реакцию.Энергия активации — это минимальное количество энергии, необходимое для протекания химической реакции в прямом направлении. Катализатор увеличивает скорость реакции, обеспечивая альтернативный путь или механизм реакции (рис. 3). Катализ будет обсуждаться более подробно позже в этой главе, поскольку он относится к механизмам реакций.

Рис. 3. Присутствие катализатора увеличивает скорость реакции за счет снижения ее энергии активации.

Химические реакции происходят, когда молекулы сталкиваются друг с другом и претерпевают химическое превращение.Прежде чем физически провести реакцию в лаборатории, ученые могут использовать симуляции молекулярного моделирования, чтобы предсказать, как параметры, обсужденные ранее, повлияют на скорость реакции. Используйте интерактивный интерфейс PhET Reactions & Rates, чтобы изучить, как температура, концентрация и природа реагентов влияют на скорость реакции.

На скорость химической реакции влияют несколько параметров. Реакции, в которых участвуют две фазы, протекают быстрее, когда имеется контакт с большей площадью поверхности.Если температура или концентрация реагента увеличиваются, скорость данной реакции обычно также увеличивается. Катализатор может увеличить скорость реакции, обеспечивая альтернативный путь, который вызывает снижение энергии активации реакции.

Химия: упражнения в конце главы

  1. Опишите влияние каждого из следующих факторов на скорость реакции металлического магния с раствором соляной кислоты: молярность соляной кислоты, температура раствора и размер кусочков магния.
  2. Объясните, почему яйцо в кипящей воде в Денвере готовится медленнее, чем в Нью-Йорке. (Подсказка: рассмотрите влияние температуры на скорость реакции и влияние давления на точку кипения.)
  3. Перейдите в интерактивный режим PhET Reactions & Rates. Используйте вкладку Single Collision, чтобы представить, как столкновение одноатомного кислорода (O) и монооксида углерода (CO) приводит к разрыву одной связи и образованию другой. Оттяните красный поршень, чтобы высвободить атом и наблюдать за результатами.Затем нажмите «Перезагрузить пусковую установку» и измените значение на «Угловой снимок», чтобы увидеть разницу.

    (a) Что происходит при изменении угла столкновения?

    (b) Объясните, как это влияет на скорость реакции.

  4. В интерактивном режиме PhET Reactions & Rates используйте вкладку «Многие столкновения», чтобы наблюдать, как несколько атомов и молекул взаимодействуют в различных условиях. Выберите молекулу, которую нужно закачать в камеру. Установите начальную температуру и выберите текущее количество каждого реагента.Выберите «Показать облигации» в разделе «Параметры». Как на скорость реакции влияют концентрация и температура?
  5. В интерактивном режиме PhET Reactions & Rates на вкладке Many Collisions настройте моделирование с 15 молекулами A и 10 молекулами BC. Выберите «Показать облигации» в разделе «Параметры».

    (a) Оставьте начальную температуру равной настройке по умолчанию. Наблюдайте за реакцией. Скорость реакции быстрая или медленная?

    (b) Щелкните «Пауза», затем «Сбросить все», а затем введите 15 молекул A и 10 молекул BC еще раз.Выберите «Показать облигации» в разделе «Параметры». На этот раз увеличивайте начальную температуру до тех пор, пока линия полной средней энергии на графике не окажется полностью выше кривой потенциальной энергии. Опишите, что происходит с реакцией.

Глоссарий

катализатор
Вещество, которое увеличивает скорость реакции, но само по себе не расходуется на реакцию

Решения

Ответы на упражнения в конце главы по химии

1.Более высокая молярность увеличивает скорость реакции. Более высокая температура увеличивает скорость реакции. Более мелкие кусочки металлического магния будут реагировать быстрее, чем более крупные, потому что существует более реакционная поверхность.

3. (a) В зависимости от выбранного угла, атому может потребоваться много времени, чтобы столкнуться с молекулой, и, когда столкновение все же произойдет, оно может не привести к разрыву связи и образованию другой. (b) Частицы реагента должны вступить в контакт друг с другом, прежде чем они смогут вступить в реакцию.

5. (а) очень медленный; (б) При повышении температуры реакция протекает с большей скоростью. Количество реагентов уменьшается, а количество продуктов увеличивается. Через некоторое время в смеси будет примерно равное количество BC , AB и C и небольшой избыток A .

факторов, влияющих на скорость реакции | Химия

ЦЕЛИ ОБУЧЕНИЯ

По окончании этого модуля вы сможете:

  • Опишите влияние химической природы, физического состояния, температуры, концентрации и катализа на скорость реакции

Скорость, с которой расходуются реагенты и образуются продукты в ходе химических реакций, сильно различается.Мы можем выделить пять факторов, которые влияют на скорость химических реакций: химическая природа реагирующих веществ, состояние разделения (один большой кусок по сравнению с множеством мелких частиц) реагентов, температура реагентов, концентрация реагентов, и наличие катализатора.

