Скорость химической реакции это: Понятие о скорости химических реакций — урок. Химия, 8–9 класс.

КОНСТАНТА СКОРОСТИ ХИМИЧЕСКОЙ РЕАКЦИИ • Большая российская энциклопедия

• В книжной версии

  Том 15. Москва, 2010, стр. 82

• Скопировать библиографическую ссылку:

  ---

Авторы: И. И. Иванова

КОНСТА́НТА СКО́РОСТИ ХИМИ́ЧЕСКОЙ РЕА́КЦИИ, ко­эф­фи­ци­ент про­пор­цио­наль­но­сти в ки­не­ти­че­ском урав­не­нии хи­мич. ре­ак­ции. На­при­мер, для ре­ак­ции $aA+bB→$ продукты за­ви­си­мость ско­ро­сти ре­ак­ции $v$ от кон­цен­тра­ции реа­ген­тов опи­сы­ва­ет­ся ки­не­тич. урав­не­ни­ем $v=k[A]^{n_A}[B]^{n_B}$, где $k$ – кон­стан­та ско­ро­сти, $[A]$ и $[B]$ – кон­цен­тра­ции ве­ществ $A$ и $B$ со­от­вет­ст­вен­но, $n_A$ и $n_B$ – по­ряд­ки ре­ак­ции по этим реа­ген­там. Раз­мер­ность К. с. х. р. за­ви­сит от спо­со­ба вы­ра­же­ния ско­ро­сти ре­ак­ции и об­щей мо­ле­ку­ляр­но­сти ре­ак­ции, т. е. чис­ла час­тиц, уча­ст­вую­щих в ре­ак­ции. Ес­ли ско­рость ре­ак­ции вы­ра­же­на в моль/(дм³·с), а кон­цен­тра­ции реа­ген­тов в моль/дм³, то для мо­но­мо­ле­ку­ляр­ной ре­ак­ции раз­мер­ность К. с. х. р. со­от­вет­ст­ву­ет с^–1, для би­мо­ле­ку­ляр­ной дм³/(моль·с), для три­мо­ле­ку­ляр­ной (дм³)²/(моль²·с).

В слу­чае эле­мен­тар­ной ре­ак­ции, про­те­каю­щей в од­ну ста­дию в со­от­вет­ст­вии со сте­хио­мет­рич. урав­не­ни­ем, К. с. х. р., рас­счи­тан­ная из ки­не­тич. урав­не­ния, на­зы­ва­ет­ся ис­тин­ной и яв­ля­ет­ся фун­да­мен­таль­ной ха­рак­те­ри­сти­кой, за­ви­ся­щей толь­ко от темп-ры. Чис­лен­ные зна­че­ния ис­тин­ных кон­стант ско­ро­сти для боль­шин­ст­ва из­вест­ных эле­мен­тар­ных ре­ак­ций вклю­че­ны в ба­зы ки­не­тич. дан­ных и та­бу­ли­ро­ва­ны во мно­гих фи­зи­ко-хи­мич. спра­воч­ни­ках. По­сту­лат ин­ва­ри­ант­но­сти К. с. х. р. эле­мен­тар­ных ре­ак­ций со­став­ля­ет со­дер­жа­ние прин­ци­па не­за­ви­си­мо­сти, ко­то­рый ле­жит в ос­но­ве ки­не­тич. ана­ли­за слож­ных ре­ак­ций.

Для слож­ной ре­ак­ции, пред­став­ляю­щей со­бой со­во­куп­ность не­сколь­ких эле­мен­тар­ных ста­дий, ко­эф. про­пор­цио­наль­но­сти в ки­не­тич. урав­не­нии яв­ля­ет­ся чис­то эм­пи­ри­че­ским па­ра­мет­ром и на­зы­ва­ет­ся эф­фек­тив­ной (ка­жу­щей­ся, на­блю­дае­мой, экс­пе­ри­мен­таль­ной) К. с. х. р. Эф­фек­тив­ная К. с. х. р. мо­жет за­ви­сеть не толь­ко от темп-ры, но и от кон­цен­тра­ций как реа­ген­тов, так и про­дук­тов ре­ак­ции, а так­же по­сто­рон­них ве­ществ.

За­ви­си­мость К. с. х. р. от темп-ры оп­ре­де­ля­ет­ся Ар­ре­ниу­са урав­не­ни­ем: $k=A· ехр (–E_a/RT)$, где $A$ – пре­дэкс­по­нен­ци­аль­ный мно­жи­тель, $E_a$ – энер­гия ак­ти­ва­ции, $T$ – аб­со­лют­ная темп-ра, $R$ – га­зо­вая по­сто­ян­ная.

Скорость химической реакции

Что такое скорость скорость химической реакции!?

Скорость химической реакции — это изменение концентрации веществ, вступивших в химическую реакцию (то есть изменение концентрации реагентов). На практике наиболее часто её измеряют в моль на литр (моль/литр) за единицу времени (секунда, минута, час).

Скорость химической реакции — это величина не постоянная и измеряется конкретно в заданный момент времени. Это связано с тем, что в процессе химическое реакции молекулы одного вещества соединяются с молекулами другого, тем самым уменьшая вероятность столкновения первоначальных молекул реагента. Соответственно, чем меньше осталось молекул реагентов, тем с меньшей вероятностью они столкнуться. Поэтому, на скорость химической реакции в значительной степени влияет первоначальная концентрация реагентов.

Скорость реакции можно рассчитать. Формулу записывают так:

v=k[A]^a[B]^b,

где k — постоянная величина (константа скорости), А и В — вещества, вступившие в химическую реакцию, а и b — числа, указывающие на порциальный порядок реакции.

Коэффициенты уравнения получают экспериментальным путём, затем если теоретическая модель совпадает с практической, то теоретическую модель используют для расчётов.

Зависимость cкорости химической реакции от времени

От чего зависит скорость химической реакции

Из изложенного понятно, что одним из условий быстрого протекания реакции может служить концентрация реагирующих веществ. Другими факторами, влияющими на скорость химической реакции, являются: температура, присутствие

катализаторов, в некоторых реакциях не что так не влияет на скорость, как наличие ультрафиолетового света или просто дневного света. Так под действием температуры кинетическая энергия молекул возрастает, они начинают быстрее двигаться, а соответственно вероятность столкновения увеличивается! Катализаторы также положительно влияют на скорость химических реакций, увеличиваю площадь соприкосновения молекул реагирующих веществ. Световое излучение ускоряет химическую реакцию, например, выделения кристаллов серебра на фотобумаге (реакция восстановления серебра), реакция фотосинтеза у растений — также происходит под действием света. Скорость реакции быстро затухает при израсходовании реагентов (или хотя бы одного из них). Иногда для торможения химической реакции применяют ингибиторы (вещества, замедляющие скорость химической реакции).

Кроме основной реакции — прямой, параллельно протекает обратная химическая реакция, так как продукты реакции могут реагировать с друг-другом. В начальные моменты реакции концентрация реагентов большая, поэтому в сначала протекает в основном только прямая реакция. Со временам возрастает концентрация продуктов реакции и эти продукты начинают реагировать между собой с образованием реагентов. Этот процесс может повторяться многократно, пока

скорость химической реакции (прямой и обратной) не сравняются между собой. На уровне молекул реакция не останавливается.

Скорость химических реакций | CHEMEGE.RU

Темы кодификатора ЕГЭ: Скорость реакции. Ее зависимость от разных факторов.

Скорость химической реакции показывает, как быстро происходит та или иная реакция. Взаимодействие происходит при столкновении частиц в пространстве. При этом реакция происходит не при каждом столкновении, а только когда частица обладают соответствующей энергией.

 

Скорость реакции

– количество элементарных соударений взаимодействующих частиц, заканчивающихся химическим превращением, за единицу времени.

 

Определение скорости химической реакции связано с условиями ее проведения. Если реакция гомогенная – т.е. продукты и реагенты находятся в одной фазе – то скорость химической реакции определяется, как изменение концентрации вещества в единицу времени:

 

υ = ΔC / Δt

 

Если реагенты, или продукты находятся в разных фазах, и столкновение частиц происходит только на границе раздела фаз, то реакция называется гетерогенной, и скорость ее определяется изменением количества вещества в единицу времени на единицу реакционной поверхности:

 

υ = Δν / (S·Δt)

 

 

1. Температура

 

Самый простой способ изменить скорость реакции – изменить температуру. Как вам, должно быть, известно из курса физики, температура – это мера средней кинетической энергии движения частиц вещества. Если мы повышаем температуру, то частицы любого вещества начинают двигаться

быстрее, а следовательно, сталкиваться чаще.

Однако при повышении температуры скорость химических реакций увеличивается в основном благодаря тому, что увеличивается число эффективных соударений. При повышении температуры резко увеличивается число активных частиц, которые могут преодолеть энергетический барьер реакции. Если понижаем температуру – частицы начинают двигаться медленнее, число активных частиц уменьшается, и количество эффективных соударений в секунду уменьшается. Таким образом, при повышении температуры скорость химической реакции повышается, а при понижении температуры — уменьшается.

 

Обратите внимание! Это правило работает одинаково для всех химических реакций (в том числе для экзотермических и эндотермических). Скорость реакции не зависит от теплового эффекта. Скорость экзотермических реакций при повышении температуры возрастает, а при понижении температуры – уменьшается. Скорость эндотермических реакций также возрастает при повышении температуры, и уменьшается при понижении температуры.

 

Более того, еще в XIX веке голландский физик Вант-Гофф экспериментально установил, что скорость большинства реакций примерно одинаково изменяется (примерно в 2-4 раза) при изменении температуры на 10^оС.

 Правило Вант-Гоффа звучит так: повышение температуры на 10^оС приводит к увеличению скорости химической реакции в 2-4 раза (эту величину называют температурный коэффициент скорости химической реакции γ).

Точное значение температурного коэффициента определяется для каждой реакции.

 

 здесь v₂ — скорость реакции при температуре T₂,

v

₁ — скорость реакции при температуре T₁,

γ — температурный коэффициент скорости реакции, коэффициент Вант-Гоффа.

 

В некоторых ситуациях повысить скорость реакции с помощью температуры не всегда удается, т.к. некоторые вещества разлагаются при повышении температуры, некоторые вещества или растворители испаряются при повышенной температуре, т.е. нарушаются условия проведения процесса.

 

 

Также изменить число эффективных соударений можно, изменив концентрацию реагирующих веществ. Понятие концентрации, как правило, используется для газов и жидкостей, т.к. в газах и жидкостях частицы быстро двигаются и активно перемешиваются. Чем больше концентрация реагирующих веществ (жидкостей, газов), тем больше число эффективных соударений, и тем выше скорость химической реакции.

На основании большого числа экспериментов в 1867 году в работах норвежских  ученых П. Гульденберга и П. Вааге и, независимо от них, в 1865 году русским ученым Н.И. Бекетовым был выведен основной закон химической кинетики, устанавливающий зависимость скорости химической реакции от концентрации реагирующих веществ:

 

Скорость химической реакции прямо пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ в степенях, равных их коэффициентам в уравнении химической реакции.

 

Для химической реакции вида: aA + bB = cC + dD закон действующих масс записывается так:

 

 

здесь v —  скорость химической реакции,

C_A и C_B — концентрации веществ А и В, соответственно, моль/л

k – коэффициент пропорциональности, константа скорости реакции.

 

Например, для реакции образования аммиака:

 

N₂  +  3H₂  ↔  2NH₃

 

 закон действующих масс выглядит так:

 

Константа скорости реакции k показывает, с какой скоростью будут реагировать вещества, если их концентрации равны 1 моль/л, или их произведение равно 1. Константа скорости химической реакции зависит от температуры и не зависит от концентрации реагирующих веществ.

В законе действующих масс не учитываются концентрации твердых веществ, т.к. они реагируют, как правило, на поверхности, и количество реагирующих частиц на единицу поверхности при этом не меняется.

 

В большинстве случаев химическая реакция состоит из нескольких простых этапов, в таком случае уравнение химической реакции показывает лишь суммарное или итоговое уравнение происходящих процессов. При этом скорость химической реакции сложным образом зависит (или не зависит) от концентрации реагирующих веществ, полупродуктов или катализатора, поэтому точная форма кинетического уравнения определяется экспериментально, или на основании анализа предполагаемого механизма реакции. Как правило, скорость сложной химической реакции определяется скоростью его самого медленного этапа (лимитирующей стадии).

 

3. Давление

 

Концентрация газов напрямую зависит от давления. При повышении давления повышается концентрация газов. Математическое выражение этой зависимости (для идеального газа) — уравнение Менделеева-Клапейрона:

 

pV = νRT

 

Таким образом, если среди реагентов есть  газообразное вещество, то при повышении давления скорость химической реакции увеличивается, при понижении давления — уменьшается.

 

Например. Как изменится скорость реакции сплавления извести с оксидом кремния:

 

CaCO₃  +  SiO₂  ↔  CaSiO₃  +  CO₂↑

 

при повышении давления?

