Скорость химических реакций факторы влияющие на скорость – «Скорость химических реакций. Факторы, влияющие на скорость химической реакции.». Скачать бесплатно и без регистрации.

Факторы, влияющие на скорость химических реакций.

1) Природа реагирующих веществ. Большую роль играет характер химических связей и строение молекул реагентов. Реакции протекают в направлении разрушения менее прочных связей и образования веществ с более прочными связями. Так, для разрыва связей в молекулах H₂ и N₂ требуются высокие энергии; такие молекулы мало реакционноспособны. Для разрыва связей в сильнополярных молекулах (HCl, H₂O) требуется меньше энергии, и скорость реакции значительно выше. Реакции между ионами в растворах электролитов протекают практически мгновенно.

 

Примеры

 

Фтор с водородом реагирует со взрывом при комнатной температуре, бром с водородом взаимодействует медленно и при нагревании.

Оксид кальция вступает в реакцию с водой энергично, с выделением тепла; оксид меди — не реагирует.

 

2)Концентрация. С увеличением концентрации (числа частиц в единице объема) чаще происходят столкновения молекул реагирующих веществ — скорость реакции возрастает.

 

Закон действующих масс (к. Гульдберг, п.Вааге, 1867г.)

 

Один из основных законов физической химии; устанавливает зависимость скорости химической реакции от концентраций реагирующих веществ и соотношение между концентрациями (или активностями) продуктов реакции и исходных веществ в состоянии химического равновесия. Норвежские учёные К. Гульдберг и П. Вааге, сформулировавшие Д. м. з. в 1864—67, назвали «действующей массой» вещества его количество в единице объёма, т. е. концентрацию, отсюда — наименование закона.

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

 Для мономолекулярной реакции

скорость реакции  определяется концентрацией молекул вещества А:

где k — коэффициент пропорциональности, который называется константой скорости реакции; [А] — молярная концентрация вещества А.

В случае бимолекулярной реакции, ее скорость определяется концентрацией молекул не только вещества А, но и вещества В:

В случае тримолекулярной реакции, скорость реакции выражается уравнением:

В общем случае, если в реакцию вступают одновременно т молекул вещества А и n молекул вещества В, т. е.

тА + пВ = С,

уравнение скорости реакции имеет вид:

. Вид уравнения определяется тем, что необходимым условием элементарного акта реакции является столкновение молекул исходных веществ, т. е. их встреча в некотором малом объёме (порядка размера молекул). Вероятность найти в данный момент в данном малом объёме молекулу А пропорциональна [А], т. е., чем больше концентрация реагирующих веществ, тем больше скорость реакции в данный момент времени.

Константа скорости реакции k зависит от природы реагирующих веществ, температуры и катализатора, а в случае жидкого раствора — также и от давления; последняя зависимость существенна лишь при высоких давлениях, но не зависит от значения концентраций реагентов.

Физический смысл константы скорости заключается в том, что она равна скорости реакции при единичных концентрациях реагирующих веществ.

Для гетерогенных реакций концентрация твердой фазы в выражение скорости реакции не входит.

 Пример

Запишите выражение закона действия масс для следующих реакций:

a) N_2(г) + 3H_2(г) = 2NH_3(г)

b) 2C_(к) + O_2(г)

= 2CO_(г)

studfiles.net

8)Скорость химической реакции и факторы, влияющие на нее. Закон действия масс, константа скорости, ее химический смысл.

Скоростью химической реакции называется количество вещества, вступающего в реакцию или образующегося при реакции за единицу времени в единице объема системы.

Основные факторы – это концентрация реагирующих веществ, температура, наличие катализатора.

Влияние концентрации. Зависимость скорости химических реакций от концентрации определяется законом действия масс, который в общем виде записывается так:

V = K Can Cвm , (2.14)

где К – коэффициент пропорциональности, называемый константой скорости реакции.

Ca и Cв – концентрации веществ а и в, участвующих в химической реакции.

n и m – стехиометрические коэффициенты.

Влияние температуры. С повышением температуры скорость реакции возрастает, что связано с увеличением константы скорости реакции. Согласно правилу Вант-Гоффа повышение температуры на 10 0 С увеличивает скорость реакции в 2-4 раза. Можно рассчитать температурный коэффициент скорости реакции:

g = Kt+10/Kt , где (2.15)

Kt+10 – константа при температуре t+10 0.

Kt – константа скорости реакции при температуре t.

Влияние катализатора. Катализатор – вещество, которое резко изменяет скорость реакции. При внесении катализатора реакция проходит через несколько промежуточных стадий, требующих меньшей энергии активации, чем прямая реакция без катализатора, что приводит к колоссальному возрастанию скорости реакции.

Медленно протекающий процесс, например реакция А + В = АВ

в присутствии катализатора К проходит в две стадии:

А + К = АК ( промежуточное соединение)

АК + В = АВ + К

Большинство каталитических реакций положительно, т. е. в присутствии катализатора их скорость возрастает. Однако встречается отрицательный катализ. В этом случае катализатор называют ингибитором. Если ингибитор тормозит процесс окисления, его называют антиоксидантом.

Гидролиз – реакция разложения сложных веществ ( белков, жиров, углеводов) до более простых под действием кислот и щелочей с присоединением молекулы воды.

Меланоидинообразование (реакция Майара) – это сложный окислительно-восстановительный процесс, включающий в себя ряд последовательно и параллельно протекающих реакций.