Химическая природа реагирующих веществ

Скорость реакции зависит от природы участвующих веществ. Реакции, которые кажутся похожими, могут иметь разную скорость в одних и тех же условиях, в зависимости от идентичности реагентов.Например, когда небольшие кусочки металлов, железа и натрия, подвергаются воздействию воздуха, натрий полностью реагирует с воздухом в течение ночи, в то время как железо практически не затрагивается. Активные металлы кальций и натрий реагируют с водой с образованием газообразного водорода и основания. Однако кальций реагирует с умеренной скоростью, тогда как натрий реагирует так быстро, что реакция становится почти взрывоопасной.

Состояние подразделения реагентов

За исключением веществ в газообразном состоянии или в растворе, реакции происходят на границе или границе раздела двух фаз.Следовательно, скорость реакции между двумя фазами в значительной степени зависит от поверхностного контакта между ними. Мелкодисперсное твердое вещество имеет большую площадь поверхности, доступную для реакции, чем один большой кусок того же вещества. Таким образом, жидкость будет быстрее реагировать с мелкодисперсным твердым веществом, чем с большим куском того же твердого вещества. Например, большие куски железа медленно реагируют с кислотами; тонкодисперсное железо вступает в реакцию гораздо быстрее (рис. 1). Большие куски дерева тлеют, более мелкие — быстро, а опилки горит взрывом.

Рис. 1. (a) Порошок железа быстро реагирует с разбавленной соляной кислотой и образует пузырьки газообразного водорода, потому что порошок имеет большую общую площадь поверхности: 2Fe ( с ) + 6HCl ( водн. ) ⟶ 2FeCl3 ( водн. ). ) + 3х3 ( г, ). (б) Железный гвоздь реагирует медленнее.

Посмотрите это видео, чтобы увидеть реакцию цезия с водой в замедленном режиме и обсудить, как состояние реагентов и размер частиц влияют на скорость реакции.

Температура реагентов

Химические реакции обычно происходят быстрее при более высоких температурах.Еда может быстро испортиться, если оставить ее на кухонном столе. Однако более низкая температура внутри холодильника замедляет этот процесс, так что одни и те же продукты остаются свежими в течение нескольких дней. Мы используем горелку или электрическую плиту в лаборатории, чтобы увеличить скорость реакций, которые медленно протекают при обычных температурах. Во многих случаях повышение температуры всего на 10 ° C примерно вдвое увеличивает скорость реакции в гомогенной системе.

Концентрации реагентов

Скорость многих реакций зависит от концентраций реагентов.Скорости обычно увеличиваются, когда увеличивается концентрация одного или нескольких реагентов. Например, карбонат кальция (CaCO 3 ) портится в результате его реакции с загрязняющим диоксидом серы. Скорость этой реакции зависит от количества диоксида серы в воздухе (рис. 2). Кислый оксид, диоксид серы, соединяется с водяным паром в воздухе с образованием серной кислоты в следующей реакции:

[латекс] {\ text {SO}} _ {2} \ text {(} g \ text {)} + {\ text {H}} _ {2} \ text {O (} g \ text {)} \ rightarrow {\ text {H}} _ {2} {\ text {SO}} _ {3} \ text {(} aq \ text {)} [/ latex]

Карбонат кальция реагирует с серной кислотой следующим образом:

[латекс] {\ text {CaCO}} _ {3} \ text {(} s \ text {)} + {\ text {H}} _ {2} {\ text {SO}} _ {3} \ text {(} aq \ text {)} \ rightarrow {\ text {CaSO}} _ {3} \ text {(} aq \ text {)} + {\ text {CO}} _ {2} \ text {( } g \ text {)} + {\ text {H}} _ {2} \ text {O (} l \ text {)} [/ latex]

В загрязненной атмосфере с высокой концентрацией диоксида серы карбонат кальция разрушается быстрее, чем в менее загрязненном воздухе.Точно так же фосфор сгорает намного быстрее в атмосфере чистого кислорода, чем в воздухе, который составляет всего около 20% кислорода.

Рис. 2. Статуи, сделанные из карбонатных соединений, таких как известняк и мрамор, обычно медленно выветриваются с течением времени из-за воздействия воды, а также теплового расширения и сжатия. Однако такие загрязнители, как диоксид серы, могут ускорить выветривание. По мере увеличения концентрации загрязнителей воздуха разрушение известняка происходит быстрее. (кредит: Джеймс П. Фишер III)

Фосфор быстро горит на воздухе, но он будет гореть еще быстрее, если концентрация кислорода в нем выше.Посмотрите это видео, чтобы увидеть пример.