Правильным ответом будет – никак, т.к. среди реагентов нет газов,  а карбонат кальция – твердая соль, нерастворимая в воде, оксид кремния – твердое вещество. Газом будет продукт – углекислый газ. Но продукты не влияют на скорость прямой реакции.

 

4. Катализатор

 

Еще один способ увеличить скорость химической реакции – направить ее по другому пути, заменив прямое взаимодействие, например, веществ А и В серией последовательных реакций с третьим веществом К, которые требуют гораздо меньших затрат энергии (имеют более низкий активационный энергетический барьер) и протекают при данных условиях быстрее, чем прямая реакция. Это третье вещество называют катализатором.

 

 

Катализаторы – это химические вещества, участвующие в химической реакции, изменяющие ее скорость и направление, но не расходующиеся в ходе реакции (по окончании реакции не изменяющиеся ни по количеству, ни по составу).  Примерный механизм работы катализатора для реакции вида А + В можно представить так:

 

A + K = AK

AK + B = AB + K

 

Процесс изменения скорости реакции при взаимодействии с катализатором называют катализом. Катализаторы широко применяют в промышленности, когда необходимо увеличить скорость реакции, либо направить ее по определенному пути.

По фазовому состоянию катализатора различают гомогенный и гетерогенный катализ.

Гомогенный катализ – это когда реагирующие вещества и катализатор находятся в одной фазе (газ, раствор). Типичные гомогенные катализаторы – кислоты и основания. органические амины и др.

Гетерогенный катализ – это когда реагирующие вещества и катализатор находятся в разных фазах. Как правило, гетерогенные катализаторы – твердые вещества. Т.к. взаимодействие в таких катализаторах идет только на поверхности вещества, важным требованием для катализаторов является большая площадь поверхности. Гетерогенные катализаторы отличает высокая пористость, которая увеличивает площадь поверхности катализатора. Так, суммарная площадь поверхности некоторых катализаторов иногда достигает 500 квадратных метров на 1 г катализатора. Большая площадь и пористость обеспечивают эффективное взаимодействие с реагентами. К гетерогенным катализаторам относятся металлы, цеолиты — кристаллические минералы группы алюмосиликатов (соединений кремния и алюминия), и другие.

 

 

Пример гетерогенного катализа – синтез аммиака:

 

N₂  +  3H₂  ↔ 2NH₃

 

В качестве катализатора используется пористое железо с примесями Al₂O₃ и K₂O.

Сам катализатор не расходуется в ходе химической реакции, но на поверхности катализатора накапливаются другие вещества, связывающие активные центры катализатора и блокирующие его работу (каталитические яды). Их необходимо регулярно удалять, путем регенерации катализатора.

 

В биохимических реакция очень эффективными оказываются катализаторы – ферменты. Ферментативные катализаторы действуют эффективно и избирательно, с избирательностью 100%. К сожалению, ферменты очень чувствительны к повышению температуры, кислотности среды и другим факторам, поэтому есть ряд ограничений для реализации в промышленных масштабах процессов с ферментативным катализом.

Катализаторы не стоит путать с инициаторами процесса и ингибиторами.

Например, для инициирования радикальной реакции хлорирования метана необходимо облучение ультрафиолетом. Это не катализатор. Некоторые радикальные реакции инициируются пероксидными радикалами. Это также не катализаторы.

 

Ингибиторы – это вещества, которые замедляют химическую реакцию. Ингибиторы могут расходоваться и участвовать в химической реакции.  При этом ингибиторы не являются катализаторами наоборот. Обратный катализ в принципе невозможен – реакция в любом случае будет пытаться идти по наиболее быстрому пути.

 

5. Площадь соприкосновения реагирующих веществ

 

 Для гетерогенных реакций одним из способов увеличить число эффективных соударений является увеличение площади реакционной поверхности. Чем больше площадь поверхности контакта реагирующих фаз, тем больше скорость гетерогенной химической реакции. Порошковый цинк гораздо быстрее растворяется в кислоте, чем гранулированный цинк такой же массы.

В промышленности для увеличения площади контактирующей поверхности реагирующих веществ используют метод «кипящего слоя».

Например, при производстве серной кислоты методом «кипящего слоя» производят обжиг колчедана.

 

6. Природа реагирующих веществ

 

На скорость химических реакций при прочих равных условиях также оказывают влияние химические свойства, т.е. природа реагирующих веществ.

Менее активные вещества будут имеют более высокий активационный барьер, и вступают в реакции медленнее, чем более активные вещества.

Более активные вещества имеют более низкую энергию активации, и значительно легче и чаще вступают в химические реакции.

 

Более стабильные вещества — это, например, те вещества, которые окружают нас в быту, либо существуют в природе.

Например, хлорид натрия NaCl (поваренная соль), или воды H₂O, или металлическое железо Fe.

Более  активные вещества мы можем встретить в быту и природе сравнительно редко.

Например, оксид натрия Na₂O или сам натрий Na в быту и в природе не не встречаем, т.к. они активно реагируют с водой.

При небольших значениях энергии активации (менее 40 кДж/моль) реакция проходит очень быстро и легко. Значительная часть столкновений между частицами заканчивается химическим превращением. Например, реакции ионного обмена происходят при обычных условиях очень быстро.

При высоких значениях энергии активации (более 120 кДж/моль) лишь незначительное число столкновений заканчивается химическим превращением. Скорость таких реакций пренебрежимо мала. Например, азот с кислородом практически не взаимодействует при нормальных условиях.

При средних значениях энергии активации (от 40 до 120 кДж/моль) скорость реакции будет средней. Такие реакции также идут при обычных условиях, но не очень быстро, так, что их можно наблюдать невооруженным глазом. К таким реакциям относятся взаимодействие натрия с водой, взаимодействие железа с соляной кислотой и др.

Вещества, стабильные при нормальных условиях, как правило, имеют высокие значения энергии активации.

Скорость химической реакции | Подготовка к ЦТ и ЕГЭ по химии

Чтобы поделиться, нажимайте

Скорость химической реакции – это изме­нение концентрации реагирующих веществ в единицу времени.

При гомогенных реакциях пространством реакции обозначается объем реакционного сосуда, а при гетерогенных — по­верхность, на которой протекает реакция. Концентрацию реагиру­ющих веществ обычно выражают в моль/л — количестве молей вещества в 1 литре раствора.

Скорость химической реакции зависит от природы реагирующих веществ, концентрации, температуры, давления, поверхности соприкосновения веществ и ее характера, присутствия катализаторов.

Увеличение концентрации веществ, вступающих в химическое взаимодействие, приводит к увеличению скорости химической реакции. Это происходит потому, что все химические реакции проходят между некоторым количеством реагирующих частицами (атомами, молекулами, ионами). Чем больше этих частичек в объеме реакционного пространства, тем чаще они соударяются и происходит химическое взаимодействие. Химическая реакция может протекать через один или несколько элементарных актов ( соударений). На основании уравнения реакции можно записать выражение зависимости скорости реак­ции от концентрации реагирующих веществ. Если в элементарном акте участвует лишь одна молекула (при реакции разложения), зависи­мость будет иметь такой вид:

v = k*[A]

Это уравнение мономолекулярной реакции. Когда в элемен­тарном акте происходит взаимодействие двух разных моле­кул, зависимость имеет вид:

v = k*[A]*[B]

Реакция называется бимолекулярной. В случае соударения трех молекул справедливо выражение:

v = k*[A]*[B]*[C]

Реакция называется тримолекулярной. Обозначения коэффициентов:

v — скорость реакции;

[А], [В], [С] — концентрации реагирующих веществ;

k — коэффициент пропорциональности; называется кон­стантой скорости реакции.

Если концентрации реагирующих веществ равны единице ( 1 моль/л) или их произведение равно единице, то v = k.. Константа скорости зави­сит от природы реагирующих веществ и от температуры. Зависимость скорости простых реакций (т. е. реак­ций, протекающих через один элементарный акт) от кон­центрации описывается законом действующих масс: ско­рость химической реакции прямо пропорциональна произведению концентрации реагирующих веществ, воз­веденных в степень их стехиометрических коэффициен­тов.

Для примера разберем реакцию 2NO + O₂ = 2NO₂.

В ней v = k*[NO]²*[O₂]

В случае, когда уравнение химической реакции не соответствует элементарному акту взаимодействия, а отражает лишь связь между массой вступивших в реакцию и образовавшихся веществ, то степени у концентраций не будут равны коэффициентам, стоящим перед формулами соответствующих веществ в уравне­нии реакции. Для реакции, которая протекает в несколько стадий, скорость реакции оп­ределяется  скоростью самой медленной ( лимитирующей) стадии.

Такая зависимость скорости реакции от кон­центрации реагирующих веществ справедлива для газов и реакций, проходящих в растворе. Реакции с участием твердых веществ не подчиняются закону действующих масс, так как взаимодействие молекул происходит лишь на поверх­ности раздела фаз. Следовательно, скорость гетерогенной реакции зависит еще и от величины и характера поверхности соприкоснове­ния реагирующих фаз. Чем больше поверхность – тем быстрее будет идти реакция.

 

Влияние температуры на скорость химической ре­акции

Влияние температуры на скорость химической ре­акции определяется правилом Вант-Гоффа: при повыше­нии температуры на каждые 10^°C скорость реакции уве­личивается в 2-4 раза. Математически это правило пере­дается следующим уравнением:

v_t2 = v_t1* g^(t2-t1)/10

где v_t1и v_t2 — скорости реакций при тем­пературах t2 и t1; g — температурный коэффициент реак­ции — число, показы­вающее, во сколько раз увеличивается скорость реакции при повышении температуры на каждые 10^°C. Такая значительная зависимость скорости химической реакции от температуры объясняется тем, что образование новых веществ происходит не при вся­ком столкновении реагирующих молекул. Взаимодействуют только те молекулы ( активные молекулы), кото­рые обладают достаточной энергией, чтобы разорвать связи в исходных частицах. Поэтому каждая реакция характеризуется энергетическим барьером. Для его преодо­ления молекуле необходима энергия активации — некоторая из­быточная энергия, которой должна обладать молекула для того, чтобы ее столкновение с другой молекулой привело к образованию нового вещества. С ростом температуры число активных молекул быстро увеличивается, что приводит в резко­му возрастанию скорости реакции по правилу Вант-Гоффа. Энергия активации для каждой конкретной реакции зависит от природы реагирующих веществ.

Теория активных столкновений позволяет объяснить влияние некоторых факторов на скорость химической реакции. Основные положения этой теории:

• Реакции происходят при столкновении частиц реагентов, которые обладают определённой энергией.
• Чем больше частиц реагентов, чем ближе они друг к другу, тем больше шансов у них столкнуться и прореагировать.
• К реакции приводят лишь эффективные соударения, т.е. такие при которых разрушаются или ослабляются «старые связи» и поэтому могут образоваться «новые». Для этого частицы должны обладать достаточной энергией.
• Минимальный избыток энергии, необходимый для эффективного соударения частиц реагентов, называется энергией активации  Еа.
• Активность химических веществ проявляется в низкой энергии активации реакций с их участием. Чем ниже энергия активации, тем выше скорость реакции. Например, в реакциях между катионами и анионами энергия активации очень мала, поэтому такие реакции протекают почти мгновенно

 

Влияние катализатора

Одно из наиболее эффективных средств воздействия на скорость химических реакций — использование катализаторов. Катализаторы — это вещества, которые изменяют скорость реакции, а сами к концу процесса остаются неизменными по составу и по массе. Иначе говоря, в момент самой реакции катализатор активно участвует в химическом про­цессе, но к концу реакции реагенты изменяют свой химический состав, превращаясь в продукты, а катализатор выделяется в перво­начальном виде. Обычно роль катализатора заключается в увеличении скорости реакции, хотя некоторые катализаторы не ускоряют, а замедляют процесс. Явление ускорения химических реакций благодаря присутствию катализаторов носит название катализа, а замедления — ингибирования.

Некоторые вещества не обладают каталитическим действием, но их добавки резко увеличивают каталитическую способность катализаторов. Такие вещества называются промоторами. Другие вещества (каталитические яды) уменьшают или даже полностью блокируют действие катализаторов, этот процесс называется отравлением катализатора.

Существуют два вида катализа: гомогенный и гетерогенный. При гомогенном катализе реагенты, продукты и катализатор составляют одну фазу (газовую или жидкую). В этом случае отсутствует поверх­ность раздела между катализатором и реагентами.

Особенность гетерогенного катализа состоит в том, что катали­заторы (обычно твердые вещества) находятся в ином фазовом состоя­нии, чем реагенты и продукты реакции. Реакция развивается обычно на поверхности твердого тела.

При гомогенном катализе происходит образование промежуточных продуктов между катализатором и реагирующим веществом в результате реакции с меньшим значением энер­гии активации. При гетерогенном  катализе увеличение скорости объясняется адсорбцией реагиру­ющих веществ на по­верхности катализатора. В результате этого их концентрация увеличивается и скорость реакции растет.

Особым случаем катализа является аутокатализ. Смысл его заключается в том, что химический процесс ускоряется одним из про­дуктов реакции.

