A hőmérséklet hatása a reakció sebességére 2
Sebesség és mechanizmusok kémiai reakciók tanulmányok himicheskayakinetika
A reakció sebessége (v) határozza meg a mólszáma anyag (n), a konvertált egységnyi idő (t) egységnyi térfogatra (V) 1 D n
v = ¾ × ¾¾ (1)
Állandó térfogaton, az expressziós rendszer (1) átmegy a. V = DC / Dt,
ahol a C - moláris koncentrációja az anyag [mol / l].
Amikor a koncentráció a kémiai reakció a kiindulási anyagok csökkenése (D Siskh <0 ), а продуктов реакции - возрастают ( D Спрод> 0), így az értéke v összerakható két ekvivalens kifejezések: V = - DCiskh / dt = + DCprod / Dt.
A homogén része a rendszernek (folyékony, szilárd anyag formájában. Gáznemű) fázist nevezzük.
Reakció, amely az olyan rendszer, amely egy fázis nevezett homogén reakció. A reakció, amely az érintett több fázisból, az úgynevezett heterogén.
A reakció sebessége függ az alábbi főbb tényezők: a természet a reagensek, a reagáló anyagok koncentrációit, a hőmérséklet és a katalizátor jelenlétében.
Hatása a reagensek koncentrációjától.
Függése a reakciósebesség a reaktánsok koncentrációja határozza meg a tömeghatás törvénye (ZDM):
kémiai reakció sebessége egyenesen arányos a termék a koncentrációja a reagensek sztöchiometriai arányok a fokozatot, ha az egyenlet a reakciónak megfelelő mechanizmus hosszabbító reakció.
Az általános formája a homogén reakció esetében aA + BB ® termékek
sebesség: V = K * C A * C b B (2)
ahol k - a reakció sebességi állandója.
A reakciókat érintő gáz halmazállapotú anyagok igénybe ZDM expressziót PA és PB anyagok parciális nyomása [Pa]: ab
A reakció sebességi állandója megegyezik a reakció sebessége koncentrációban reagenseket egyenlő egységét. A sebességi állandó jellegétől függ az anyagok és a hőmérséklet, de független a koncentrációtól.
A koncentrációinak összege a fok (a + b) a kinetikus egyenlet (2) egy elméleti sorrendben reakciót.
1. példa Egy kémiai reakció H2 (g) + I2 (g) Û 2 HI (z) van egy lépésben az előre és hátra, és annak mechanizmusa a sztöchiometriai egyenletekkel. Hogyan változtassuk meg a reakció sebességének növelésével a nyomás a rendszerben 2-szer?
Szerint ZDM, a határidős reakció sebessége: v = Katt × CH2 × CI2 (sorrendben reakció = 2)
fordított reakció sebessége: v = 2 × C kobr HI (a sorrend reakció = 2).
Amikor a nyomás megnövekszik 2-szeres koncentráció (parciális nyomása) az összes gáz-halmazállapotú anyagok nőtt 2-szer, azaz a az arány a reakció sebessége, miután a nyomás egyenlő a referencia-fordulatszám: v2 / v1 = (katt × 2CH2 × 2CI2) / (katt × CH2 × CI2) = 4.
A sztöchiometrikus reakcióegyenlet tükrözi, csak a mennyiségi aránya a reaktánsok és nem mutatja a mechanizmus a folyamatábra. A tényleges folyamat általában sokkal bonyolultabb, mint ez tükröződik a sztöchiometriai egyenletet. Ha kémiai reakció útján megy végbe több közbenső lépések, a teljes reakció sebessége határozza meg a leglassabb (korlátozó) lépésben.
Az első szakasz, amely lassúbb kinetikai egyenlet határozza meg, a teljes reakció:
v = k × C 2 NO × CH2. a sorrendben a reakció = 3. 4 helyett.