Наличие катализатора

Растворы перекиси водорода пенится при наливании на открытую рану, поскольку вещества в открытых тканях действуют как катализаторы, увеличивая скорость разложения перекиси водорода. Однако в отсутствие этих катализаторов (например, во флаконе в аптечке) полное разложение может занять месяцы. Катализатор — это вещество, которое увеличивает скорость химической реакции за счет снижения энергии активации, но при этом оно не расходуется на реакцию.Энергия активации — это минимальное количество энергии, необходимое для протекания химической реакции в прямом направлении. Катализатор увеличивает скорость реакции, обеспечивая альтернативный путь или механизм реакции (рис. 3). Катализ будет обсуждаться более подробно позже в этой главе, поскольку он относится к механизмам реакций.

Рис. 3. Присутствие катализатора увеличивает скорость реакции за счет снижения ее энергии активации.

Химические реакции происходят, когда молекулы сталкиваются друг с другом и претерпевают химическое превращение.Прежде чем физически проводить реакцию в лаборатории, ученые могут использовать моделирование молекулярного моделирования, чтобы предсказать, как параметры, описанные выше, повлияют на скорость реакции. Используйте интерактивный интерфейс PhET Reactions & Rates, чтобы изучить, как температура, концентрация и природа реагентов влияют на скорость реакции.

Ключевые концепции и резюме

На скорость химической реакции влияют несколько параметров. Реакции, в которых участвуют две фазы, протекают быстрее, когда имеется контакт с большей площадью поверхности.Если температура или концентрация реагента увеличиваются, скорость данной реакции обычно также увеличивается. Катализатор может увеличить скорость реакции, обеспечивая альтернативный путь, который вызывает снижение энергии активации реакции.

Химия: упражнения в конце главы

  1. Опишите влияние каждого из следующих факторов на скорость реакции металлического магния с раствором соляной кислоты: молярность соляной кислоты, температура раствора и размер кусочков магния.
  2. Объясните, почему яйцо в кипящей воде в Денвере готовится медленнее, чем в Нью-Йорке. (Подсказка: рассмотрите влияние температуры на скорость реакции и влияние давления на точку кипения.)
  3. Перейдите в интерактивный режим PhET Reactions & Rates. Используйте вкладку Single Collision, чтобы представить, как столкновение одноатомного кислорода (O) и монооксида углерода (CO) приводит к разрыву одной связи и образованию другой. Оттяните красный поршень, чтобы высвободить атом и наблюдать за результатами.Затем нажмите «Перезагрузить пусковую установку» и измените значение на «Угловой снимок», чтобы увидеть разницу.
    1. (a) Что происходит при изменении угла столкновения?
    2. (b) Объясните, как это влияет на скорость реакции.
  4. В интерактивном режиме PhET Reactions & Rates используйте вкладку «Многие столкновения», чтобы наблюдать, как несколько атомов и молекул взаимодействуют в различных условиях. Выберите молекулу, которую нужно закачать в камеру. Установите начальную температуру и выберите текущее количество каждого реагента.Выберите «Показать облигации» в разделе «Параметры». Как на скорость реакции влияют концентрация и температура?
  5. В интерактивном режиме PhET Reactions & Rates на вкладке Many Collisions настройте моделирование с 15 молекулами A и 10 молекулами BC. Выберите «Показать облигации» в разделе «Параметры».
    1. (a) Оставьте начальную температуру по умолчанию. Наблюдайте за реакцией. Скорость реакции быстрая или медленная?
    2. (b) Щелкните «Пауза», затем «Сбросить все», а затем введите 15 молекул A и 10 молекул BC еще раз.Выберите «Показать облигации» в разделе «Параметры». На этот раз увеличивайте начальную температуру до тех пор, пока линия полной средней энергии на графике не окажется полностью выше кривой потенциальной энергии. Опишите, что происходит с реакцией.
Избранные ответы

1. Более высокая молярность увеличивает скорость реакции. Более высокая температура увеличивает скорость реакции. Более мелкие кусочки металлического магния будут реагировать быстрее, чем более крупные, потому что существует более реакционная поверхность.

3. (3.1) В зависимости от выбранного угла, атому может потребоваться много времени, чтобы столкнуться с молекулой, и, когда столкновение все-таки произойдет, оно может не привести к разрыву связи и образованию другой. (3.2) Частицы реагента должны вступить в контакт друг с другом, прежде чем они смогут вступить в реакцию.