Примеры решения задач на скорость реакции

Также вы можете посмотреть ВИДЕО-уроки на эту тему:

И выполнить задания из ЦТ и ЕГЭ на эту тему вы можете здесь

А также вы можете получить доступ ко всем видео-урокам, заданиям реального ЕГЭ, ЦТ и РТ с подробными видео-объяснениями, задачам и всем материалам сайта кликнув здесь «Получить все материалы сайта»

Скорость реакции — материалы для подготовки к ЕГЭ по Химии

Автор статьи — профессиональный репетитор И. Давыдова (Юдина).

Скоростью химической реакции называется изменение концентрации вещества в единицу времени, , где концентрация С выражена в моль/л. В ЕГЭ не требуется применение этой формулы, необходимо лишь уметь сравнивать скорости различных реакций и определять, как на них влияют изменения внешних условий.

Скорость реакции зависит от нескольких факторов:

• — Природы взаимодействующих веществ
• — Температуры
• — Концентрации реагирующих веществ
• — Присутствия в реакционной смеси катализатора или ингибитора
• — Площади поверхности соприкосновения реагентов (для гетерогенных процессов).

Рассмотрим каждый пункт отдельно:

1) Природа реагентов

Очевидно, что разные реакции при одних и тех же условиях протекают с различными скоростями. Нейтрализация щелочи кислотой протекает почти моментально, растворение цинка в соляной кислоте — быстро, ржавление железа под действием воды и кислорода – намного дольше. Общее правило очевидно: чем активнее реагирующие вещества, тем быстрее они взаимодействуют друг с другом.

Самые быстрые реакции – гомогенные, протекающие в одной фазе (газы или смешивающиеся жидкости). В них взаимодействие происходит во всем объеме смеси реагентов.

Гетерогенные реакции – взаимодействие не смешивающихся друг с другом веществ – протекают на границе раздела фаз. Эти процессы медленнее, и скорость определяется площадью поверхности соприкосновения.

2) Температура

При увеличении температуры молекулы начинают двигаться быстрее, следовательно, чаще сталкиваются друг с другом. Таким образом, скорость реакции всегда возрастает при повышении температуры и уменьшается – при понижении. Мы активно пользуемся этим в быту: например, для замедления процессов гниения (сложных химических реакций) храним продукты в холодильнике, а для ускорения реакции Майяра (взаимодействие белков с сахарами) готовим пищу при высокой температуре.

Зависимость скорости реакции от температуры определяется уравнением Вант-Гоффа: , где v₂ и v₁ – скорости реакции при температурах Т₂ и Т₁ соответственно, γ – температурный коэффициент, принимающий значения от 2 до 4. Например, если γ=3, при повышении температуры на 20 градусов скорость реакции возрастет в  раз.

3) Концентрация реагентов

Очевидно, что чем выше концентрации реагирующих веществ, тем чаще их молекулы будут сталкиваться друг с другом, следовательно, тем быстрее будет протекать взаимодействие. Зависимость скорости от концентрации реагентов выражается законом действующих масс.

Например, для реакции aA + bB = cC + dD скорость . На самом деле часто зависимость скорости от концентраций реагентов носит более сложный характер, так как многие процессы протекают через образование промежуточных продуктов, но мы оставим эти случаи университетскому курсу.

Пожалуйста, не путайте: скорость реакции зависит от концентраций реагентов и не зависит от концентраций продуктов!

Здесь же рассмотрим влияние давления на скорость реакции. Жидкости и твердые тела практически несжимаемы и давление не влияет на их концентрации. Для газов увеличение давления вызывает возрастание концентрации, следовательно, ускоряет реакцию.

4) Катализаторы и ингибиторы

Катализатор – вещество, увеличивающее скорость реакции, но не расходующееся в ней, ингибитор – это «катализатор наоборот», он замедляет реакцию.

5) Площадь границы раздела фаз

Для примера рассмотрим реакцию цинка с соляной кислотой:

Zn + 2HCl = ZnCl₂ + H₂.

Кусочек цинка будет постепенно растворяться в кислоте: сначала прореагирует верхний слой молекул, потом следующий, — и так далее. «Внутренние» атомы смогут прореагировать только после того, как перейдут в раствор «внешние».

Если же этот кусочек измельчить (то есть увеличить площадь его поверхности) реакция пойдет заметно быстрее, т.к. возрастет количество «доступных для кислоты» частиц.

Таким образом, чем сильнее измельчено твердое вещество, тем выше скорость реакции. Количество твердого вещества на скорость влияет намного слабее, чем степень его измельченности и концентрация жидких или газообразных реагентов.

Потренируемся. Ниже приведены вопросы из ЕГЭ разных лет:

А) Скорость химической реакции 2С(тв) + СО2(г) = 2СО(г) не зависит от	1) температуры 2) концентрации СО 3) степени измельченности угля 4) давления
Б) С наибольшей скоростью при комнатной температуре протекает реакция меду водородом и	1) серой 2) иодом 3) фтором 4) бромом
В) Для увеличения скорости химической реакции Mg(тв) + 2HCl(р-р) = MgCl2(р-р) + h3(г) необходимо	1) увеличить давление 2) уменьшить температуру 3) увеличить концентрацию HCl 4) увеличить количество магния.
Г) Повышение давления приведет к увеличению скорости реакции	1) 2P(тв) + 3S(тв) = P2S3(тв) 2) Br2(ж)  + 2Na(тв) = 2NaBr 3) h3O(ж) + 2Na(тв) = 2NaOH + h3(г) 4) N2(г) + 3h3(г) = 2Nh4(г)
Ответы:

Ты нашел то, что искал? Поделись с друзьями!

Скорость химической реакции

Закон действующих масс — основной постулат химической кинетики, устанавливающий зависимость скорости реакции от концентрации реагирующих веществ.

• Скорость химической реакции пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ.

Так, для реакции aA + bB → продукты реакции (a, b — стехиометрические коэффициенты) закон действующих масс выражается уравнением: v = k [А]^х [B]^у,

где v — скорость реакции; k — коэффициент пропорциональности, или константа скорости реакции;
[А] и [B] — молярные концентрации веществ А и В, соответственно;
х и у — экспериментально определяемые числа, называемые порядком реакции по веществам А и В.
Сумма показателей степеней x+y называется общим порядком реакции. Если реакция проходит в одну стадию, то порядки по веществам равны стехиометрическим коэффициентам (х = a и у = b), а общий порядок соответствует молекулярности реакции (т.е. минимальному числу частиц, участвующих в элементарной стадии).
Чаще всего х ≠ а и у ≠ b, так как большинство реакций протекает в несколько стадий.

Константа скорости реакции (k). Физический смысл этой константы следует из уравнения закона действующих масс: k – коэффициент пропорциональности, численно равный скорости реакции, когда произведение молярных концентраций реагентов равно 1. Константа скорости реакции зависит от температуры, от природы реагирующих веществ, но не зависит от их концентрации.
Следует иметь в виду, что размерность константы скорости зависит от порядка реакции. Для реакций 1-го порядка k выражается в 1/c, 2-го порядка – в л/моль·с, 3-го порядка – в л²/моль²·с и т.д. Поэтому называть константу k скоростью (удельной скоростью) реакции можно лишь для реакций 2-го порядка, когда размерность k соответствует размерности скорости.

Скорость химической реакции, подготовка к ЕГЭ по химии

Скорость химической реакции — основное понятие химической кинетики, выражающее отношения количества прореагировавшего вещества (в молях) к отрезку времени, за которое произошло взаимодействие.

Скорость реакции отражает изменение концентраций реагирующих веществ за единицу времени. Единицы измерения для гомогенной реакции: моль/л * сек. Физический смысл в том, что каждую секунду какое-то количество одного вещества превращается в другое в единице объема.

Мне встречались задачи, где была дана молярная концентрация вещества до реакции и после, время и объем. Требовалось посчитать скорость реакции. Давайте решим подобное несложное задание для примера:

Молярная концентрация вещества до реакции составляла 1.5 моль/л по итогу реакции — 3 моль/л. Объем смеси 10 литров, реакция заняла 20 секунд. Рассчитайте скорость реакции.

Влияние природы реагирующих веществ

При изучении агрегатных состояний веществ возникает вопрос: где же быстрее всего идут реакции: между газами, растворами или твердыми веществами?

Запомните, что самая высокая скорость реакции между растворами, в жидкостях. В газах она несколько ниже.

Если реакция гетерогенная: жидкость + твердое вещество, газ + твердое вещество, жидкость + газ, то большую роль играет площадь соприкосновения реагирующих веществ.

Очевидно, что большой кусок железа, положенный в соляную кислоту, будет гораздо дольше реагировать с ней, нежели чем измельченное железо — железная стружка.

Химическая активность также играет важную роль. Например, отвечая на вопрос: какой из металлов Li или K быстрее прореагирует с водой? Мы отдадим предпочтение литию, так как в ряду активности металлов он стоит левее калия, а значит литий активнее калия.

Иногда для верного ответа на вопрос о скорости реакции требуется знание активности кислот. Мы подробнее обсудим эту тему в гидролизе, однако сейчас я замечу: чем сильнее (активнее) кислота, тем быстрее идет реакция.

Например, реакцию магния с серной кислотой протекает гораздо быстрее реакции магния с уксусной кислотой. Причиной этому служит то, что серная кислота относится к сильным (активным) кислотам, а активность уксусной кислоты меньше, она является слабой кислотой.

Как я уже упомянул, слабые и сильные кислоты и основания изучаются в теме гидролиз.

Влияние изменения концентрации

Влияние концентрации «прямо пропорционально» скорости реакции: при увлечении концентрации реагирующего вещества скорость реакции повышается, при уменьшении — понижается.

Замечу деталь, которая может оказаться важной, если в реакции участвуют газы: при увеличении давления концентрация вещества на единицу объема возрастает (представьте, как газ сжимается). Поэтому увеличение давление, если среди исходных веществ есть газ, увеличивает скорость реакции.

Закон действующих масс устанавливает соотношение между концентрациями реагирующих веществ и их продуктами. Скорость простой реакции aA + bB → cC определяют по уравнению:

υ = k × С^a_A × С^b_B

Физический смысл константы скорости — k — в том, что она численно равна скорости реакции при том условии, что концентрации реагирующих веществ равны 1. Обратите внимание, что стехиометрические коэффициенты уравнения переносятся в степени — a и b.

Записанное выше следствие закона действующих масс нужно не только «зазубрить», но и понять. Поэтому мы решим пару задач, где потребуется написать подобную формулу.

Окисление диоксида серы протекает по уравнению: 2SO_2(г) + O₂ = 2SO_3(г). Как изменится скорость этой реакции, если объемы системы уменьшить в три раза?

По итогу решения становится ясно, что скорость реакции в таком случае возрастет в 27 раз.

Решим еще одну задачу. Дана реакция синтеза аммиака: N₂ + ЗН₂ = 2NH₃. Как изменится скорость прямой реакции образования аммиака, если уменьшить концентрацию водорода в два раза?

В результате решения мы видим, что при уменьшении концентрации водорода в два раза скорость реакции замедлится в 8 раз.

Влияние изменения температуры на скорость реакции

Постулат, который рекомендую временно взять на вооружение: «Увеличение температуры увеличивает скорость абсолютно любой химической реакции: как экзотермической, так и эндотермической. Исключений нет».

Очень часто в заданиях следующей темы — химическом равновесии, вас будут пытаться запутать и ввести в заблуждении, но вы не поддавайтесь и помните про постулат!

Итак, влияние температуры на скорость реакции «прямо пропорционально»: чем выше температура, тем выше скорость реакции — чем ниже температура, тем меньше и скорость реакции. Однако, как и в случае с концентрацией, это больше чем простая «пропорция».

Правило Вант-Гоффа, голландского химика, позволяет точно оценить влияние температуры на скорость химической реакции. Оно звучит так: «При повышении температуры на каждые 10 градусов константа скорости гомогенной элементарной реакции увеличивается в два — четыре раза»

В формуле, написанной выше, используются следующие обозначение:

• υ₁ — скорость реакции при температуре t₁
• υ₂ — скорость реакции при температуре t₂
• γ — температурный коэффициент, который может быть равен 2-4

Если по итогам решения задач у вас получится температурный коэффициент меньше 2 или больше 4, то, скорее всего, где-то вы допустили ошибку. Используйте этот факт для самопроверки.

Для тренировки решим пару задач, в которых потребуется использование правило Вант-Гоффа.

Как изменится скорость гомогенной реакции при повышении температуры от 27°C до 57°C при температурном коэффициенте, равном трем?

Иногда в задачах требуется рассчитать температурный коэффициент, как, например, здесь: «Рассчитайте, чему равен температурный коэффициент скорости, если известно, что при понижении температуры от 250°C до 220°C скорость реакции уменьшилась в 8 раз».

Катализаторы и ингибиторы

Катализатор (греч. katalysis — разрушение) — вещество, ускоряющее химическую реакцию, но не участвующее в ней. Катализатор не расходуется в химической реакции.