Сущность реакции. Низкомолекулярные продукты распада белков (пептиды, аминокислоты), содержащие свободную аминную группу (- Nh3), могут вступать в реакцию с соединениями, в состав которых входит карбонильная группа=С=О, например, с альдегидами и восстанавливающими сахарами(фруктозой, глюкозой, мальтозой), в результате чего происходит разложение как аминокислоты, так и сахара. Из аминокислоты образуются альдегид, аммиак и диоксид углерода, а из сахара-фурфурол и оксиметилфурфурол. Альдегиды придают аромат пищевым продуктам.Фурфурол и оксиметилфурфурол вступают в соединения с аминокислотами, образуя темно-окрашеные продукты, называемые меланоидинами.

Дегидратация. Одна из реакций, протекающих в процессе меланоидинообразования, связана с дегидратацией и разложением сахаров при нагревании. Она может протекать и самостоятельно под воздействием высоких температур на сахара (сахарозу, глюкозу, фруктозу), вызывая ряд их превращений. Характер этих превращений различен и зависит от условий нагревания, реакции среды и концентрации сахара. Моносахариды при нагревании в кислой или нейтральной среде дегидратируют, т.е. разлагаются с выделением одной или двух молекул воды и образованием ангидридов глюкозы. Эти соединения реакционно способны и могут соединяться друг с другом или с неизменной молекулой глюкозы и образовывать продукты конденсации ( реверсии). При длительном тепловом воздействии отщепляется третья молекула воды и образуется оксиметилфурфурол, который при дальнейшем нагревании может распадаться с разрушением углеродного скелета.

Сульфитация. При переработке плодов и овощей потемнение происходит за счет биохимических процессов и образования меланинов. Для предотвращения потемнения их сульфитируют, т.е. обрабатывают диоксидом серы или h3SO3.

При сульфитации продукта идет образование сернистой кислоты, которая является сильным восстановителем,

SO2 + h3O = h3SO3

Частично сернистая кислота переходит в серную:

h3SO3 + h3O = h3SO4 + 2H

Выделяющийся водород оказывает обесцвечивающее действие.

Органические красящие вещества всегда содержат непредельные

хромофорные группы (-С=С-), при восстановлении их h3SO3 по месту разрыва двойных связей присоединяется водород, окрашенные соединения превращаются в бесцветные лейкосоединения.Эффект обесцвечивания до 30 %.

В 1864—1867 гг. норвежские химики К. Гульдберг и П. Вааге установили химический закон действия масс (закон действующих масс).

Закон действия масс можно сформулировать так: скорость взаимодействия двух химических реагентов прямо пропорциональна их концентрациям в реакционной системе, а достижимое состояние химического равновесия зависит от скоростей прямой и обратной реакций (см. Обратимые реакции). Значит, в простом процессе A + B = C + D прямая реакция, согласно этому закону, будет идти со скоростью v1 = K1•[А]•[В], а обратная — со скоростью v2 = K2•[С]•[D]. Равновесие в системе установится тогда, когда v1=v2, и величину константы равновесия КР можно в наиболее общем виде выразить отношением:

Kр = ([С]•[D])/([А]•[В])

В этой формуле Kр — константа равновесия, Kр = К1/К2, a K1 и К2 — константы скоростей прямой и обратной реакций. Константами их называют условно: постоянное значение они сохраняют только для данной реакции и при постоянных условиях ее проведения. Они не зависят от концентрации реагентов, но изменяются с изменением температуры. Химические свойства реагентов, температура, наличие катализатора и т. д. могут сильно влиять на величины K1, К2 и Kр, а значит, на скорость химической реакции и положение равновесия в системе. Например, при химическом синтезе аммиака по уравнению:

N2 + 3h3 ←(K1/K2)→ 2Nh4

при комнатной температуре K1>K2, а при 450° С — наоборот.

Уравнение закона действия масс позволяет сделать несколько полезных выводов. Во-первых, для ускорения прямого процесса необязательно увеличивать концентрации исходных веществ А и В; вполне достаточно взять большой избыток одного из них — того, которое дешевле и проще получить. Во-вторых, чтобы уменьшить скорость обратной реакции, можно воспользоваться удалением одного из продуктов, например, испаряя его, удаляя осадок и т. д. В-третьих, поскольку константы скоростей K1 и К2 зависят от температуры, есть возможность регулировать скорости реакций с помощью нагрева, охлаждения и т. д. И наконец, самое существенное: таким же образом можно повлиять на положение химического равновесия, т. е. на выход целевого продукта.

Константа скорости реакции — является коэффициентом пропорциональности в кинетическом уравнении.

Физический смысл константы скорости реакции k следует из уравнения закона действующих масс: k численно равна скорости реакции, когда концентрации каждого из реагирующих веществ составляют 1 моль/л или их произведение равно единице. Константа скорости реакции зависит от температуры, от природы реагирующих веществ, но не зависит от их концентрации.

studfiles.net

2. Факторы, влияющие на скорость химической реакции. Физическая химия: конспект лекций

2. Факторы, влияющие на скорость химической реакции

Для гомогенных, гетерогенных реакций:

1) концентрация реагирующих веществ;

2) температура;

3) катализатор;

4) ингибитор.

Только для гетерогенных:

1) скорость подвода реагирующих веществ к поверхности раздела фаз;

2) площадь поверхности.

Главный фактор – природа реагирующих веществ – характер связи между атомами в молекулах реагентов.

Пример:

NO₂ – оксид азота (IV) – лисий хвост, СО – угарный газ, монооксид углерода.

Если их окислить кислородом, то в первом случае реакция пойдет мгновенно, стоит приоткрыть пробку сосуда, во втором случае реакция растянута во времени.

Концентрация реагирующих веществ будет рассмотрена ниже.

Пример:

Голубая опалесценция свидетельствует о моменте выпадения серы, чем выше концентрация, тем скорость выше.