5. (5.1) При температуре по умолчанию скорость реакции очень низкая. Несмотря на то, что молекулы A сталкиваются с молекулами BC довольно часто, очень немногие из них имеют достаточно энергии для связи.(5.2) С повышением температуры реакция идет быстрее. Количество реагентов уменьшается, а количество продуктов увеличивается. Через некоторое время в смеси будет примерно равное количество BC , AB и C и небольшой избыток A .

Глоссарий

катализатор
Вещество, которое увеличивает скорость реакции, но само не расходуется на реакцию

14.1: Факторы, влияющие на скорость реакции

Цели обучения

  • Чтобы получить общий обзор некоторых важных факторов, влияющих на скорость химических реакций.

На скорость химических реакций влияет множество факторов, включая концентрацию реагентов, температуру, физическое состояние реагентов и их дисперсию, растворитель и присутствие катализатора.

Хотя сбалансированное химическое уравнение реакции описывает количественные отношения между количествами присутствующих реагентов и количествами продуктов, которые могут быть образованы, оно не дает нам информации о том, будет ли протекать данная реакция и как быстро она будет происходить.Эта информация получается путем изучения химической кинетики реакции, которая зависит от различных факторов: концентрации реагентов, температуры, физического состояния и площади поверхности реагентов, а также свойств растворителя и катализатора, если таковые присутствуют. Изучая кинетику реакции, химики понимают, как контролировать условия реакции для достижения желаемого результата.

Эффекты концентрации

Два вещества не могут вступить в реакцию друг с другом, если составляющие их частицы (молекулы, атомы или ионы) не вступят в контакт.Если контакта нет, скорость реакции будет равна нулю. И наоборот, чем больше частиц реагента сталкивается в единицу времени, тем чаще между ними может происходить реакция. Следовательно, скорость реакции обычно увеличивается с увеличением концентрации реагентов.

Температурные эффекты

Повышение температуры системы увеличивает среднюю кинетическую энергию составляющих ее частиц. По мере увеличения средней кинетической энергии частицы движутся быстрее и чаще сталкиваются в единицу времени и обладают большей энергией при столкновении.Оба эти фактора увеличивают скорость реакции. Следовательно, скорость реакции практически всех реакций увеличивается с повышением температуры. И наоборот, скорость практически всех реакций уменьшается с понижением температуры. Например, охлаждение замедляет рост бактерий в пищевых продуктах, снижая скорость биохимических реакций, которые позволяют бактериям воспроизводиться.

В системах, где возможно более одной реакции, одни и те же реагенты могут давать разные продукты в разных условиях реакции.Например, в присутствии разбавленной серной кислоты и при температуре около 100 ° C этанол превращается в диэтиловый эфир:

\ [\ mathrm {2CH_3CH_2OH} \ xrightarrow {\ mathrm {H_2SO_4}} \ mathrm {CH_3CH_2OCH_2CH_3} + \ mathrm {H_2O} \ label {14.1.1} \]

Однако при 180 ° C происходит совершенно другая реакция, в результате которой образуется этилен в качестве основного продукта:

\ [\ mathrm {CH_3CH_2OH} \ xrightarrow {\ mathrm {H_2SO_4}} \ mathrm {C_2H_4} + \ mathrm {H_2O} \ label {14.1.2} \]

Эффекты фазы и площади поверхности

Когда два реагента находятся в одной и той же жидкой фазе, их частицы сталкиваются чаще, чем когда один или оба реагента являются твердыми веществами (или когда они находятся в разных жидкостях, которые не смешиваются).Если реагенты равномерно диспергированы в одном гомогенном растворе, то количество столкновений в единицу времени зависит от концентрации и температуры, как мы только что видели. Однако, если реакция гетерогенная, реагенты находятся в двух разных фазах, и столкновения между реагентами могут происходить только на границах раздела фаз. Количество столкновений между реагентами в единицу времени существенно снижается по сравнению с гомогенным случаем, а, следовательно, и скорость реакции.Скорость гетерогенной реакции зависит от площади поверхности более конденсированной фазы.

Автомобильные двигатели используют эффекты площади поверхности для увеличения скорости реакции. Бензин впрыскивается в каждый цилиндр, где он воспламеняется при воспламенении от искры свечи зажигания. Бензин впрыскивается в виде микроскопических капель, потому что в этой форме он имеет гораздо большую площадь поверхности и может гореть намного быстрее, чем если бы его подавали в цилиндр в виде потока. Точно так же куча тонко измельченной муки горит медленно (или не горит совсем), но распыление мелко измельченной муки в пламя вызывает бурную реакцию .