Многие химические реакции в нашем организме протекают с участием катализаторов — белковых молекул, ферментов. Без катализаторов подобные реакции шли бы сотни лет, а с катализаторами идут одну долю секунды.

Катализом называют явление ускорения химической реакции под действием катализатора, а химические реакции, идущие с участием катализатора — каталитическими.

Ингибитор (лат. inhibere — задерживать) — вещество, замедляющее или предотвращающее протекание какой-либо химической реакции.

Ингибиторы применяют для замедления коррозии металла, окисления топлива, старения полимеров. Многие лекарственные вещества являются ингибиторами.

Так при лечении гастрита — воспаления желудка (греч. gaster — желудок) или язв часто назначаются ингибиторы протонной помпы — химические вещества, которые блокирует выработку HCl слизистой желудке. В результате этого соляная кислота прекращает воздействие на поврежденную стенку желудка, воспаление стихает.

© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2021

Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.

2.5: Скорость реакции — Химия LibreTexts

В ходе реакции, показанной ниже, реагенты A и B расходуются, в то время как концентрация продукта AB увеличивается. Скорость реакции можно определить, измерив, насколько быстро уменьшается концентрация A или B или насколько быстро увеличивается концентрация AB.

\ [\ A + B \ longrightarrow AB \]

Рисунок \ (\ PageIndex {1} \): На рисунке выше показан гипотетический профиль реакции, в котором концентрация реагентов (красный) уменьшается по мере увеличения концентрации продуктов (синий).

Для стехиометрически сложной Реакции:

\ [aA + bB \ longrightarrow cC + dD \ label {1} ​​\]

\ [\ text {Rate} = \ dfrac {-1} {a} \ dfrac {d [A]} {dt} = \ dfrac {-1} {b} \ dfrac {d [B]} {dt} = \ dfrac {1} {c} \ dfrac {d [C]} {dt} = \ dfrac {1} {d} \ dfrac {d [D]} {dt} \]

Глядя на рисунок \ (\ PageIndex {1} \) выше, мы видим, что скорость может быть измерена в единицах реагента (A или B) или любого продукта (C или D). Не все переменные необходимы для определения скорости. Следовательно, если у вас есть значение для «A», а также значение для «a», вы можете вычислить скорость реакции.

Вы также можете заметить из уравнения \ ref {1}, что изменение реагентов с течением времени должно иметь отрицательный знак перед ними. Причина этого в том, что количество реагентов уменьшается со временем, скорость будет отрицательной (потому что это обратная скорость). Следовательно, поставив отрицательный знак перед переменной, решение будет положительным.

Химические реакции сильно различаются по скорости.Некоторые из них сверхбыстрые, в то время как другим могут потребоваться миллионы лет, чтобы достичь равновесия.

Определение скорости реакции

Скорость реакции для данной химической реакции является мерой изменения концентрации реагентов или изменения концентрации продуктов в единицу времени. Скорость химической реакции можно определить как изменение концентрации вещества, деленное на интервал времени, в течение которого наблюдается это изменение:

\ [\ text {rate} = \ dfrac {\ Delta \ text {концентрация}} {\ Delta \ text {time}} \ label {2-1} \]

Для реакции формы \ (A + B \ rightarrow C \) скорость может быть выражена через изменение концентрации любого из ее компонентов

\ [\ text {rate} = — \ dfrac {\ Delta [A]} {\ Delta t} \]

\ [\ text {rate} = — \ dfrac {\ Delta [B]} {\ Delta t} \]

\ [\ text {rate} = \ dfrac {\ Delta [C]} {\ Delta t} \]

, в котором \ (Δ [A] \) — разница между концентрацией \ (A \) на временном интервале \ (t_2 — t_1 \):

\ [\ Delta [A] = [A] _2 — [A] _1 \ label {2-2} \]

Обратите внимание на знаки «минус» в первых двух приведенных выше примерах.Концентрация реагента всегда уменьшается со временем, поэтому \ (\ Delta [A] \) и \ (\ Delta [A] \) оба отрицательны. Поскольку отрицательные скорости не имеют особого смысла, скорости, выраженные в терминах концентрации реагентов, равны , всегда перед стоит знак минус, чтобы скорость была положительной.

Рассмотрим теперь реакцию с другими коэффициентами:

\ [A + 3B \ rightarrow 2D \]

Понятно, что \ ([B] \) уменьшается в три раза быстрее, чем \ ([A] \), поэтому во избежание неоднозначности при выражении скорости через различные компоненты принято делить каждое изменение на концентрация по соответствующему коэффициенту:

\ [\ text {rate} = — \ dfrac {\ Delta [A]} {\ Delta t} = — \ dfrac {\ Delta [B]} {3 \ Delta t} = \ dfrac {\ Delta [D] » } {2 \ Delta t} \ label {2-3} \]

Пример \ (\ PageIndex {1} \): Окисление аммиака

Для окисления аммиака

\ [\ ce {4 Nh4 + 3O2 -> 2 N2 + 6 h3O} \]

было установлено, что скорость образования N ₂ равна 0.27 моль л ^–1 с ^–1 .

1. С какой скоростью образовывалась вода?
2. С какой скоростью потреблялся аммиак?

Решение

a) Исходя из стехиометрии уравнения, Δ [H ₂ O] = 6/2 Δ [N ₂ ], поэтому скорость образования H ₂ O составляет

3 × (0,27 моль л ^–1 с ^–1 ) = 0,81 моль л ^–1 с ^–1 .

б) 4 моля NH ₃ расходуются на каждые 2 моля образовавшегося N ₂ , поэтому скорость исчезновения аммиака составляет

.

2 × (0.27 моль л ^–1 с ^–1 ) = 0,54 моль л ^–1 с ^–1 .

Комментарий : Из-за того, как этот вопрос сформулирован, было бы приемлемо выразить это последнее значение как отрицательное число.

Мгновенные ставки

Большинство реакций замедляются по мере расходования реагентов. Следовательно, скорости, указанные в приведенных выше выражениях, имеют тенденцию терять свой смысл при измерении в течение более длительных интервалов времени Δ t .Примечание. Мгновенные ставки также известны как дифференциальные ставки.

Таким образом, для реакции, ход которой показан здесь, фактическая скорость (измеряемая по возрастающей концентрации продукта) непрерывно изменяется, достигая максимума в нулевой момент времени. Мгновенная скорость реакции задается наклоном касательной к кривой зависимости концентрации от времени.

Мгновенная скорость, взятая в начале реакции (t = 0), известна как начальная скорость (здесь метка (1) ).Как мы вскоре увидим, начальные скорости играют важную роль в изучении кинетики реакции. Если вы изучали дифференциальное исчисление, вы будете знать, что эти касательные наклоны представляют собой производных , значения которых могут быть очень разными в каждой точке кривой, так что эти мгновенные скорости на самом деле являются предельными скоростями , определенными как

.

\ [\ text {rate} = \ lim _ {\ Delta t \ rightarrow 0} \ dfrac {- [A]} {\ Delta T} \]

Если вы не разбираетесь в расчетах, имейте в виду, что чем больше временной интервал Δ t , тем меньше будет точность мгновенной скорости.t \ label {2} \]

Как видно из уравнения \ ref {2} выше, скорость реакции зависит от концентрации реагентов, а также константы скорости. Однако есть и другие факторы, которые могут повлиять на скорость реакции. Эти факторы включают температуру и катализаторы. Когда вы можете написать уравнение закона скорости для определенной реакции, вы можете определить порядок реакции на основе значений s и t.

Порядок реакции

Скорость реакции для данной реакции — важный инструмент, который позволяет нам вычислить конкретный порядок реакции.t \ label {4} \]

\ [\ text {Порядок реакции} = s + t \ label {5} \]

Важно отметить, что хотя порядок реакции можно определить из закона скорости, в общем случае нет связи между порядком реакции и стехиометрическими коэффициентами в химическом уравнении.

ПРИМЕЧАНИЕ: Скорость реакции должна быть неотрицательной величиной. Это может быть ноль и необязательно целое число.

Как показано в уравнении \ ref {5}, полный порядок реакции равен сумме «s» и «t».«Но что означает каждая из этих переменных? Каждая переменная представляет собой порядок реакции по отношению к реагенту, на который она помещена. В этой определенной ситуации s — это порядок реакции по отношению к [A], а t — это порядок реакции относительно [B].

Вот пример того, как вы можете посмотреть на этот : Если порядок реакции относительно [A] был 2 (s = 2), а [B] был 1 (t = 1), то это в основном означает, что концентрация реагента A уменьшается в 2 раза, а концентрация [B] уменьшается в 1 раз.

Итак, если у вас порядок реакции Ноль (т.е. \ (s + t = 0 \)), это в основном означает, что концентрация реагентов не влияет на скорость реакции. Вы можете удалить или добавить реагенты в смесь, но скорость не изменится.

Список различных уравнений скорости реакции для реакций нулевого, первого и второго порядка можно увидеть в Таблице \ (\ PageIndex {1} \). Эта таблица также включает дополнительные уравнения, которые можно определить с помощью этого уравнения, если известен порядок реакции (период полураспада, закон интегрированной скорости и т. Д.)

Таблица \ (\ PageIndex {1} \): В таблице ниже показаны многочисленные значения и уравнения, используемые при наблюдении за химической кинетикой для различных типов реакций

	Нулевой порядок	Первый порядок	Второй порядок
Закон о тарифах	\ (\ {Rate} = \ {k} \)	\ (\ {Rate} = \ {k [A]} \)	\ (\ text {Rate} = \ {k [A] ^ 2} \)
Закон о комплексных тарифах	\ (\ {[A] _t} = \ {-kt + [A] _0} \)	\ (\ {ln [A] _t} = \ {-kt + ln [A] _0} \)	\ (\ dfrac {1} {[A] _t} = -kt + \ dfrac {1} {[A] _0} \)
Единицы измерения скорости (k):	\ (\ {mol L ^ {- 1} s ^ {- 1}} \)	\ (s ^ {- 1} \)	\ (\ {L mol ^ {- 1} s ^ {- 1}} \)
Линейный график для определения (k):	\ ([A] \) от времени	\ (\ ln [A] \) в зависимости от времени	\ (\ dfrac {1} {[A]} \) в зависимости от времени
Зависимость постоянной скорости от наклона прямой:	\ (\ {slope} = \ {-k} \)	\ (\ {slope} = \ {-k} \)	\ (\ {slope} = \ {k} \)
Период полураспада:	\ (\ dfrac {[A] _0} {2k} \)	\ (\ dfrac {\ ln2} {k} \)	\ (\ dfrac {1} {k [A] _0} \)

Примеры задач

1.Определить скорость реакции

2. ВЕРНО или НЕВЕРНО: изменение температуры или введение катализатора повлияет на константу скорости реакции.

Для примеров задач 3-6 используйте Формулу 6 , чтобы ответить на вопросы

\ [H_2O \ longrightarrow 2H_2 + O_2 \ label {6} \]

* Предположим, реакция протекает при постоянной температуре

3. Для данной реакции укажите закон скорости.

4. Укажите общий порядок реакции.

5. Найдите коэффициент при k = 1,14 x 10 ^-2 и [H ₂ O] = 2,04M

6. Найдите период полураспада реакции.

ответы

1. Скорость реакции является мерой изменения концентрации исчезновения реагентов или изменения концентрации появления продуктов в единицу времени.

2. НЕВЕРНО. Константа скорости не зависит от присутствия катализатора. Однако катализаторы могут влиять на общую скорость реакции.

3. \ (\ {Rate} = \ {k [H_2O]} \)

4. Первый — Заказ

5. 2,33 x 10 ^-2 с ^-1

6. 60,8 с ((t1 / 2 = ln 2 / k = ln 2 / 1,14 x 10 ^{-2 = 60,8 с).}

Список литературы

1. Чанг, Раймонд. (2005). Физическая химия для биологических наук . Саусалито, Калифорния: Университетские научные книги.
2. Кроу, Джонатан, Брэдшоу, Тони, МонкПол. (2006) Химия для биологических наук: основные концепции .Oxford Press.
3. Айзекс, Н.С. (1995). Physical Organic Chemistry (второе издание). Харлоу Великобритания: Эдисон Уэсли Лонгман.
4. Кеннет Коннорс. (1990). Химическая кинетика . Издательство ВЧ.
5. Левин, Ира Н. (1988). Physical Chemistry (Третье издание). McGraw-Hill Inc.
6. Сегель, Ирвин. (1993). Enzyme Kinetics . Библиотека Wiley Classics.
7. Zumdahl, Steven S. и Zumdahl, Susan A. (2003) Chemistry (шестое издание).Houghton Mifflin Co.
8. Шагури, Ричард. Химия 1A Книга лекций. 4-е изд. Публикация на заказ. 2006. Печать
.

Авторы и авторство

2.5.2: Скорость химической реакции

1. Последнее обновление

2. Сохранить как PDF

1. Введение
2. Внешние ссылки
3. Ссылки
4. Проблемы
5. Участники

Скорость химической реакции — это изменение концентрации по сравнению с изменением во времени.