Рис. 10

Чем больше концентрации Na₂S₂O₃, тем меньше времени идет реакция. На графике (рис. 10) изображена прямо пропорциональная зависимость. Количественная зависимость скорости реакции от концент-рации реагирующих веществ выражается ЗДМ (законом действующих масс), который гласит: скорость химической реакции прямо пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ.

Итак, основным законом кинетики является установленный опытным путем закон: скорость реакции пропорциональна концентрации реагирующих веществ, пример: (т.е. для реакции)

Для этой реакции Н₂ + J₂ = 2НJ – скорость можно выразить через изменение концентрации любого из веществ. Если реакция протекает слева направо, то концентрация Н₂ и J₂ будет уменьшаться, концентрация НJ – увеличиваться по ходу реакции. Для мгновенной скорости реакций можно записать выражение:

квадратными скобками обозначается концентрация.

Физический смысл k– молекулы находятся в непрерывном движении, сталкиваются, разлетаются, ударяются о стенки сосуда. Для того, чтобы произошла химическая реакция образования НJ, молекулам Н₂ и J₂ надо столкнуться. Число же таких столкновений будет тем больше, чем больше молекул H₂ и J₂ содержится в объеме, т. е. тем больше будут величины [Н₂] и [J₂]. Но молекулы движутся с разными скоростями, и суммарная кинетическая энергия двух сталкивающихся молекул будет различной. Если столкнутся самые быстрые молекулы Н₂ и J₂, энергия их может быть такой большой, что молекулы разобьются на атомы йода и водорода, разлетающиеся и взаимодействующие затем с другими молекулами Н₂ + J₂?2H+2J, далее будет H + J₂?HJ + J. Если энергия сталкивающихся молекул меньше, но достаточно велика для ослабления связей H – H и J – J, произойдет реакция образования йодоводорода:

У большинства же сталкивающихся молекул энергия меньше необходимой для ослабления связей в Н₂ и J₂. Такие молекулы «тихо» столкнутся и также «тихо» разойдутся, оставшись тем, чем они были, Н₂ и J₂. Таким образом, не все, а лишь часть столкновений приводит к химической реакции. Коэффициент пропорциональности (k) показывает число результативных, приводящих к реакции соударений при концентрациях [Н₂] = [J₂] = 1моль. Величина k– const скорости. Как же скорость может быть постоянной? Да, скоростью равномерного прямолинейного движения называют постоянную векторную величину, равную отношению перемещения тела за любой промежуток времени к значению этого промежутка. Но молекулы движутся хаотически, тогда как же может быть скорость – const? Но постоянная скорость может быть только при постоянной температуре. С ростом температуры увеличивается доля быстрых молекул, столкновения которых приводят к реакции, т. е. увеличивается константа скорости. Но увеличение константы скорости не безгранично. При какой-то температуре энергия молекул станет столь большой, что практически все соударения реагентов будут результативными. При столкновении двух быстрых молекул будет происходить обратная реакция.

Настанет такой момент, когда скорости образования 2НJ из Н₂ и J₂ и разложения будут равны, но это уже химическое равновесие. Зависимость скорости реакции от концентрации реагирующих веществ можно проследить, пользуясь традиционной реакцией взаимодействия раствора тиосульфата натрия с раствором серной кислоты.

Na₂S₂O₃ + H₂SO₄ = Na₂SO₄ + H₂S₂O₃, (1)

H₂S₂O₃ = S?+H₂O+SO₂?. (2)

Реакция (1) протекает практически мгновенно. Скорость реакции (2) зависит при постоянной температуре от концентрации реагирующего вещества H₂S₂O₃. Именно эту реакцию мы наблюдали – в этом случае скорость измеряется временем от начала сливания растворов до появления опалесценции. В статье Л. М. Кузнецовой описана реакция взаимодействия тиосульфата натрия с соляной кислотой. Она пишет, что при сливании растворов происходит опалесценция (помутнение). Но данное утверждение Л. М. Кузнецовой ошибочно так как опалесценция и помутнение – это разные вещи. Опалесценция (от опал и латинского escentia – суффикс, означающий слабое действие) – рассеяние света мутными средами, обусловленное их оптической неоднородностью. Рассеяние света – отклонение световых лучей, распространяющихся в среде во все стороны от первоначального направления. Коллоидные частицы способны рассеивать свет (эффект Тиндаля – Фарадея) – этим объясняется опалесценция, легкая мутноватость коллоидного раствора. При проведении этого опыта надо учитывать голубую опалесценцию, а затем коагуляцию коллоидной суспензии серы. Одинаковую плотность суспензии отмечают по видимому исчезновению какого-либо рисунка (например, сетки на дне стаканчика), наблюдаемого сверху через слой раствора. Время отсчитывают по секундомеру с момента сливания.

Растворы Na₂S₂O₃ x 5H₂O и H₂SO₄.

Первый готовят путем растворения 7,5 г соли в 100 мл H₂O, что соответствует 0,3 М концентрации. Для приготовления раствора H₂SO₄ той же концентрации отмерить надо 1,8 мл H₂SO₄(к), ? = = 1,84 г/см³ и растворить ее в 120 мл H₂O. Приготовленный раствор Na₂S₂O₃ разлить в три стакана: в первый – 60 мл, во второй – 30 мл, в третий – 10 мл. Во второй стакан добавить 30 мл H₂O дистиллированной, а в третий – 50 мл. Таким образом, во всех трех стаканах окажется по 60 мл жидкости, но в первом концентрация соли условно = 1, во втором – Ѕ, а в третьем – 1/6. После того, как будут подготовлены растворы, в первый стакан с раствором соли прилейте 60 мл раствора H₂SO₄ и включите секундомер, и т. д. Учитывая, что скорость реакции падает с разбавлением раствора Na₂S₂O₃, ее можно определить как величину, обратно пропорциональную времени v = 1/? и построить график, отложив на оси абсцисс концентрацию, а на оси ординат – скорость реакции. Из этого вывод – скорость реакции зависит от концентрации веществ. Полученные данные занесены в таблицу 3. Можно этот опыт выполнить с помощью бюреток, но это требует от выполняющего большой практики, потому что график бывает неправильным.