Эффекты растворителя

Природа растворителя также может влиять на скорость реакции растворенных частиц. Например, раствор ацетата натрия реагирует с метилиодидом в реакции обмена с образованием метилацетата и иодида натрия.

\ [CH_3CO_2Na _ {(soln)} + CH_3I _ {(l)} \ rightarrow CH_3CO_2CH_ {3 \; (soln)} + NaI _ {(soln)} \ label {14.1.3} \]

Эта реакция протекает в 10 миллионов раз быстрее в органическом растворителе диметилформамиде [DMF; (CH 3 ) 2 NCHO], чем в метаноле (CH 3 OH).Хотя оба являются органическими растворителями с аналогичной диэлектрической проницаемостью (36,7 для ДМФА против 32,6 для метанола), метанол способен образовывать водородные связи с ионами ацетата, тогда как ДМФА — нет. Водородная связь снижает реакционную способность атомов кислорода в ацетат-ионе.

Вязкость растворителя также важна для определения скорости реакции. В высоковязких растворителях растворенные частицы диффундируют намного медленнее, чем в менее вязких растворителях, и могут сталкиваться реже в единицу времени. Таким образом, скорость большинства реакций быстро снижается с увеличением вязкости растворителя.

Эффекты катализатора

Катализатор — это вещество, которое участвует в химической реакции и увеличивает скорость реакции, не подвергаясь при этом чистым химическим изменениям. Рассмотрим, например, разложение перекиси водорода в присутствии и в отсутствие различных катализаторов. Поскольку большинство катализаторов обладают высокой селективностью, они часто определяют продукт реакции, ускоряя только одну из нескольких возможных реакций, которые могут произойти.

Большинство химических веществ, производимых в промышленности, образуются в результате каталитических реакций.Последние оценки показывают, что около 30% валового национального продукта США и других промышленно развитых стран прямо или косвенно зависит от использования катализаторов.

факторов, влияющих на скорость реакции

14.1 Факторы, влияющие на скорость реакции

Цель обучения

  1. Чтобы понять факторы, влияющие на скорость реакции.

Хотя сбалансированное химическое уравнение реакции описывает количественные отношения между количествами присутствующих реагентов и количествами продуктов, которые могут быть образованы, оно не дает нам информации о том, будет ли протекать данная реакция и как быстро она будет происходить.Эта информация получается путем изучения химической кинетики реакции, которая зависит от различных факторов: концентрации реагентов, температуры, физического состояния и площади поверхности реагентов, а также свойств растворителя и катализатора, если таковые присутствуют. Изучая кинетику реакции, химики понимают, как контролировать условия реакции для достижения желаемого результата.

Эффекты концентрации

Два вещества не могут вступить в реакцию друг с другом, если составляющие их частицы (молекулы, атомы или ионы) не вступят в контакт.Если контакта нет, скорость реакции будет равна нулю. И наоборот, чем больше частиц реагента сталкивается в единицу времени, тем чаще между ними может происходить реакция. Следовательно, скорость реакции обычно увеличивается с увеличением концентрации реагентов. Одним из примеров этого эффекта является реакция сахарозы (столового сахара) с серной кислотой, которая показана на рисунке 14.1 «Влияние концентрации на скорость реакции».

Рисунок 14.1 Влияние концентрации на скорость реакции

Смешивание сахарозы с разбавленной серной кислотой в стакане (а, справа) дает простой раствор.Смешивание того же количества сахарозы с концентрированной серной кислотой (a, слева) приводит к драматической реакции (b), которая в конечном итоге приводит к образованию столбика черного пористого графита (c) и интенсивного запаха горящего сахара.

Температурные эффекты

В главе 10 «Газы» вы узнали, что повышение температуры системы увеличивает среднюю кинетическую энергию составляющих ее частиц. По мере увеличения средней кинетической энергии частицы движутся быстрее, поэтому они чаще сталкиваются в единицу времени и обладают большей энергией при столкновении.Оба эти фактора увеличивают скорость реакции. Следовательно, скорость реакции практически всех реакций увеличивается с повышением температуры. И наоборот, скорость практически всех реакций уменьшается с понижением температуры. Например, охлаждение замедляет рост бактерий в пищевых продуктах, снижая скорость биохимических реакций, которые позволяют бактериям воспроизводиться. На рисунке 14.2 «Влияние температуры на скорость реакции» показано, как температура влияет на свет, излучаемый двумя хемилюминесцентными световыми стержнями.

Рис. 14.2 Влияние температуры на скорость реакции

При высокой температуре реакция, которая дает свет в хемилюминесцентной световой палке, происходит быстрее, производя больше фотонов света в единицу времени. Следовательно, в горячей воде (слева) свет светится ярче, чем в ледяной воде (справа).