Введение

Скорость химической реакции — это изменение концентрации на по сравнению с изменением на во времени и является показателем «скорости», с которой происходят химические реакции, и может быть определена с помощью двух наблюдаемых величин:

1. Скорость исчезновения реагентов \ [- \ dfrac {\ Delta [Reactants]} {\ Delta {t}} \] Обратите внимание, что это отрицательный результат, поскольку он измеряет скорость исчезновения реагентов.
2. Скорость формирования продуктов \ [\ dfrac {\ Delta {[Products]}} {\ Delta {t}} \] Это скорость формирования продуктов.

Оба они связаны сбалансированными химическими реакциями, и оба могут использоваться для измерения скорости реакции.

Коэффициент

, полученный путем взятия изменения концентрации за период времени, например: -0,3 M / 15 минут. Это приблизительная скорость реакции в интервале; это не обязательно означает, что реакция имеет эту конкретную скорость на протяжении временного интервала или даже в любой момент в течение этого времени. С другой стороны, мгновенная скорость реакции отображает более точное значение.Мгновенная скорость реакции определяется как изменение концентрации в бесконечно малом интервале времени, выраженное как предел или производное выражение выше. Мгновенную скорость можно получить из экспериментальных данных, сначала построив график концентрации системы как функции времени, а затем найдя наклон касательной в конкретной точке, которая соответствует интересующему моменту времени. В качестве альтернативы, экспериментаторы могут измерить изменение концентрации за очень короткий период времени два или более раз, чтобы получить среднюю скорость, близкую к мгновенной скорости.Скорость реакции для этого времени определяется по наклону касательных.

Ссылки

1. Petrucci et al. Общая химия: принципы и современные приложения, 9 ^th Edition . Нью-Джерси: Prentice-Hall Inc., 2007.
2. Коннорс, Кеннет. Химическая кинетика: изучение скорости реакции в растворе . Нью-Йорк: VCH Publishers, Inc., 1990.

Проблемы

1. Рассмотрим реакцию \ (2A + B \ longrightarrow C \).{-6} м / с \). Какая концентрация будет [A] через 3 минуты?
2. Рассмотрим реакцию \ (A + B \ longrightarrow C \). Скорость реакции 1,23 * 10-4. [A] изменится с 0,4321 M до 0,4444 M за какой промежуток времени?
3. Запишите скорость химической реакции относительно переменных данного уравнения. \ [2A + 3B \ rightarrow C + 2D \]
4. Верно или неверно: средняя скорость и мгновенная скорость равны друг другу.
5. Как скорость образования продукта связана со скоростью исчезновения реагентов.

Соавторы

• Альберт Лоу, Виктория Бланшар, Дональд Ле

12.1 Скорость химических реакций — Химия 2e

Задачи обучения

К концу этого раздела вы сможете:

• Определите скорость химической реакции
• Выведите выражения для скоростей из сбалансированного уравнения данной химической реакции
• Рассчитать скорость реакции по экспериментальным данным

Оценка — это мера того, как какое-то свойство изменяется со временем.Скорость — это знакомая скорость, которая выражает расстояние, пройденное объектом за заданный промежуток времени. Заработная плата — это ставка, которая представляет собой сумму денег, заработанную человеком, работающим в течение определенного времени. Точно так же скорость химической реакции является мерой того, сколько реагента потребляется или сколько продукта производится в результате реакции за заданный промежуток времени.

Скорость реакции — это изменение количества реагента или продукта в единицу времени. Поэтому скорости реакции определяют путем измерения зависимости от времени некоторого свойства, которое может быть связано с количествами реагента или продукта.Например, скорость реакций, в которых потребляются или образуются газообразные вещества, удобно определять путем измерения изменений объема или давления. Для реакций с участием одного или нескольких окрашенных веществ скорость можно контролировать путем измерения поглощения света. Для реакций с участием водных электролитов скорость можно измерить по изменению проводимости раствора.

Для реагентов и продуктов в растворе их относительные количества (концентрации) удобно использовать для целей выражения скоростей реакции.Например, концентрация перекиси водорода H ₂ O ₂ в водном растворе медленно меняется со временем, поскольку он разлагается в соответствии с уравнением:

2h3O2 (водн.) ⟶2h3O (l) + O2 (г) 2h3O2 (водн.) ⟶2h3O (l) + O2 (г)

Скорость разложения пероксида водорода можно выразить через скорость изменения его концентрации, как показано здесь:

скорость разложения h3O2 = −изменение концентрации реагента временной интервал = — [h3O2] t2− [h3O2] t1t2 − t1 = −Δ [h3O2] Δtrate of h3O2 = −изменение концентрации реагента временной интервал = — [h3O2] t2− [h3O2] t1t2 − t1 = −Δ [h3O2] Δt

Это математическое представление изменения концентрации компонентов во времени является выражением скорости реакции.Скобки указывают молярные концентрации, а символ дельта (Δ) указывает «изменение в». Таким образом, [h3O2] t1 [h3O2] t1 представляет собой молярную концентрацию пероксида водорода в определенный момент времени t ₁ ; аналогично [h3O2] t2 [h3O2] t2 представляет собой молярную концентрацию пероксида водорода в более позднее время t ₂ ; и Δ [H ₂ O ₂ ] представляет собой изменение молярной концентрации пероксида водорода в течение интервала времени Δ t (то есть t ₂ — t ₁ ).Поскольку концентрация реагента уменьшается по мере протекания реакции, Δ [H ₂ O ₂ ] является отрицательной величиной. Скорости реакции, по соглашению, являются положительными величинами, поэтому это отрицательное изменение концентрации умножается на -1. На рисунке 12.2 представлен пример данных, собранных во время разложения H ₂ O ₂ .

Рис. 12.2. Скорость разложения H ₂ O ₂ в водном растворе уменьшается с уменьшением концентрации H ₂ O ₂ .

Чтобы получить табличные результаты для этого разложения, концентрацию перекиси водорода измеряли каждые 6 часов в течение дня при постоянной температуре 40 ° C. Скорости реакции были рассчитаны для каждого временного интервала путем деления изменения концентрации на соответствующий временной интервал, как показано здесь для первого 6-часового периода:

−Δ [h3O2] Δt = — (0,500 моль / л − 1.000 моль / л) (6,00 ч − 0,00 ч) = 0,0833 моль · л − 1 час − 1 − Δ [h3O2] Δt = — (0,500 моль / л − 1.000 моль / L) (6,00 ч-0,00 ч) = 0.0833 моль · л − 1 · ч − 1

Обратите внимание, что скорости реакции меняются со временем, уменьшаясь по мере протекания реакции. Результаты за последние 6 часов дают скорость реакции:

. −Δ [h3O2] Δt = — (0,0625 моль / л − 0,125 моль / л) (24,00 ч − 18,00 час) = 0,010 моль − 1 час − 1 − Δ [h3O2] Δt = — (0,0625 моль / л − 0,125 моль / L) (24,00 ч-18,00 ч) = 0,010 моль-1 ч-1

Это поведение указывает на то, что реакция постоянно замедляется со временем. Использование концентраций в начале и в конце периода времени, в течение которого скорость реакции изменяется, приводит к вычислению средней скорости реакции за этот интервал времени.В любое конкретное время скорость, с которой протекает реакция, называется ее мгновенной скоростью. Мгновенная скорость реакции в «нулевой момент времени», когда реакция начинается, является ее начальной скоростью. Рассмотрим аналогию с автомобилем, который замедляется при приближении к знаку остановки. Начальная скорость транспортного средства — аналогичная началу химической реакции — будет показанием спидометра в момент, когда водитель начинает нажимать на тормоза ( т ₀ ). Через несколько мгновений мгновенная скорость в определенный момент — назовем ее t ₁ — будет несколько ниже, о чем свидетельствуют показания спидометра в этот момент времени.По прошествии времени мгновенная скорость будет продолжать падать, пока не достигнет нуля, когда машина (или реакция) остановится. В отличие от мгновенной скорости, средняя скорость автомобиля не отображается на спидометре; но его можно рассчитать как отношение пройденного расстояния ко времени, необходимому для полной остановки транспортного средства (Δ t ). Подобно замедляющемуся автомобилю, средняя скорость химической реакции будет находиться где-то между начальной и конечной скоростью.

Мгновенную скорость реакции можно определить одним из двух способов.Если экспериментальные условия позволяют измерять изменения концентрации в течение очень коротких интервалов времени, тогда средние скорости, вычисленные, как описано ранее, обеспечивают достаточно хорошее приближение мгновенных скоростей. В качестве альтернативы может использоваться графическая процедура, которая, по сути, дает результаты, которые были бы получены, если бы были возможны измерения с короткими временными интервалами. На графике зависимости концентрации перекиси водорода от времени мгновенная скорость разложения H ₂ O ₂ в любой момент времени t задается наклоном прямой линии, касательной к кривой в это время. (Рисунок 12.3). Эти наклоны касательной можно оценить с помощью расчетов, но процедура для этого выходит за рамки данной главы.

Рис. 12.3 На этом графике показан график зависимости концентрации от времени для 1.000 M раствора H ₂ O ₂ . Скорость в любой момент равна отрицательному значению наклона касательной к кривой в этот момент. Касательные показаны при t = 0 ч («начальная скорость») и при t = 12 часов («мгновенная скорость» через 12 часов).

Химия в повседневной жизни

Скорость реакции в анализе: тест-полоски для анализа мочи

Врачи часто используют одноразовые тест-полоски для измерения количества различных веществ в моче пациента (рис. 12.4). Эти тест-полоски содержат различные химические реагенты, встроенные в небольшие подушечки в различных местах вдоль полоски, которые меняют цвет при воздействии достаточных концентраций определенных веществ. В инструкциях по использованию тест-полосок часто подчеркивается, что правильное время считывания имеет решающее значение для получения оптимальных результатов.Такой акцент на времени считывания предполагает, что важными факторами являются кинетические аспекты химических реакций, происходящих на тест-полоске.

Тест на глюкозу в моче основан на двухэтапном процессе, представленном химическими уравнениями, показанными здесь:

C6h22O6 + O2 → катализатор C6h20O6 + h3O2C6h22O6 + O2 → катализатор C6h20O6 + h3O2 2h3O2 + 2I− → катализаторI2 + 2h3O + O22h3O2 + 2I− → катализаторI2 + 2h3O + O2

Первое уравнение описывает окисление глюкозы в моче с образованием глюколактона и перекиси водорода.Полученная перекись водорода впоследствии окисляет бесцветный ион йодида с образованием коричневого йода, который можно обнаружить визуально. Некоторые полоски содержат дополнительное вещество, которое вступает в реакцию с йодом, вызывая более отчетливое изменение цвета.

Две показанные выше тестовые реакции по своей природе очень медленные, но их скорость увеличивается за счет специальных ферментов, встроенных в подушечку для тест-полосок. Это пример катализатора , тема которого обсуждается далее в этой главе. Обычной тест-полоске для определения глюкозы в моче требуется около 30 секунд для завершения реакции формирования цвета.Слишком раннее прочтение результата может привести к заключению, что концентрация глюкозы в образце мочи ниже, чем она есть на самом деле (ложноотрицательный результат ). Слишком долгое ожидание для оценки изменения цвета может привести к ложноположительным результатам из-за более медленного (не катализируемого) окисления йодид-иона другими веществами, обнаруженными в моче.

Рис. 12.4 Тест-полоски обычно используются для определения наличия определенных веществ в моче человека. Многие тест-полоски имеют несколько подушечек, содержащих различные реагенты, что позволяет обнаруживать несколько веществ на одной полоске.(Источник: Икбал Осман)

Относительные скорости реакции

Скорость реакции может быть выражена как изменение концентрации любого реагента или продукта. Для любой данной реакции все эти выражения скорости просто связаны друг с другом в соответствии со стехиометрией реакции. Скорость общей реакции

может быть выражено через уменьшение концентрации A или увеличение концентрации B. Эти два выражения скорости связаны стехиометрией реакции:

скорость = — (1a) (ΔAΔt) = (1b) (ΔBΔt) скорость = — (1a) (ΔAΔt) = (1b) (ΔBΔt)

Рассмотрим реакцию, представленную следующим уравнением:

2Nh4 (г) ⟶N2 (г) + 3h3 (г) 2Nh4 (г) ⟶N2 (г) + 3h3 (г)

Соотношение между скоростями реакции, выраженными в единицах производства азота и потребления аммиака, например, составляет:

— Δ моль Nh4Δt × 1 моль N22 мольNh4 = ΔmolN2Δt — Δмоль Nh4Δt × 1 моль N22 мольNh4 = ΔmolN2Δt

Это может быть представлено в сокращенном формате, опуская единицы стехиометрического фактора:

−12ΔmolNh4Δt = ΔmolN2Δt − 12ΔmolNh4Δt = ΔmolN2Δt

Обратите внимание, что отрицательный знак был включен как фактор для учета противоположных знаков двух изменений количества (количество реагента уменьшается, а количество продукта увеличивается).Для гомогенных реакций и реагенты, и продукты присутствуют в одном растворе и, таким образом, занимают один и тот же объем, поэтому молярные количества могут быть заменены молярными концентрациями:

−12Δ [Nh4] Δt = Δ [N2] Δt − 12Δ [Nh4] Δt = Δ [N2] Δt

Аналогично, скорость образования H ₂ в три раза выше скорости образования N ₂ , потому что на каждый моль полученного N ₂ образуется три моля H ₂ .