Таблица 3

Скорость и время реакции

Подтверждается закон Гульдберга-Вааге – профессора химии Гульдерга и молодого ученого Вааге).

Рассмотрим следующий фактор – температуру.

При увеличении температуры скорость большинства химических реакций повышается. Эта зависимость описана правилом Вант-Гоффа: «При повышении температуры на каждые 10 °C скорость химических реакций увеличивается в 2 – 4 раза».

где ? – температурный коэффициент, показывающий, во сколько раз увеличивается скорость реакции при повышении температуры на 10 °C;

v₁ – скорость реакции при температуре t₁;

v₂ – скорость реакции при температуре t₂.

Например, реакция при 50 °С протекает за две минуты, за сколько времени закончится процесс при 70 °С, если температурный коэффициент ?= 2?

Решение:

t₁ = 120 с = 2 мин; t₁ = 50 °С; t₂ = 70 °С.

Даже небольшое повышение температуры вызывает резкое увеличение скорости реакции активных соударений молекулы. Согласно теории активации, в процессе участвуют только те молекулы, энергия которых больше средней энергии молекул на определенную величину. Эта избыточная энергия – энергия активации. Физический смысл ее – это та энергия, которая необходима для активного столкновения молекул (перестройки орбиталей). Число активных частиц, а следовательно, скорость реакции возрастает с температурой по экспоненциальному закону, согласно уравнению Аррениуса, отражающему зависимость константы скорости от температуры

где А – коэффициент пропорциональности Аррениуса;

k– постоянная Больцмана;

Е_А – энергия активации;

R – газовая постоянная;

Т– температура.

Катализатор – вещество, ускоряющее скорость реакции, которое само при этом не расходуется.

Катализ – явление изменения скорости реакции в присутствии катализатора. Различают гомогенный и гетерогенный катализ. Гомогенный – если реагенты и катализатор находятся в одном агрегатном состоянии. Гетерогенный – если реагенты и катализатор в различных агрегатных состояниях. Про катализ см. отдельно (дальше).

Ингибитор – вещество, замедляющее скорость реакции.

Следующий фактор – площадь поверхности. Чем больше поверхность реагирующего вещества, тем больше скорость. Рассмотрим на примере влияние степени дисперсности на скорость реакции.

CaCO₃ – мрамор. Плиточный мрамор опустим в соляную кислоту HCl, подождем пять минут, он растворится полностью.

Порошкообразный мрамор – с ним проделаем ту же процедуру, он растворился через тридцать секунд.

Уравнение обоих процессов одинаково.

CaCO₃(тв) + HCl(г) = CaCl₂(тв) + H₂O(ж) + CO₂(г) ?.

Итак, при добавлении порошкообразного мрамора время меньше, чем при добавлении плиточного мрамора, при одинаковой массе.

С увеличением поверхности раздела фаз скорость гетерогенных реакций увеличивается.

Поделитесь на страничке

Следующая глава >

fis.wikireading.ru

Скорость химических реакций. Факторы, влияющие на скорость химических реакций

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

«Средняя общеобразовательная школа №17» г. Брянска

Тема урока:

«Скорость химических реакций.

Факторы, влияющие на скорость химических реакций».

Разработала:

Кадыкова Татьяна Ярославна

Учитель высшей категории

Брянск

2013-2014 учебный год

— Что изучает химия?

— Что такое химическая реакция?

Ежесекундно во всем мире их протекает бесчисленное множество. (Фрагмент видеофильма «Скорость химической реакции»). Взрыв динамита — это реакция – «молния». Есть и реакции «черепахи». Если в стеклянном сосуде смешать два газа – Н₂ и О_2, сосуд может стоять сколько угодно: день, месяц, год. Похоже, что Н₂ не соединяется с О₂. Да нет, соединяется, но только очень медленно. 
— Мы сегодня будем изучать процессы, нас окружающие, и рассмотрим, как они протекают. (Демонстрирую два простых опыта. При этом прошу учащихся поднять руки, если они увидят признаки химической реакции. В две пробирки наливаю раствор медного купороса. В первую кладу гвоздь (поднятых рук еще нет), а во вторую приливаю раствор гидроксида натрия (сразу появляются руки). Прошу записать на доске уравнение данного химического процесса. После этого возвращаемся к первой пробирке, где уже видны признаки химической реакции, уравнение которой также записывается на доске).

-Чем отличаются эти два процесса?

(скоростью).

— Что же мы будем сегодня изучать?

(скорость химических реакций).

Презентация. (Слайд 2).Тема урока: «Скорость химических реакций. Факторы, влияющие на скорость химической реакции».

— Какова цель урока?

(сформировать понятие скорости химической реакции)

-Каковы задачи урока? (Слайд 3).

1. изучить факторы, влияющие на скорость химической реакции;

2. уметь объяснить влияние каждого фактора;

3. выяснить значение знания скорости химической реакции;

4. продолжить обработку навыков работы с лабораторным оборудованием, реактивами;

5. продолжить формирование у учащихся исследовательских навыков: проведение экспериментов, наблюдение, обобщения, умение делать выводы;

6. формировать у учащихся интеллектуальные умения: сравнивать, обобщать, анализировать;

7. умение слышать партнера, уважать чужое мнение. 

  — Как определить скорость движения автомобиля? (Слайд 4).

— Как определить скорость химической реакции? (Слайд 5).