В системах, где возможно более одной реакции, одни и те же реагенты могут давать разные продукты в разных условиях реакции.Например, в присутствии разбавленной серной кислоты и при температуре около 100 ° C этанол превращается в диэтиловый эфир:

Уравнение 14.1

2Ch4Ch3OH → h3SO4Ch4Ch3OCh3Ch4 + h3O

Однако при 180 ° C происходит совершенно другая реакция, в результате которой образуется этилен в качестве основного продукта:

Уравнение 14.2

Ch4Ch3OH → h3SO4C2h5 + h3O

Эффекты фазы и площади поверхности

Когда два реагента находятся в одной и той же жидкой фазе, их частицы сталкиваются чаще, чем когда один или оба реагента являются твердыми веществами (или когда они находятся в разных жидкостях, которые не смешиваются).Если реагенты равномерно диспергированы в одном гомогенном растворе, то количество столкновений в единицу времени зависит от концентрации и температуры, как мы только что видели. Однако, если реакция гетерогенная, реагенты находятся в двух разных фазах, и столкновения между реагентами могут происходить только на границах раздела фаз. Количество столкновений между реагентами в единицу времени существенно снижается по сравнению с гомогенным случаем, а, следовательно, и скорость реакции.Скорость гетерогенной реакции зависит от площади поверхности более конденсированной фазы.

Автомобильные двигатели используют эффекты площади поверхности для увеличения скорости реакции. Бензин впрыскивается в каждый цилиндр, где он воспламеняется при воспламенении от искры свечи зажигания. Бензин впрыскивается в виде микроскопических капель, потому что в этой форме он имеет гораздо большую площадь поверхности и может гореть намного быстрее, чем если бы его подавали в цилиндр в виде потока. Точно так же куча тонко измельченной муки горит медленно (или не горит совсем), но распыление мелко измельченной муки в пламя вызывает бурную реакцию (рис.14.3 «Влияние площади поверхности на скорость реакции»). Подобные явления частично ответственны за взрывы пыли, которые иногда разрушают элеваторы или угольные шахты.

Рис. 14.3 Влияние площади поверхности на скорость реакции

Куча муки обжигается только пламенем (справа), но когда ту же муку распыляют в пламя, она быстро горит (слева).

Эффекты растворителя

Природа растворителя также может влиять на скорость реакции растворенных частиц.Например, раствор ацетата натрия реагирует с метилиодидом в реакции обмена с образованием метилацетата и иодида натрия.

Уравнение 14.3

CH 3 CO 2 Na (раствор) + CH 3 I (л) → CH 3 CO 2 CH 3 (раствор) + NaI (раствор)

Эта реакция протекает в 10 миллионов раз быстрее в органическом растворителе диметилформамиде [DMF; (CH 3 ) 2 NCHO], чем в метаноле (CH 3 OH).Хотя оба являются органическими растворителями с аналогичной диэлектрической проницаемостью (36,7 для ДМФА против 32,6 для метанола), метанол способен образовывать водородные связи с ионами ацетата, тогда как ДМФА — нет. Водородная связь снижает реакционную способность атомов кислорода в ацетат-ионе.

Вязкость растворителя также важна для определения скорости реакции. В высоковязких растворителях растворенные частицы диффундируют намного медленнее, чем в менее вязких растворителях, и могут сталкиваться реже в единицу времени.Таким образом, скорость большинства реакций быстро снижается с увеличением вязкости растворителя.

Эффекты катализатора

В главе 3 «Химические реакции» вы узнали, что катализатор — это вещество, которое участвует в химической реакции и увеличивает скорость реакции, не претерпевая самого чистого химического изменения. Рассмотрим, например, разложение перекиси водорода в присутствии и в отсутствие различных катализаторов (Рисунок 14.4 «Влияние катализаторов на скорость реакции»).Поскольку большинство катализаторов обладают высокой селективностью, они часто определяют продукт реакции, ускоряя только одну из нескольких возможных реакций, которые могут произойти.

Рисунок 14.4 Влияние катализаторов на скорость реакции

Раствор перекиси водорода (H 2 O 2 ) разлагается в воде так медленно, что изменение не заметно (слева). Иодид-ион действует как катализатор разложения H 2 O 2 с образованием газообразного кислорода.Раствор становится коричневым из-за реакции H 2 O 2 с I , в результате чего образуются небольшие количества I 3 (в центре). Фермент каталаза примерно в 3 миллиардов раз более эффективен, чем йодид в качестве катализатора. Даже в присутствии очень небольшого количества фермента разложение идет интенсивно (справа).