13Δ [h3] Δt = Δ [N2] Δt13Δ [h3] Δt = Δ [N2] Δt

Рисунок 12.5 иллюстрирует изменение концентраций во времени разложения аммиака на азот и водород при 1100 ° C. Наклон касательных линий при t = 500 с показывает, что мгновенные скорости, полученные от всех трех частиц, участвующих в реакции, связаны их стехиометрическими факторами. Например, скорость производства водорода в три раза выше, чем скорость производства азота:

2,91 × 10–6М / с 9,70 × 10–7М / с ≈ 32,91 × 10–6М / с 9,70 × 10–7М / с ≈3 Рисунок 12.5 Изменение концентраций реагента и продуктов реакции 2Nh4⟶N2 + 3h3,2Nh4⟶N2 + 3h3. Скорости изменения трех концентраций связаны стехиометрией реакции, как показано разными наклонами касательных при t = 500 с.

Пример 12.1

Выражения для относительных скоростей реакций

Первым этапом производства азотной кислоты является сжигание аммиака: 4Nh4 (г) + 5O2 (г) ⟶4NO (г) + 6h3O (г) 4Nh4 (г) + 5O2 (г) ⟶4NO (г) + 6h3O (г)

Напишите уравнения, связывающие скорости потребления реагентов и скорости образования продуктов.

Решение

Учитывая стехиометрию этой гомогенной реакции, скорости потребления реагентов и образования продуктов составляют: −14Δ [Nh4] Δt = −15Δ [O2] Δt = 14Δ [NO] Δt = 16Δ [h3O] Δt − 14Δ [Nh4] Δt = −15Δ [O2] Δt = 14Δ [NO] Δt = 16Δ [h3O] Δt

Проверьте свои знания

Скорость образования Br ₂ составляет 6,0 × 10 ⁻⁶ моль / л / с в реакции, описываемой следующим чистым ионным уравнением: 5Br− + BrO3− + 6H + ⟶3Br2 + 3h3O5Br− + BrO3− + 6H + ⟶3Br2 + 3h3O

Напишите уравнения, связывающие скорости потребления реагентов и скорости образования продуктов.

Ответ:

−15Δ [Br−] Δt = −Δ [BrO3−] Δt = −16Δ [H +] Δt = 13Δ [Br2] Δt = 13Δ [h3O] Δt − 15Δ [Br−] Δt = −Δ [BrO3−] Δt = −16Δ [H +] Δt = 13Δ [Br2] Δt = 13Δ [h3O] Δt

Пример 12.2

Выражения для скорости реакции разложения H

₂ O ₂ График на рисунке 12.3 показывает скорость разложения H ₂ O ₂ во времени: 2h3O2⟶2h3O + O22h3O2⟶2h3O + O2

На основании этих данных, мгновенная скорость разложения H ₂ O ₂ при t = 11.1 час определяется как
3,20 × × 10 ⁻² моль / л / ч, то есть:

−Δ [h3O2] Δt = 3.20 × 10−2 моль л − 1h − 1 − Δ [h3O2] Δt = 3.20 × 10−2 моль л − 1h − 1

Какова мгновенная скорость производства H ₂ O и O ₂ ?

Решение

Стехиометрия реакции показывает, что −12Δ [h3O2] Δt = 12Δ [h3O] Δt = Δ [O2] Δt − 12Δ [h3O2] Δt = 12Δ [h3O] Δt = Δ [O2] Δt

Следовательно:

12 × 3,20 × 10–2 моль – 1 ч – 1 = Δ [O2] Δt12 × 3,20 × 10–2 моль – 1 ч – 1 = Δ [O2] Δt

и

Δ [O2] Δt = 1,60 × 10−2 моль-1 · ч − 1Δ [O2] Δt = 1.60 × 10−2моль · л − 1 · ч − 1

Проверьте свои знания

Если скорость разложения аммиака, NH ₃ , при 1150 K составляет 2,10 × × 10 ⁻⁶ моль / л / с, какова скорость образования азота и водорода?

Ответ:

1,05 × × 10 ⁻⁶ моль / л / с, N ₂ и 3,15 × × 10 ⁻⁶ моль / л / с, H ₂ .

12.1 Скорость химических реакций — Химия

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

• Определите скорость химической реакции
• Выведите выражения для скоростей из сбалансированного уравнения данной химической реакции
• Рассчитать скорость реакции по экспериментальным данным

Оценка — это мера того, как какое-то свойство изменяется со временем.Скорость — это знакомая скорость, которая выражает расстояние, пройденное объектом за заданный промежуток времени. Заработная плата — это ставка, которая представляет собой сумму денег, заработанную человеком, работающим в течение определенного времени. Точно так же скорость химической реакции является мерой того, сколько реагента потребляется или сколько продукта производится в результате реакции за заданный промежуток времени.

Скорость реакции — это изменение количества реагента или продукта в единицу времени. Поэтому скорости реакции определяют путем измерения зависимости от времени некоторого свойства, которое может быть связано с количествами реагента или продукта.Например, скорость реакций, в которых потребляются или образуются газообразные вещества, удобно определять путем измерения изменений объема или давления. Для реакций с участием одного или нескольких окрашенных веществ скорость можно контролировать путем измерения поглощения света. Для реакций с участием водных электролитов скорость можно измерить по изменению проводимости раствора.

Для реагентов и продуктов в растворе их относительные количества (концентрации) удобно использовать для целей выражения скоростей реакции.Если мы измерим концентрацию перекиси водорода, H ₂ O ₂ , в водном растворе, мы обнаружим, что она медленно изменяется со временем, поскольку H ₂ O ₂ разлагается в соответствии с уравнением:

[латекс] 2 \ text {H} _2 \ text {O} _2 (aq) \; {\ longrightarrow} \; 2 \ text {H} _2 \ text {O} (l) \; + \; \ text {O} _2 (г) [/ латекс]

Скорость разложения пероксида водорода можно выразить через скорость изменения его концентрации, как показано здесь:

[латекс] \ begin {array} {r @ {{} = {}} l} \ text {rate \; of \; разложение \; of \; H} _2 \ text {O} _2 & — \ frac { \ text {изменение \; в \; концентрация \; \; реагента}} {\ text {время \; интервал}} \\ [0.5em] & — \ frac {[\ text {H} _2 \ text {O} _2] _ {t_2} \; — \; [\ text {H} _2 \ text {O} _2] _ {t_1}} { t_2 \; — \; t_1} \\ [0.5em] & — \ frac {{\ Delta} [\ text {H} _2 \ text {O} _2]} {{\ Delta} t} \ end {array} [/ латекс]

Это математическое представление изменения концентрации компонентов с течением времени является выражением скорости для реакции. Скобки указывают молярные концентрации, а символ дельта (Δ) указывает «изменение в». Таким образом, [латекс] [\ text {H} _2 \ text {O} _2] _ {t_1} [/ latex] представляет молярную концентрацию перекиси водорода в определенный момент времени t ₁ ; аналогично, [латекс] [\ text {H} _2 \ text {O} _2] _ {t_2} [/ latex] представляет молярную концентрацию перекиси водорода в более позднее время t ₂ ; и Δ [H ₂ O ₂ ] представляет изменение молярной концентрации пероксида водорода в течение интервала времени Δ t (то есть t ₂ — t ₁ ).Поскольку концентрация реагента уменьшается по мере протекания реакции, Δ [H ₂ O ₂ ] является отрицательной величиной; мы ставим отрицательный знак перед выражением, потому что скорость реакции, по соглашению, является положительной величиной. На рисунке 1 приведен пример данных, собранных при разложении H ₂ O ₂ .

Рис. 1. Скорость разложения H ₂ O ₂ в водном растворе уменьшается с уменьшением концентрации H ₂ O ₂ .

Чтобы получить табличные результаты для этого разложения, концентрацию перекиси водорода измеряли каждые 6 часов в течение дня при постоянной температуре 40 ° C. Скорости реакции были рассчитаны для каждого временного интервала путем деления изменения концентрации на соответствующий временной интервал, как показано здесь для первого 6-часового периода:

[латекс] \ frac {- {\ Delta} [\ text {H} _2 \ text {O} _2]} {{\ Delta} t} = \ frac {- (0.500 \; \ text {mol / L} \; — \; 1.000 \; \ text {mol / L})} {(6.00 \; \ text {h} \; — \; 0.{-1} [/ латекс]

Такое поведение указывает на то, что реакция постоянно замедляется со временем. Использование концентраций в начале и в конце периода времени, в течение которого скорость реакции изменяется, приводит к вычислению средней скорости для реакции за этот интервал времени. В любое конкретное время скорость, с которой протекает реакция, известна как ее мгновенная скорость . Мгновенная скорость реакции в «нулевой момент времени», когда реакция начинается, равна ее начальной скорости .Рассмотрим аналогию с автомобилем, который замедляется при приближении к знаку остановки. Начальная скорость транспортного средства — аналогично началу химической реакции — будет показанием спидометра в момент, когда водитель начинает нажимать на тормоза ( t ₀ ). Несколько мгновений спустя мгновенная скорость в определенный момент — назовем ее t ₁ — будет несколько ниже, о чем свидетельствуют показания спидометра в этот момент времени. По прошествии времени мгновенная скорость будет продолжать падать, пока не достигнет нуля, когда машина (или реакция) остановится.В отличие от мгновенной скорости, средняя скорость автомобиля не отображается на спидометре; но его можно рассчитать как отношение пройденного расстояния ко времени, необходимому для полной остановки транспортного средства (Δ t ). Подобно замедляющемуся автомобилю, средняя скорость химической реакции будет находиться где-то между начальной и конечной скоростью.

Мгновенную скорость реакции можно определить одним из двух способов. Если экспериментальные условия позволяют измерять изменения концентрации в течение очень коротких интервалов времени, тогда средние скорости, вычисленные, как описано ранее, обеспечивают достаточно хорошее приближение мгновенных скоростей.В качестве альтернативы может использоваться графическая процедура, которая, по сути, дает результаты, которые были бы получены, если бы были возможны измерения с короткими временными интервалами. Если мы построим график зависимости концентрации перекиси водорода от времени, мгновенная скорость разложения H ₂ O ₂ в любой момент времени t будет выражена наклоном прямой линии, касательной к кривой в это время ( Фигура 2). Мы можем использовать исчисление для оценки наклона таких касательных, но процедура для этого выходит за рамки этой главы.

Рис. 2. На этом графике показан график зависимости концентрации от времени для 1.000 M раствора H ₂ O ₂ . Скорость в любой момент равна величине, противоположной наклону линии, касательной к этой кривой в этот момент. Касательные показаны при t = 0 ч («начальная скорость») и при t = 10 ч («мгновенная скорость» в это конкретное время).

Скорость реакции при анализе: тест-полоски для анализа мочи

Врачи часто используют одноразовые тест-полоски для измерения количества различных веществ в моче пациента (рис. 3).Эти тест-полоски содержат различные химические реагенты, встроенные в небольшие подушечки в различных местах вдоль полоски, которые меняют цвет при воздействии достаточных концентраций определенных веществ. В инструкциях по использованию тест-полосок часто подчеркивается, что правильное время считывания имеет решающее значение для получения оптимальных результатов. Такой акцент на времени считывания предполагает, что важными факторами являются кинетические аспекты химических реакций, происходящих на тест-полоске. {-} \; {\ xrightarrow [\ text {катализатор}] {}} \; \ текст {I} _2 \; + \; 2 \ text {H} _2 \ text {O} \; + \; \ text {O} _2 [/ latex]

Первое уравнение описывает окисление глюкозы в моче с образованием глюколактона и перекиси водорода.Полученная перекись водорода впоследствии окисляет бесцветный ион йодида с образованием коричневого йода, который можно обнаружить визуально. Некоторые полоски содержат дополнительное вещество, которое вступает в реакцию с йодом, вызывая более отчетливое изменение цвета.

Две показанные выше тестовые реакции по своей природе очень медленные, но их скорость увеличивается за счет специальных ферментов, встроенных в подушечку для тест-полосок. Это пример катализатора , тема которого обсуждается далее в этой главе. Обычной тест-полоске для определения глюкозы в моче требуется около 30 секунд для завершения реакции формирования цвета.Слишком раннее прочтение результата может привести к выводу, что концентрация глюкозы в образце мочи ниже, чем она есть на самом деле (ложноотрицательный результат ). Слишком долгое ожидание для оценки изменения цвета может привести к ложному положительному результату из-за более медленного (не катализируемого) окисления иодид-иона другими веществами, обнаруженными в моче.