1. Понятие скорости реакции для гомогенных и гетерогенных систем

Скорость химической реакции измеряется изменением количества вещества одного из реагентов или продуктов реакции в единицу времени в единице объёма для гомогенных систем или на единицу поверхности для гетерогенных систем.

Для гомогенных систем, для которых реакция происходит во всем объёме системы, скорость химической реакции определяется следующим уравнением: 

скорость химической реакции

—изменение количества вещества

V-объём системы

— интервал времени, в котором определяют скорость реакции

Отношение ± ∆n / V — это молярная концентрация вещества. И тогда ± ∆с .  Для гомогенных систем скорость реакции выражается в    

(Слайд 6). Для гетерогенных систем, в которых реакция протекает на границе раздела фаз,  уравнение для определения скорости химической реакции будет такое:

S – площадь поверхности раздела фаз, на которой идет химическая реакция.

Скорость реакции величина положительная, поэтому знак ± перед формулой дает возможность выбора. Ставится (+), если скорость реакции определяется по изменению количества продукта реакции.

Ставится (-), если скорость реакции определяется по изменению количества исходного вещества.

Для гетерогенных систем скорость реакции выражается в    

Раздел химии, в котором изучаются скорости химических реакций, называется химической кинетикой.

(Слайд 7). Химическая реакция происходит в результате столкновения частиц реагирующих веществ. Но не всякое столкновение частиц приводит к образованию продуктов реакции. Если при столкновении частицы не обладают достаточной энергией, то столкновение будет неэффективным. Такое столкновение называют упругим. Оно подобно столкновению бильярдных шаров. Если энергия частиц будет достаточно высока, то столкновение будет эффективным и произойдёт химическая реакция.

— Что необходимо для того, чтобы прошла химическая реакция? 

(Слайд 8). Лабораторный опыт.

Iгруппа.

 
Карточка. Природа реагирующих веществ. 

1.Налейте в три пробирки раствор соляной кислоты HCl.

2.В первую пробирку положите гранулу магния, во вторую – гранулу цинка, в 3-ю — гранулу алюминия. Что наблюдаете? Какая из реакций самая быстрая?

3.Напишите уравнения протекающих реакций.

4.Сделайте вывод.

IIгруппа.  

Карточка. Концентрация реагирующих веществ.

 
1.В 2пробирки прилейте одинаковые объёмы раствора хлорида железа(ш).

2.В одну пробирку добавьте раствор KCNS концентрацией 1:2, а в другую пробирку такой же объем раствора KCNS концентрацией 1:20. Что наблюдаете?

3.Напишите уравнения протекающих реакций.

4.Сделайтевывод.

IIIгруппа. 

Карточка. Площадь соприкосновения.

 
1.Поместите в первую пробирку кусочек мрамора, а во вторую – измельчённый мрамор.

2.Прилейте в обе пробирки одинаковые объёмы раствора соляной кислоты. Что наблюдаете?

3.Напишите соответствующие уравнения реакций.

4.Сделайте вывод.

IV группа.  

Карточка. Температура. 

1.В две пробирки с Zn прилейте разбавленную серную кислоту.

2.Одну пробирку осторожно подогрейте. Что наблюдаете?

3. Напишите уравнение реакции.

4.Сделайте вывод.

V группа.  

Карточка. Добавление специальных веществ. 

1.В две пробирки налейте пероксид водорода H₂О₂.

2. В одну добавьте MnO₂. Что наблюдаете?

3. Поднесите тлеющую лучинку к отверстию пробирки. Что наблюдаете?

4. Изменился ли оксид марганца после проведения реакции?

Какова его роль? Сделайте вывод. Напишите уравнение реакции.

После обсуждения в группах, сделав выводы, учащиеся сообщают о своем решении всему классу. Учитель добавляет сведения о каждом факторе (энергия активации, образование промежуточного соединения с катализатором, имеющим меньшую энергию активации, ингибиторах). 

(Слайд 9). 2. Факторы, влияющие на скорость химической реакции

Скорость однотипных реакций зависит:

От участвующих в ней веществ.

Количество реагирующих веществ.

Для гомогенных реакций, при увеличении концентрации реагирующих веществ, скорость реакции возрастает, потому что с увеличением концентрации реагентов, возрастает число частиц реагирующих веществ в единице объёма, а, следовательно, увеличивается число столкновений между ними.

Для гетерогенных реакций, которые проходят на поверхности раздела фаз, на скорость реакции оказывает влияние

Площадь реакционной поверхности. Чем больше площадь, тем выше скорость реакции.

В случае твердых веществ, увеличение поверхности достигается за счет увеличения измельчения вещества.

Температура.

Правило Вант-Гоффа. При увеличении температуры на каждые 10 градусов, скорость химической реакции увеличивается в 2-4 раза. Это правило можно записать в виде уравнения таким образом:

,

 

где Т₂

— скорость реакции при температуре Т₁

температурный коэффициент реакции, который показывает, во сколько раз возрастает скорость реакции при увеличении температуры на 10 градусов.

Но при этом уравнение  Вант-Гоффа верно не во всех случаях. Оно не соблюдается в случае высоких температур, в случае очень быстрых или очень медленных реакций.

Многие химические процессы идут только при участии некоторых веществ, которые называются катализаторы.

Катализаторы — это вещества, которые ускоряют химические реакции, активно участвуют в них, но сами в итоге не расходуются. Реакции, идущие под действием катализаторов, называют каталитическими.

Ингибиторы — это вещества, которые замедляют скорость химической реакции.

Явление ускорения химической реакции называется  катализом, а замедления —ингибирование.