Большинство химических веществ, производимых в промышленности, образуются в результате каталитических реакций. Последние оценки показывают, что около 30% валового национального продукта США и других промышленно развитых стран прямо или косвенно зависит от использования катализаторов.

Сводка

Факторы, которые влияют на скорость химических реакций, включают концентрацию реагентов, температуру, физическое состояние реагентов и их дисперсию, растворитель и присутствие катализатора.

Ключевые вынос

  • Скорость реакции зависит от концентраций реагентов, температуры реакции, фазы и площади поверхности реагентов, растворителя и присутствия или отсутствия катализатора.

Концептуальные проблемы

  1. Какую информацию вы можете получить, изучая химическую кинетику реакции? Предоставляет ли сбалансированное химическое уравнение ту же информацию? Почему или почему нет?

  2. Если бы вам было поручено определить, проводить ли конкретную реакцию на промышленном объекте, почему изучение химической кинетики реакции было бы для вас важным?

  3. Какова взаимосвязь между каждым из следующих факторов и скоростью реакции: концентрацией реагента, температурой реакции, физическими свойствами реагентов, физическими и химическими свойствами растворителя и присутствием катализатора?

  4. Суспензия — это смесь мелкодисперсного твердого вещества с жидкостью, в которой она плохо растворима.Когда вы готовите реакцию, вы замечаете, что один из ваших реагентов образует с растворителем суспензию, а не раствор. Как это повлияет на скорость реакции? Какие шаги вы можете предпринять, чтобы попытаться решить проблему?

  5. Почему скорость практически всех реакций увеличивается с повышением температуры? Если бы вы приготовили стакан сладкого чая со льдом по старинке, добавив сахар и кубики льда в стакан горячего чая, что бы вы добавили в первую очередь?

  6. В типичных лабораторных условиях реакцию проводят в вытяжном шкафу с циркуляцией воздуха за счет наружного воздуха.Студент заметил, что реакция, которая дала высокий выход продукта зимой, давала низкий выход того же продукта летом, даже несмотря на то, что его методика не изменилась, а используемые реагенты и концентрации были идентичными. Каково правдоподобное объяснение разной урожайности?

  7. Очень активная область химических исследований включает разработку солюбилизированных катализаторов, которые не становятся неактивными в процессе реакции.Ожидается, что такие катализаторы значительно увеличивают скорость реакции по сравнению с тем же ходом реакции в присутствии гетерогенного катализатора. В чем причина ожидания увеличения относительной скорости?

  8. Вода имеет диэлектрическую проницаемость более чем в два раза выше, чем у метанола (80,1 для H 2 O и 33,0 для CH 3 OH). Какой растворитель вы бы выбрали для реакции замещения между ионным соединением и полярным реагентом, оба из которых растворимы в метаноле или воде? Почему?

Ответы

  1. Kinetics дает информацию о скорости реакции и механизме реакции; сбалансированное химическое уравнение дает только стехиометрию реакции.

  2. Скорость реакции обычно увеличивается с увеличением концентрации реагента, повышением температуры и добавлением катализатора. Физические свойства, такие как высокая растворимость, также увеличивают скорость реакции. Полярность растворителя может увеличивать или уменьшать скорость реакции, но увеличение вязкости растворителя обычно снижает скорость реакции.

  3. Повышение температуры увеличивает среднюю кинетическую энергию молекул и ионов, заставляя их сталкиваться чаще и с большей энергией, что увеличивает скорость реакции. Сначала растворите сахар в горячем чае, а затем добавьте лед.

Как можно повлиять на скорость реакции?

На скорость химической реакции могут влиять несколько факторов.В общем, все, что увеличивает количество столкновений между частицами, увеличивает скорость реакции, а все, что уменьшает количество столкновений между частицами, снижает скорость химической реакции.

ПРИРОДА РЕАКТАНТОВ
Для того, чтобы реакция произошла, должно быть столкновение между реагентами в реактивном центре молекулы. Чем крупнее и сложнее молекулы реагента, тем меньше вероятность столкновения в реакционном центре.

КОНЦЕНТРАЦИЯ РЕАКТАНТОВ
Более высокая концентрация реагентов приводит к более эффективным столкновениям в единицу времени и приводит к увеличению скорости реакции.

ДАВЛЕНИЕ ГАЗОВЫХ РЕАКТИВОВ
Изменение давления газообразных реагентов, по сути, приводит к изменению их концентрации. Повышенное количество столкновений, вызванное более высоким давлением, обычно увеличивает скорость реакции.

РАЗМЕР ЧАСТИЦ ТВЕРДЫХ РЕАКТИВОВ
Реакция зависит от столкновений. Если реагент твердый, его измельчение на более мелкие частицы увеличит площадь поверхности.Чем больше площадь поверхности, на которой могут произойти столкновения, тем быстрее будет реакция.