Рис. 3. Тест-полоски обычно используются для определения наличия определенных веществ в моче человека. Многие тест-полоски имеют несколько подушечек, содержащих различные реагенты, что позволяет обнаруживать несколько веществ на одной полоске.(Источник: Икбал Осман)

Скорость реакции может быть выражена через изменение количества любого реагента или продукта и может быть просто получена из стехиометрии реакции. Рассмотрим реакцию, представленную следующим уравнением:

[латекс] 2 \ text {NH} _3 (g) \; {\ longrightarrow} \; \ text {N} _2 (g) \; + \; 3 \ text {H} _2 (g) [/ latex]

Стехиометрические коэффициенты, полученные из этого уравнения, могут использоваться для связи скоростей реакции таким же образом, как они используются для соответствующих количеств реагента и продукта.Соотношение между скоростями реакции, выраженными в единицах производства азота и потребления аммиака, например, составляет:

[латекс] — \; \ frac {{\ Delta} \ text {mol \; NH} _3} {{\ Delta} t} \; \ times \; \ frac {1 \; \ text {mol \; N } _2} {2 \; \ text {mol \; NH} _3} = \ frac {{\ Delta} \ text {mol \; N} _2} {{\ Delta} t} [/ latex]

Мы можем выразить это проще, не показывая единиц стехиометрического фактора:

[латекс] — \; \ frac {1} {2} \; \ frac {{\ Delta} \ text {mol \; NH} _3} {{\ Delta} t} = \ frac {{\ Delta} \ текст {mol \; N} _2} {{\ Delta} t} [/ latex]

Обратите внимание, что был добавлен отрицательный знак для учета противоположных знаков двух изменений количества (количество реагента уменьшается, а количество продукта увеличивается).Если реагенты и продукты присутствуют в одном растворе, молярные количества могут быть заменены на концентрации:

[латекс] — \; \ frac {1} {2} \; \ frac {{\ Delta} [\ text {NH} _3]} {{\ Delta} t} = \ frac {{\ Delta} [\ текст {N} _2]} {{\ Delta} t} [/ latex]

Точно так же скорость образования H ₂ в три раза превышает скорость образования N ₂ , потому что три моля H ₂ образуются за время, необходимое для образования одного моля N ₂ :

[латекс] \ frac {1} {3} \; \ frac {{\ Delta} [\ text {H} _2]} {{\ Delta} t} = \ frac {{\ Delta} [\ text {N } _2]} {{\ Delta} t} [/ latex]

На рис. 4 показано изменение концентраций во времени разложения аммиака на азот и водород при 1100 ° C.{-6} \; M / \ text {s}} \; {\ приблизительно} \; 3 [/ латекс]

Рисунок 4. На этом графике показаны изменения концентраций реагентов и продуктов во время реакции 2NH ₃ → 3N ₂ + H ₂ . Скорости изменения трех концентраций связаны их стехиометрическими факторами, как показано разными наклонами касательных при 90 · 109 t 90 · 110 = 500 с.

Пример 1

Выражения для относительных скоростей реакций
Первым шагом в производстве азотной кислоты является сжигание аммиака:

[латекс] 4 \ text {NH} _3 (g) \; + \; 5 \ text {O} _2 (g) \; {\ longrightarrow} \; 4 \ text {NO} (g) \; + \ ; 6 \ text {H} _2 \ text {O} (g) [/ latex]

Напишите уравнения, связывающие скорости потребления реагентов и скорости образования продуктов.

Раствор
Учитывая стехиометрию этой гомогенной реакции, скорости потребления реагентов и образования продуктов составляют:

[латекс] — \ frac {1} {4} \; \ frac {{\ Delta} [\ text {NH} _3]} {{\ Delta} t} = — \ frac {1} {5} \; \ frac {{\ Delta} [\ text {O} _2]} {{\ Delta} t} = \ frac {1} {4} \; \ frac {{\ Delta} [\ text {NO}]} { {\ Delta} t} = \ frac {1} {6} \; \ frac {{\ Delta} [\ text {H} _2 \ text {O}]} {{\ Delta} t} [/ latex]

Проверьте свои знания
Скорость образования Br ₂ равна 6.{+}]} {{\ Delta} t} = \ frac {1} {3} \; \ frac {{\ Delta} [\ text {Br} _2]} {{\ Delta} t} = \ frac { 1} {3} \; \ frac {{\ Delta} [\ text {H} _2 \ text {O}]} {{\ Delta} t} [/ latex]

Пример 2

Выражения скорости реакции для разложения H ₂ O ₂
График на Рисунке 2 показывает скорость разложения H ₂ O ₂ во времени:

[латекс] 2 \ text {H} _2 \ text {O} _2 \; {\ longrightarrow} \; 2 \ text {H} _2 \ text {O} \; + \; \ text {O} _2 [/ латекс]

На основании этих данных, мгновенная скорость разложения H ₂ O ₂ при t = 11.{-1} [/ латекс]

Какова мгновенная скорость производства H ₂ O и O ₂ ?

Раствор
Используя стехиометрию реакции, мы можем определить, что:

[латекс] — \ frac {1} {2} \; \ frac {{\ Delta} [\ text {H} _2 \ text {O} _2]} {{\ Delta} t} = \ frac {1} {2} \; \ frac {{\ Delta} [\ text {H} _2 \ text {O}]} {{\ Delta} t} = \ frac {{\ Delta} [\ text {O} _2]} {{\ Delta} t} [/ латекс]

Следовательно:

[латекс] \ frac {1} {2} \; \ times \; 3. {- 1} = \ frac {{\ Delta} [\ text {O} _2]} {{\ Delta} t} [/ latex]

и

[латекс] \ frac {{\ Delta} [\ text {O} _2]} {{\ Delta} t} = 1.{-1} [/ латекс]

Проверьте свои знания
Если скорость разложения аммиака, NH ₃ , при 1150 K составляет 2,10 × 10 ⁻⁶ моль / л / с, какова скорость образования азота и водорода?

Ответ:

1,05 × 10 ⁻⁶ моль / л / с, N ₂ и 3,15 × 10 ⁻⁶ моль / л / с, H ₂ .

Скорость реакции может быть выражена либо через уменьшение количества реагента, либо через увеличение количества продукта в единицу времени.Соотношения между различными выражениями скорости для данной реакции выводятся непосредственно из стехиометрических коэффициентов уравнения, представляющего реакцию.

• относительные скорости реакции для [латекса] a \ text {A} \; {\ longrightarrow} \; b \ text {B} = — \ frac {1} {a} \; \ frac {{\ Delta} [\ текст {A}]} {{\ Delta} t} = \ frac {1} {b} \; \ frac {{\ Delta} [\ text {B}]} {{\ Delta} t} [/ latex]

Химия: упражнения в конце главы

1. В чем разница между средней, начальной и мгновенной скоростью?
2. Озон разлагается до кислорода в соответствии с уравнением [латекс] 2 \ text {O} _3 (g) \; {\ longrightarrow} \; 3 \ text {O} _2 (g) [/ latex].Напишите уравнение, связывающее выражения скорости этой реакции через исчезновение O ₃ и образование кислорода.
3. В ядерной промышленности трифторид хлора используется для получения гексафторида урана, летучего соединения урана, используемого для разделения изотопов урана. Трифторид хлора получают по реакции [латекс] \ text {Cl} _2 (g) \; + \; 3 \ text {F} _2 (g) \; {\ longrightarrow} \; 2 \ text {ClF} _3 ( г) [/ латекс]. Напишите уравнение, связывающее выражения скорости этой реакции с точки зрения исчезновения Cl ₂ и F ₂ и образования ClF ₃ .
4. Исследование скорости димеризации C ₄ H ₆ дало данные, представленные в таблице:
   [латекс] 2 \ text {C} _4 \ text {H} _6 \; {\ longrightarrow} \; \ text {C} _8 \ text {H} _ {12} [/ латекс]

   Время (с)	0	1600	3200	4800	6200
   [C 4 H 6 ] ( M )	1,00 × 10 −2	5,04 × 10 −3	3.37 × 10 −3	2,53 × 10 −3	2,08 × 10 −3
   Таблица 1.

   (a) Определите среднюю скорость димеризации от 0 до 1600 с и от 1600 до 3200 с.

   (b) Оцените мгновенную скорость димеризации при 3200 с по графику зависимости времени от [C ₄ H ₆ ]. Какие единицы этой ставки?

   (c) Определите среднюю скорость образования C ₈ H ₁₂ за 1600 с и мгновенную скорость образования через 3200 с из скоростей, найденных в частях (a) и (b).

5. Исследование скорости реакции, представленной как [латекс] 2A \; {\ longrightarrow} \; B [/ latex], дало следующие данные:
   

   Время (с)	0,0	5,0	10,0	15,0	20,0	25,0	35,0
   [ A ] ( M )	1,00	0,952	0,625	0,465	0,370	0,308	0.230
   Таблица 2.

   (a) Определите среднюю скорость исчезновения A от 0,0 до 10,0 с и от 10,0 до 20,0 с.

   (b) Оцените мгновенную скорость исчезновения A через 15,0 с по графику зависимости времени от [ A ]. Какие единицы этой ставки?

   (c) Используйте скорости, найденные в частях (a) и (b), чтобы определить среднюю скорость образования B между 0.{+} (aq) \; {\ longrightarrow} \; 3 \ text {Br} _2 (aq) \; + \; 3 \ text {H} _2 \ text {O} (l) [/ latex]

   Если скорость исчезновения Br ^— ( вод. ₂ ( водн. ) в тот момент?

Глоссарий

средняя оценка

Скорость химической реакции, вычисляемая как отношение измеренного изменения количества или концентрации вещества к интервалу времени, в течение которого это изменение произошло

начальная ставка

мгновенная скорость химической реакции при т = 0 с (сразу после начала реакции)

мгновенная скорость

Скорость химической реакции в любой момент времени, определяемая наклоном касательной к графику концентрации как функции времени

скорость реакции

Мера скорости, с которой происходит химическая реакция

скорость выражения

математическое представление, связывающее скорость реакции с изменениями количества, концентрации или давления реагентов или продуктов в единицу времени

Решения

Ответы на упражнения в конце главы по химии

1.Мгновенная скорость — это скорость реакции в любой конкретный момент времени, период времени, который настолько короткий, что концентрации реагентов и продуктов изменяются на незначительную величину. Начальная скорость — это мгновенная скорость реакции, когда она начинается (когда продукт только начинает образовываться). Средняя скорость — это средняя мгновенная скорость за период времени.

3. [латекс] \ text {rate} = + \ frac {1} {2} \; \ frac {{\ Delta} [\ text {CIF} _3]} {{\ Delta} t} = — \ frac {{\ Delta} [\ text {Cl} _2]} {{\ Delta} t} = — \ frac {1} {3} \; \ frac {{\ Delta} [\ text {F} _2]} { {\ Delta} t} [/ латекс]

5.(а) средняя скорость, 0 — 10 с = 0,0375 моль л ⁻¹ с ⁻¹ ; средняя скорость, 12 — 18 с = 0,0225 моль л ⁻¹ с ⁻¹ ; (б) мгновенная скорость, 15 с = 0,0500 моль л ⁻¹ с ⁻¹ ; (c) средняя скорость образования B = 0,0188 моль л ^-1 с ^-1 ; мгновенная скорость образования B = 0,0250 моль л ⁻¹ с ⁻¹

Химия — Скорость реакции

Скорость реакции — мощный диагностический инструмент.Узнав, как быстро производятся продукты и что вызывает замедление реакции, мы можем разработать методы улучшения производства. Эта информация важна для крупномасштабного производства многих химикатов, включая удобрения, лекарства и бытовые чистящие средства.

Как мы отслеживаем скорость реакции?

Во-первых, важно понять, что такое скорость реакции. Когда происходит реакция, молекулы сталкиваются вместе с достаточной энергией для того, чтобы реагенты расщеплялись или превращались в новый вид, известный как продукт (часто существует более одного продукта).Таким образом, скорость реакции — это фактически скорость образования продукта, а также скорость, с которой расходуется реагент. Поскольку реакции требуют, чтобы молекулы преодолели определенный энергетический барьер для успешного столкновения, скорость реакции часто указывает, являются ли условия адекватными для того, чтобы это произошло. Например, низкая скорость реакции может указывать на то, что не многие столкновения происходят с силой, достаточной для разрыва химических связей реагентов, поэтому продукт не производится так быстро.Если это известно, производители могут исследовать лучший способ увеличения числа успешных столкновений молекул для увеличения выхода.

Итак, важно уметь измерять скорость реакции, но как это сделать? Было бы очень сложно контролировать производимое или используемое конкретное химическое вещество, поскольку реакции часто представляют собой запутанную смесь, но довольно часто мы можем наблюдать очевидные побочные эффекты, которые легко измерить. Например, экзотермическая реакция может выделять тепло, и мы можем отслеживать изменение температуры с течением времени.При других реакциях, таких как добавление соляной кислоты к образцу магния, образуется газообразный водород. Это вызывает шипение (шикарное слово, обозначающее пузыри!). Пузырьки можно легко подсчитать, и сравнение количества пузырьков, образовавшихся за установленное время, когда вы изменяете другой аспект реакции, такой как температура или концентрация кислоты, позволяет нам увидеть, как изменяется скорость реакции.