Катализ  называется гомогенный, если катализатор находится в одном агрегатном состоянии с реагирующими веществами. Гомогенные катализаторы применяются сравнительно редко, потому что после проведения реакции нужно отделить катализаторы от продуктов реакции. И эта операция заметно увеличивает стоимость всего процесса.

Гетерогенный катализ — это вид катализа, при котором катализатор образует самостоятельную фазу и реакция идет на его поверхности. В гетерогенном катализе часто используют металлы или оксиды металлов. Гетерогенно-каталитическими являются процессы синтеза аммиака на железном катализаторе, окисления SO₂ в SO₃ на платиновом или ванадиевом катализаторе и др. Одним из неорганических катализаторов является платина, с помощью которой можно провести многие реакции. Но главный недостаток платины — её очень высокая стоимость. Гетерогенный катализ может быть ускорен или ослаблен действием промоторов или каталитических ядов. Механизм действия катализатора.

— Что же ускоряет биохимические процессы в клетках живых организмов?

(Ферменты).

Ферменты, их роль в биохимическом процессе –сообщение подготовить

Подведение итога урока.

-Какое значение имеет знание вопроса о скорости химической реакции?

(Слайд 10). Знание вопроса о скорости химической реакции имеет большое теоретическое и практическое значение: позволяет управлять химической реакцией и правильно планировать химические производства. Отвечает на вопрос: как замедлить вредные реакции и ускорить полезные?

Закрепление полученных знаний.

Тесты для  самопроверки знаний (3 мин)

Вариант 1

Вариант 2

1. Скорость химической реакции измеряется в

а) моль  л  с                в) моль  л/ с

б)  моль/ л  с               г) л  моль

1. Скорость химической реакции измеряется в

а) моль  л  с                в) моль/ л  с              

б)  моль  л/ с               г) л  моль

2. Растворение цинка в соляной кислоте будет происходить быстрее  при

а) увеличении концентрации кислоты

б) понижении температуры

в) раздроблении цинка

г) разбавлении кислоты

2. Растворение цинка в соляной кислоте будет замедляться

а) увеличении концентрации кислоты

б) понижении температуры

в) раздроблении цинка

г) разбавлении кислоты

3. При комнатной температуре с наименьшей скоростью протекает реакция

а) Zn с 10%-ной НСl;

б) Zn с 5%-ной НСl;

в) Zn с 2%-ной НСl;

г) Zn c 0,l%-ной HCl

3. При комнатной температуре с наименьшей скоростью протекает реакция

а) гранулированный Zn с 2%-ной H₂SO₄;

б) порошок Zn с 2%-ной H₂SO₄;

в) гранулированный Zn с 10%-ной H₂SO₄;

г) порошок Zn с 10%-ной H₂SO₄

4. При комнатной температуре с наибольшей скоростью протекает реакция между

а) Сu и О₂;

б) СuО и Н₂;

в) раствором CuSO₄ и раствором КОН;

г) СuО и разбавленной H₂SO₄

4. При комнатной температуре с наибольшей скоростью протекает реакция между

а) раствором Са(ОН)₂ и СО₂;

б) Р и О₂;

в) раствором NaOH и раствором НС1;

г)Mg и H₂O

Список используемой литературы:

1)Г.Е.Рудзитис Ф.Г.Фельдман «Химия. Неорганическая химия». Учебник для образовательных учреждений. 9 класс. Москва «Просвещение»2009г.

2) Г.Е.Рудзитис Ф.Г.Фельдман «Химия. Общая химия». Учебник для образовательных учреждений. 11 класс. Москва «Просвещение»2009г.

3)Г.П.Хомченко И.Г.Хомченко «Задачи по химии для поступающих в ВУЗы». Москва «Высшая школа» 1994г.

infourok.ru

Факторы, влияющие на скорость химических реакций

Природа реагирующих веществ.Большую роль играет характер химических связей и строение молекул реагентов. Реакции протекают в направлении разрушения менее прочных связей и образования веществ с более прочными связями. Так, для разрыва связей в молекулахH₂иN₂требуются высокие энергии; такие молекулы мало реакционноспособны. Для разрыва связей в сильнополярных молекулах (HCl, H₂O) требуется меньше энергии, и скорость реакции значительно выше. Реакции между ионами в растворах электролитов протекают практически мгновенно.

Пример

Фтор с водородом реагирует со взрывом при комнатной температуре, бром с водородом взаимодействует медленно и при нагревании. Оксид кальция вступает в реакцию с водой энергично, с выделением тепла; оксид меди — не реагирует.

Концентрация.С увеличением концентрации (числа частиц в единице объема) чаще происходят столкновения молекул реагирующих веществ — скорость реакции возрастает.

Закон действующих масс (к. Гульдберг, п.Вааге, 1867г.)

Один из основных законов физической химии; устанавливает зависимость скорости химической реакции от концентраций реагирующих веществ и соотношение между концентрациями (или активностями) продуктов реакции и исходных веществ в состоянии химического равновесия. Норвежские учёные К. Гульдберг и П. Вааге, сформулировавшие Д. м. з. в 1864—67, назвали «действующей массой» вещества его количество в единице объёма, т. е. концентрацию, отсюда — наименование закона.

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

 Для мономолекулярной реакциискорость реакции определяется концентрацией молекул вещества А:

где k— коэффициент пропорциональности, который называетсяконстантой скоростиреакции; [А] — молярная концентрация вещества А.

В случае бимолекулярной реакции, ее скорость определяется концентрацией молекул не только вещества А, но и вещества В

.

В случае тримолекулярной реакции,скорость реакции выражается уравнением.

В общем случае, если в реакцию вступают одновременно тмолекул вещества А и n молекул вещества В, т. е.