ТЕМПЕРАТУРА
Обычно повышение температуры вызывает увеличение скорости реакции. Более высокая температура означает, что молекулы имеют более высокую среднюю кинетическую энергию и больше столкновений в единицу времени. Это также увеличивает количество столкновений, обладающих достаточной энергией, чтобы вызвать реакцию.

СРЕДА
Скорость химической реакции зависит от среды, в которой она протекает.Может иметь значение, является ли среда водной или органической; полярные или неполярные; или твердое, жидкое или газообразное.

КАТАЛИЗАТОРЫ
Катализаторы снижают энергию активации химической реакции и увеличивают скорость химической реакции, не расходясь в процессе. Это можно сделать с помощью альтернативного механизма, который имеет более низкую энергию активации.

Индикаторы химической реакции — Скорость реакции — Национальная 5 Химическая редакция

Химическая реакция — это когда одно или несколько веществ изменяются и образуют одно или несколько новых химических веществ.

Вещества, участвующие в химической реакции и изменяемые ею, называются реагентами .

Вещества, образующиеся в результате химической реакции, называются продуктами .

Химические реакции происходят вокруг нас (и внутри нас!) Постоянно. Мы можем не всегда их замечать, но есть четыре индикатора, которые показывают, что произошла химическая реакция:

  • изменение цвета
  • вскипание
  • осаждение
  • изменение энергии (температуры)

Изменение цвета в химических реакциях

Цвет изменение может произойти, когда два вещества вступят в реакцию.Это также может произойти, когда соединение разлагается при нагревании. Это называется термическим разложением .

Посмотрите это видео, чтобы увидеть, как меняется цвет карбоната меди при нагревании.

Карбонат меди зеленого цвета, оксид меди черного цвета. Вы можете увидеть изменение цвета с зеленого на черный во время реакции. Образовавшийся углекислый газ можно обнаружить с помощью известковой воды, которая становится мутной.

Карбонат меди легко разлагается при нагревании.

Вспышка в химических реакциях.

В результате некоторых химических реакций образуется продукт, который находится в состоянии, отличном от состояния реагентов.

Примером этого является шипение , при котором реакция в жидкости дает пузырьков газа . Вздутие живота является индикатором протекающей химической реакции.

Посмотрите это видео, чтобы увидеть, как магний и разбавленная соляная кислота реагируют с образованием пузырьков газообразного водорода.

Осаждение и химические реакции

Некоторые жидкости взаимодействуют вместе с образованием нерастворимого твердого вещества . Это называется реакцией осаждения , а образовавшееся твердое вещество называется осадком .

Изменение энергии и химические реакции

Каждая химическая реакция включает изменение энергии, потому что разные вещества содержат разное количество энергии.

Во время реакции связи внутри веществ, которые вступают в реакцию, должны быть разорваны, и в производимых продуктах должны образоваться новые химические связи.

Химические реакции могут потреблять энергию или выделять энергию, часто в виде тепла. Это вызывает изменение температуры.

Могут иметь место два различных типа изменения энергии.

Экзотермические реакции

В экзотермической реакции реагенты удерживают больше энергии, чем продукты, поэтому экзотермические реакции выделяют энергию.

Эта энергия обычно представляет собой выделение тепловой энергии, на которое указывает повышение температуры.

Энергия также может выделяться в ходе химической реакции в виде звука или света, но в самых захватывающих химических реакциях, вероятно, будут происходить все три!

Сжигание топлива, такого как уголь, — экзотермический процесс

Экзотермические реакции происходят вокруг нас в повседневной жизни.Горючее в реакции горения включают высвобождение энергии. Неважно, горит ли это небольшой предмет, например, спичка или целый костер, выделяются и тепловая энергия, и световая энергия.

Не всякая экзотермическая реакция так увлекательна, как реакция горения. Когда кислоты и щелочи взаимодействуют вместе, выделяемая энергия не так очевидна. Смешивание двух растворов и перемешивание приводит к небольшому повышению температуры реакционной смеси.

Посмотрите это видео, чтобы узнать, как можно измерить повышение температуры, когда магний вступает в реакцию с соляной кислотой.

Эндотермические реакции

В эндотермической реакции реагенты имеют меньше энергии, чем продукты, поэтому для протекания реакции требуется больше энергии.

Обычно эндотермические реакции протекают с выделением тепла. Таким образом, эндотермические реакции можно идентифицировать по понижению температуры на ° C.

Эндотермическая реакция снижает температуру холодного компресса, чтобы предотвратить отек и способствовать заживлению после травмы.

Author: alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.