Еще один распространенный эксперимент A Level, с которым вы можете столкнуться, — это часы с йодом. На этот раз за реакцией следят, записывая, сколько времени нужно, чтобы увидеть изменение цвета раствора, что объясняется в видео ниже.Во избежание ложных результатов важно убедиться, что в экспериментах все одинаково, за исключением переменной, которую вы изменяете, в данном случае концентрации тиосульфата. Может помочь работа в парах: один человек нажимает на таймер, а другой запускает реакцию, так что вы можете запускать часы в одной и той же точке для каждого эксперимента.

Почему нам нужно знать скорость реакции?

Скорость реакции

Скорость уравнения реакции

Это то, что всех заставляет нервничать; уравнения! Они могут выглядеть сложными, а иногда и совершенно другим языком, но на самом деле они очень полезны.Они позволяют нам определить, какие реагенты отвечают за скорость реакции, на основе очень простых экспериментальных измерений, подобных упомянутым выше.

Во время экзамена или в классе вам может быть предоставлена ​​таблица данных, которая показывает, как изменяется скорость реакции, когда вы меняете концентрацию каждого из реагентов. Из этой информации мы можем составить уравнение ставки.

Скоростные уравнения имеют вид:

k — константа скорости.Это значение, которое говорит нам, насколько быстрой или медленной является реакция. Поскольку на скорость реакции может влиять ряд переменных, таких как температура или концентрация реагента, константа скорости также будет изменяться. Все, что находится в квадратных скобках ([]), означает, что мы имеем в виду концентрацию реагента в скобках, в данном случае концентрацию A и B. Последние две буквы, m и n, даны как степени концентрации . Числа, которые заменяют m и n, показывают, как скорость зависит от индивидуального реагента.Это известно как порядок реакции для данного вида.

Если скорость реакции не меняется при изменении концентрации A, то мы знаем, что скорость не зависит от A. В этом случае мы можем записать m как ноль и сказать, что порядок относительно A равен нулю. Все, что находится в нулевой степени, равно единице, и поэтому мы можем удалить это, поскольку мы просто умножаем остальную часть уравнения скорости на единицу. Это просто!

Для реакций первого порядка m равно единице. Поскольку A в степени 1, мы можем просто написать [A].На практике это означает, что по мере увеличения концентрации A скорость реакции будет увеличиваться в той же пропорции, например, если вы удвоите количество A, скорость также удвоится. Тот же принцип применяется к реакции второго порядка, но на этот раз m равно 2, поэтому, если вы удвоите A, у вас будет вдвое больше исходного количества A в степени 2, а 22 будет равно 4. Таким образом, если вы удвоите A, коэффициент реакции увеличится в четыре раза.

Отлично, так что готово, а как насчет B? Что ж, кстати, это то же самое, что облегчает жизнь каждому! Вас никогда не попросят заказать более двух реагентов, и если реагентов больше двух, не беспокойтесь, просто добавьте их, как вы делали с A и B.

Лабораторные признания

В подкасте «Лаборатория исповеди» исследователи рассказывают о своем лабораторном опыте в контексте практических экзаменов A Level. В этом эпизоде ​​мы рассмотрим подходящую аппаратуру для записи измерений и измерения скорости реакции с помощью методов непрерывного мониторинга и начальной скорости.

Скорость реакции в промышленности

Возможность интерпретации данных о скорости реакции необходима во многих областях производства и исследований.Одно из самых важных отраслевых приложений — это процесс Haber, который вы, возможно, изучали на GCSE или A Level. Это включает в себя преобразование газообразного азота и водорода в аммиак, а аммиак имеет широкий спектр применения — от чистящих средств до оружия. Контролируя скорости, Хабер обнаружил, что скорость реакции во многом зависит от того факта, что тройную связь в азоте действительно трудно разорвать. Он и его помощник смогли разработать катализаторы, которые позволили этому процессу протекать гораздо быстрее.Этому процессу 100 лет, но он используется до сих пор!

Следующие шаги

Эти ссылки предоставлены только для удобства и в информационных целях; они не означают одобрения или одобрения Бирмингемским университетом какой-либо информации, содержащейся на внешнем веб-сайте. Бирмингемский университет не несет ответственности за точность, законность или содержание внешнего сайта или последующих ссылок. Пожалуйста, свяжитесь с внешним сайтом для получения ответов на вопросы относительно его содержания.

Скорость химической реакции: модифицирующие факторы — Видео и стенограмма урока

Химические реакции: взгляд молекулы

Молекулы состоят из атомов, связанных вместе за счет обмена электронами. Эти связи относительно прочны, и для их разрыва требуется определенное количество энергии. Случайные столкновения и столкновения молекул друг с другом обычно не содержат достаточно энергии, чтобы разорвать эти связи и вызвать химическую реакцию. Кроме того, молекулы должны сталкиваться с правильной ориентацией.

Согласно теории столкновений, для химической реакции должно быть эффективное столкновение между реагентами. Чтобы столкновение было эффективным, оно должно соответствовать следующим двум требованиям:

• Молекулы сталкиваются с энергией, достаточной для разрыва связей
• Молекулы сталкиваются с благоприятной ориентацией

Любой фактор, влияющий на вероятность эффективного столкновения, также влияет на скорость реакции.

Температура

Вы и ваш желудок можете знать по опыту приготовления пищи, что изменение температуры реагентов влияет на скорость реакции.Обычно, если мы хотим что-то приготовить, мы это нагреваем. Когда мы не хотим, чтобы пища испортилась, мы охлаждаем ее. Вот почему на наших кухнях есть холодильники, морозильники, микроволновые печи, плиты и духовки!

Давайте подумаем, почему температура может влиять на скорость реакции … что измеряется температурой?

Температура — это измерение энергии движения внутри системы. Чем выше температура, тем больше энергии в системе. Молекулы с большей энергией, вероятно, будут более эффективно сталкиваться друг с другом, что приведет к увеличению скорости реакции.Мы могли бы подождать, пока наши яйца не приготовятся сами, но это вряд ли произойдет, пока они не испортятся. Вместо этого мы добавляем тепло, чтобы увеличить скорость реакции!

Что произойдет со скоростью реакции, если мы снизим температуру?

Понижение температуры уменьшает энергию молекул. Молекулы меньше сталкиваются, что приводит к меньшему количеству реакций. Когда мы охлаждаем пищу, чтобы сохранить ее, скорость реакции снижается. Это не дает микробам, таким как бактерии и плесень, так быстро разрушать нашу пищу, а также предотвращает разложение свежих фруктов и овощей.

Обычно скорость реакции увеличивается с повышением температуры.

Концентрация

Представьте, что вы находитесь в продуктовом магазине. Магазин почти пуст, и у вас нет проблем с путешествием по проходам. Внезапно в продуктовый магазин приходит все больше и больше людей. Довольно скоро вы едва сможете переместить свою тележку, не столкнувшись с другим человеком!

Концентрация людей в магазине только что увеличилась, что увеличивает вероятность столкновений телеги с людьми.

Путем втирания большего количества реагентов в пространство (или, альтернативно, уменьшения объема пространства) концентрация увеличивается. Реагенты чаще сталкиваются друг с другом, что увеличивает вероятность эффективного столкновения.

Если концентрация реагентов уменьшится, как изменится скорость реакции?

Чем ниже концентрация реагентов, тем ниже скорость реакции.

Как правило, чем выше концентрация реагентов, тем выше скорость реакции.

Для газовых систем того же эффекта можно добиться, изменив давление в системе.

Площадь поверхности

Давайте проведем небольшой эксперимент. Мы растворяем в соляной кислоте два куска цинка, каждый по 10 граммов. Один кусок цинка находится в идеально круглом шаре. Другой кусок цинка представляет собой тонкий лист толщиной всего в один атом. Какой цинк исчезнет быстрее? У кого будет более высокая скорость реакции?

Чем больше площадь поверхности реагента подвергается воздействию, тем быстрее будет происходить реакция.Это просто потому, что существует больше возможностей для возникновения эффективных столкновений. При более медленной реакции будет открыта меньшая площадь поверхности реагента.

Скорость реакции в зависимости от площади поверхности

На графике, сравнивающем две скорости реакции для соляной кислоты и цинка, вы заметите, что обе скорости плато ближе к концу реакции. Существует ограниченное количество поверхности, которая может реагировать, поэтому в конечном итоге скорость реакции ограничивается количеством поверхности, доступной для реакции.

Катализаторы

Некоторые реакции без катализатора протекают безнадежно медленно. Катализатор — это вещество, которое увеличивает скорость реакции, но не участвует в самой реакции. Катализатор остается без изменений.

Катализатор увеличивает скорость реакции за счет снижения количества энергии, необходимой для начала реакции. Химические катализаторы помогают правильно ориентировать реагенты и ускорять реакцию. Обычные химические катализаторы включают оксид платины или марганца (IV).

Как и площадь поверхности, скорость реакции в присутствии катализатора ограничена количеством присутствующего катализатора. Скорость катализируемой реакции будет плато.

Наши тела наполнены катализаторами, которые помогают протекать химическим реакциям. Эти биологические катализаторы состоят в основном из белка и называются ферментами .

Резюме урока

Скорость реакции — это изменение концентрации реагентов во времени или изменение концентрации продуктов во времени.Единицы измерения скорости реакции выражены в М / время.

Для того, чтобы химическая реакция произошла, должно быть эффективное столкновение между реагентами.

Для эффективного столкновения необходимо, чтобы:

• Молекулы сталкивались с энергией, достаточной для разрыва связей
• Молекулы сталкиваются с благоприятной ориентацией

На скорость реакции может влиять несколько факторов, включая концентрацию, температуру, площадь поверхности и присутствие катализатора.

Увеличение концентрации увеличивает количество эффективных столкновений.

Повышение температуры увеличивает кинетическую энергию частиц, что приводит к более эффективным столкновениям.

Увеличение площади поверхности увеличивает количество частиц, способных реагировать, увеличивая вероятность эффективных столкновений.

Добавление катализатора увеличивает скорость реакции за счет уменьшения количества энергии, необходимой для протекания реакции.

Каждый раз, когда количество эффективных столкновений увеличивается, скорость реакции увеличивается.

Результаты обучения

По завершении этого урока вы сможете:

• Определять скорость реакции и определять ее единицы измерения
• Напомним, что требуется для эффективного столкновения
• Объясните взаимосвязь между эффективными столкновениями и скоростью реакции
• Опишите факторы, влияющие на скорость реакции

Какие факторы влияют на скорость химической реакции?

Обновлено 16 февраля 2020 г.

Автор: Riti Gupta

Проверено: Lana Bandoim, B.S.

При столкновении частиц происходит химическая реакция. Если они сталкиваются в правильной ориентации и с достаточной энергией, происходит реакция. Если они не столкнутся, реакции не может быть. Поскольку реакции зависят от столкновений и энергии, факторы, влияющие на эти параметры, могут либо ускорить, либо замедлить скорость реакции.

Что влияет на скорость реакции?

Концентрация реагента : Если у вас более высокая концентрация реагента, существует большая вероятность столкновения и, следовательно, большая вероятность того, что произойдет правильное столкновение.При более низкой концентрации вероятность того, что реагенты столкнутся правильным образом с образованием продукта, не так велика. В общем, это означает, что большая концентрация означает больше столкновений в единицу времени и более высокую скорость реакции.

Температура: Кинетическая энергия, связанная с частицами, увеличивается с температурой. Таким образом, чем больше энергии у частицы, тем больше она отскакивает. Чем больше он отскакивает, тем больше вероятность столкновения с другой частицей и образования продукта.По этой причине скорость реакции сильно увеличивается с температурой. С другой стороны, она уменьшается с понижением температуры.

Давление: Чем ближе молекулы друг к другу, тем выше вероятность их столкновения. Увеличение давления увеличивает расстояние между молекулами. В результате они с большей вероятностью будут сталкиваться и реагировать. С другой стороны, снижение давления приводит к меньшему количеству столкновений и, следовательно, к более медленной скорости реакции.

Площадь поверхности: Чем больше площадь поверхности доступна для взаимодействия с другими молекулами, тем быстрее протекает реакция.Чем больше площадь поверхности, тем больше столкновений. И больше столкновений означает больше шансов на правильное столкновение.

Если твердое вещество вступает в реакцию с жидкостью, реакция будет происходить быстрее, если используются более мелкие частицы твердого вещества. Это связано с тем, что с меньшими кусками твердое тело имеет большую площадь поверхности для взаимодействия с жидкостью. Таким образом, реакция может протекать быстрее. Молекулам внутри твердого тела не нужно ждать так долго, чтобы взаимодействовать с жидкостью. Это означает, что, как правило, чем больше площадь поверхности, тем выше скорость реакции.