тА + пВ = С,

уравнение скорости реакции имеет вид

Вид уравнения определяется тем, что необходимым условием элементарного акта реакции является столкновение молекул исходных веществ, т. е. их встреча в некотором малом объёме (порядка размера молекул). Вероятность найти в данный момент в данном малом объёме молекулу А пропорциональна [А], т. е., чем больше концентрация реагирующих веществ, тем больше скорость реакции в данный момент времени. Константа скорости реакции kзависит от природы реагирующих веществ, температуры и катализатора, а в случае жидкого раствора — также и от давления; последняя зависимость существенна лишь при высоких давлениях, но не зависит от значения концентраций реагентов.

Физический смысл константы скоростизаключается в том, что она равна скорости реакции при единичных концентрациях реагирующих веществ.

Для гетерогенных реакций концентрация твердой фазы в выражение скорости реакции не входит.

 Пример

Запишите выражение закона действия масс для следующих реакций:

a) N_2(г) + 3H_2(г) = 2NH_3(г);

b) 2C_(к) + O_2(г) = 2CO_(г).

studfiles.net

Факторы, влияющие на скорость химической реакции

Скорость химической реакции зависит от природы реагирующих веществ и условий протекания реакции: концентрации с, температуры />t/> , />присутствия катализаторов, а также от некоторых других факторов (например, от давления — для газовых реакций, от измельчения — для твердых веществ, от радиоактивного облучения)./>

Влияние концентраций реагирующих веществ. />Чтобы осуществля­лось химическое взаимодействие веществ А и В, их молекулы (части­цы) должны столкнуться. Чем больше столкновений, тем быстрее протекает реакция. Число же столкновений тем больше, чем выше концентрация реагирующих веществ. Отсюда на основе обширного экспериментального материала сформулирован основной за­кон химической кинетики, устанавливающий зависимость скорости реакции от концентрации реагирующих веществ:/>

Cкорость  химической реакции  пропорциональна произведению  концентра­ций реагирующих веществ.

Для реакции (/> I/> ) этот закон выразится уравнением/>

v/> = />kc_A/> />c_B/> , />      (1)/>

где с_А  и с_В   — концентрации веществ А и В, моль/л; />k/> — />коэффициент/> пропорциональности, называемый константой скорости реакции. Основной закон химической кинетики часто называют законом действующих масс./>

Из уравнения (1) нетрудно установить физический смысл константы скорости />k/> : она численно равна скорости реакции, когда концентрации каждого из реагирующих веществ сос­тавляют 1 моль/л или когда их произведение равно единице./>

Константа скорости реакции />k/> />зависит от природы реагирующих веществ и от температуры, но не зависит от их концентраций./>

Уравнение (1), связывающее скорость реакции с концентрацией реагирующих веществ, называется кинетическим уравнением реакции. Если опытным путем определено кинетическое уравнение реакции, то с его помощью можно вычислять скорости при других концентрациях тех же реагирующих веществ./>

Влияние температуры/> ./>

Зависимость скорости реакции от температу­ры определяется правилом Вант-Гоффа:/>

При повышении температуры на каждые 10^о скорость большинства реакций увеличивается в 2-4 раза.

Математически эта зависимость выражается соотношением/>

 />

v_t/>/> _2/> = />v_t/> _1/> γ/>  , />

где />v_t/> _1/>/>, />v_t/> _2/> —  />скорости реакции  соответственно при  начальной  (/> t/> _1/> ) и конечной (/> t/> _2/> ) температурах, а />γ/> — />температурный коэффициент скоро­сти реакции, который показывает, во сколько раз увеличивается ско­рость реакции с повышением температуры реагирующих веществ на 10°./>

Правило Вант-Гоффа является приближенным и применимо лишь для ориентировочной оценки влияния температуры на скорость реак­ции. Температура влияет на скорость химической реакции, увеличивая константу скорости./>

www.himhelp.ru

Факторы, влияющие на скорость химических реакций

Скорость реакции зависит от природы и концентрации реагирующих веществ, температуры, давления, присутствия катализатора и его свойств, степени измельчения твердой фазы, от облучения квантами света и других факторов.

1. Природа реагирующих веществ. Под природой реагирующих веществ понимают природу химической связи в молекулах реагентов и ее прочность. Разрыв связей и образование новых связей определяют величину константы скорости, и, тем самым, влияют на процесс протекания реакции.

Величина энергии активации является тем фактором, посредством которого сказывается влияние природы реагирующих веществ на скорость реакции: если энергия активации мала, то скорость такой реакции большая, например, все реакции ионного обмена протекают практически мгновенно, очень велики скорости реакций с участием радикалов; если энергия активации велика, то скорость такой реакции мала, например, это многие реакции между веществами с ковалентными химическими связями, между газообразными веществами.

2. Концентрация реагирующих веществ. Количественную характеристику зависимости скорости реакции от концентрации устанавливаетзакон действующих масс(Гульдберг и Вааге, 1867г.):скорость химической реакции прямо пропорциональна концентрации реагирующих веществ, возведенных в степени, равные стехиометрическим коэффициентам в уравнении реакции.

Для реакции аА + bВ =сС +dDматематическое выражение закона действующих масс имеет вид:

υ =k·[А]^а ·[ В]^b илиυ =k·С_А^а ·С_В^b ,

где v– скорость химической реакции;[А],[В] илиС_А,С_В – молярные концентрации реагирующих веществ; а,b– стехиометрические коэффициенты реагирующих веществ; k– коэффициент пропорциональности.

Подобные выражения называют кинетическими уравнениями реакций. Коэффициент пропорциональности k в кинетическом уравнении называютконстантой скорости. Константа скорости численно равна скорости реакции при концентрациях реагирующих веществ 1 моль/л;kзависит от природы реагирующих веществ, температуры, способа выражения концентрации, но не зависит от величины концентрации реагирующих веществ.

Для гетерогенных реакций концентрации твердых веществ в уравнение скорости не включаются,так как реакция идет только на поверхности раздела фаз. Например, кинетическое уравнение реакции горения угля С(тв)+О₂(г)=СО₂(г) будет иметь вид :υ =k·[О₂].

Сумма показателей степеней концентраций реагентов в кинетическом уравнении реакции называется порядком химической реакции. Порядок по данному веществу (частный порядок) определяется как показатель степени при концентрации этого вещества. Например, общий порядок реакции: H₂+ I₂= 2HI равен двум, частные порядки по водороду и по иоду равны единице, т.к.υ=k· [H₂] · [I₂].

3. Температура. Зависимость скорости реакции от температуры выражаетсяправилом Вант-Гоффа(1884г.):при повышении температуры на каждые десять градусов скорость реакции возрастает примерно в 2 — 4 раза. Математическое выражение правила Вант-Гоффа:

υ ₂ = υ ₁· γ ^∆t/10

где υ ₁иυ ₂ – скорость реакции приt₁ иt₂;∆t=t₂ –t₁; γ – температурный коэффициент, показывающий, во сколько раз увеличивается скорость реакции при повышении температуры на 10 ºС.

Зависимость константы скорости реакции от температуры выражается уравнением Аррениуса (1889г.):

k = A· е ^{– Е/RT}

где Е – энергия активации, кал/моль; Дж/моль; е – основание натурального логарифма; А – постоянная, не зависящая от температуры; R– газовая постоянная.

Влияние температуры на скорость реакции объясняется тем, что при повышении температуры резко (в геометрической прогрессии) возрастает число активных молекул.

4. Поверхность реагирующих веществ и давление.Вгетерогенныхреакцияхвзаимодействие веществ происходит на поверхности раздела фаз, ичем больше площадь этой поверхности, тем выше скорость реакции. В данном случае увеличение поверхности соприкосновения соответствует увеличению концентрации реагирующих веществ.

На скорость реакций с участием газообразных веществ, влияет изменениедавления. Уменьшение или увеличение давления приводит к соответствующим изменениям объема, а поскольку количества веществ при этом не изменяются, будут изменяться концентрации реагирующих веществ.

5. Катализ.Одним из методов ускорения химической реакции является катализ, который осуществляется при помощи введения катализаторов, увеличивающих скорость реакции, но не расходующихся в результате ее протекания. Механизм действия катализатора сводится к уменьшению энергии активации реакции, т.е. к уменьшению разности между средней энергией активных молекул и средней энергией молекул исходных веществ. Скорость химической реакции при этом увеличивается. Как правило, термин «катализатор» применяют к тем веществам, которые увеличивают скорость химической реакции. Вещества, которые уменьшают скорость реакции, называютингибиторами.

Катализаторы принимают самое непосредственное участие в процессе, но по окончании его могут быть выделены из реакционной смеси в исходном количестве. Для катализаторов характерна селективность, т.е. способность влиять на прохождение реакции в определённом направлении, поэтому из одних и тех же исходных веществ могут быть получены различные продукты в зависимости от используемого катализатора.

Особое место занимают биокатализаторы – ферменты, представляющие собой белки. Ферменты оказывают влияние на скорости строго определенных реакций, т. е. обладают очень высокой селективностью. Ферменты ускоряют реакции в миллиарды и триллионы раз при комнатной температуре. При повышенной температуре они теряют свою активность, так как происходит денатурация белков.

Различают два типа катализа: гомогенный катализ, когда катализатор и исходные вещества находятся в одной фазе, игетерогенный, когда катализатор и исходные вещества находятся в разных фазах, т.е. реакции протекают на поверхности катализатора. Катализатор не влияет на состояние равновесия в системе, а лишь изменяет скорость, с которой достигается это состояние. Это следует из того, что равновесию отвечает минимум изобарно-изотермического потенциала (энергии Гиббса), и константа равновесия имеет одинаковое значение, как в присутствии катализатора, так и без него.

Действие гомогенного катализаторазаключается в том, что он реагирует с одним из исходных веществ с образованием промежуточного соединения, которое, в свою очередь, вступает в химические реакции с другим исходным веществом, давая желаемый продукт реакции и «освобождая» катализатор. Таким образом, при гомогенном катализе процесс протекает в несколько стадий, но с меньшими значениями энергии активации для каждой стадии, чем для прямого некаталитического процесса.

Пусть вещество A реагирует с веществом B, образуя соединение AB:

A + B = AB .

Реакция протекает с незначительной скоростью. При добавлении катализатора Kпротекают реакции:A+K=AKиAK+B=AB+K.

Сложив эти два уравнения, получим: A + B = AB .

Примером реакции, протекающей с участием гомогенного катализатора, может служить реакция окисления оксида серы (IV) до оксида серы (VI): без катализатора: SO₂+ 0,5O₂= SO₃ ;

с катализатором NO₂: SO₂ + NO₂ = SO₃ + NO , NO + 0,5O₂ = NO₂ .

Действие гетерогенного катализаторазаключается в том, что молекулы газа (или жидкости) адсорбируются на поверхности кристалла катализатора, что приводит к перераспределению электронной плотности в адсорбированных молекулах и ослаблению химической связи в них вплоть до полной диссоциации молекулы на атомы. Это значительно облегчает взаимодействие адсорбированных молекул (атомов) реагирующих веществ между собой. Чем больше поверхность, тем эффективнее катализатор. В качестве гетерогенных катализаторов широко используются металлы (никель, платина, палладий, медь), кристаллические алюмосиликаты цеолиты, Al₂O₃, Al₂(SO₄)₃ и др.

studfiles.net