A heterogén rendszert magában foglaló egy kondenzált (szilárd vagy folyékony) fázisú kémiai reakció a határfelületen. A felületi koncentrációja szilárd molekulák (folyadék) anyagi állandó, és ezért a sebessége a heterogén reakcióelegyet függ csak a koncentrációját gáz halmazállapotú anyagok. A kapcsolat a etimkontsentratsii anyagokat, amelyek egy kondenzált fázisban, a kinetikus egyenlet nem tartalmazza.
3. példa heterogén reakcióelegyet CaO (a) + CO2 (g) = CaCO3 (k) által meghatározott kinetikus sebességi egyenlet v = k × CCO2.
A hőmérséklet hatása a reakció sebességét.
Növekvő hőmérséklettel a kémiai reakciók sebességének nagyban növeli.
Van egy ökölszabály van't Hoff:
ha a hőmérséklet emelkedik 10 ° C-on a reakció sebessége (sebességi állandó) növekszik 2 - 4-szer.
Matematikailag van't Hoff szabály felírható a következőképpen:
¾¾ = ¾¾ = g. (3)
ahol g = 2 ¸ 4 - hőmérsékleti együttható,
V1 és V2 (K1 és K2) van a sebesség (sebességi állandó) reakciók
hőmérsékleten T1, illetve T2, D T = t2 - t1.
4. példában meg fogja változtatni a reakció sebessége a hőmérséklet növelésével, hogy 30 ° C-on, ha a hőmérséklet a reakció sebességi együttható g = 3?
D T = 30, így a reakció sebessége növekedése vT + 30 / Vt = a 30/10 3 = 27-szer.
Szabály van't Hoff közelíteni. Pontosabban, a hőmérsékletfüggése a reakció sebesség által kifejezett Arrhenius egyenlet. ln k = ln k0 - EAKT / (RT)
ahol k0 - pre-exponenciális faktor,
EAKT - aktiválási energia
R - egyetemes gázállandó.
Aktiválási energia - minimális többlet energia kölcsönható részecskék, a reakcióhoz szükséges (1. ábra a.).
és ábra. 1. A módosítás az energia kérdése
nem-katalitikus (a) és
ref b katalizátor (b) reakciók.
Ismerve a hőmérsékleti együttható (g) a hőmérséklet-tartományban a T1
T1 T2 = +10, meg tudjuk becsülni az értékét az aktiválási energia a következő egyenlet szerint: EAKT »0,1 × R × T1 × T2 × ln g (4)
Sok kémiai reakciók, lehetőség van a szempontból a termodinamika, folytassa lassú sebességgel. a reakció sebessége drámaian megnő a bizonyos anyagok jelenléte, bár a sztöchiometriai egyenletekkel reakciót, ezek az anyagok nincsenek jelen.
Ezek az anyagok, amelyek hatással vannak a sebességet a folyamat, de nem hivatalosan részt nevezzük katalizátorok. (Anyagok, amelyek csökkentik a reakció sebességét, az úgynevezett inhibitorok).
Ha a katalizátor ugyanabban a fázisban, mint a reagensek, mondjuk homogén katalízis. Ha a reagensek és a katalizátor különböző fázisokban - a heterogén katalízis.
A reakció sebessége a katalizátor jelenlétében csökkentése fokozza az aktiválási energia (ábra. 1b). Ez növekedéséhez vezet a sebességet, mint a forward és reverz reakciókat. Így nincs változás az A irányába helyettesítési reakciók, valamint a kémiai egyensúlyi állapot, csak növeli a sebességét a létrehozását.
A homogén katalízis katalizátor hatás csökken a kialakulásához intermedierek az első lépésben, és a végső terméket egy katalizátort izoláljuk - a második.
Példa 5. reakciója hidrogén-peroxid H2 O2 bomlás jelenlétében kálium-kromát-K2 CrO4 két stádiumban megy végbe, de a teljes kémiai egyenlet a következőképpen fejezhető ki:
katalizátor, reagáltatjuk az első lépésben, teljes mértékben elkülönített a második (a reakciót a katalizátor nem fogyasztják).
A heterogén katalízis reakcióban a gyorsulás miatt előfordul, hogy az aktiválás a molekulák saját adszorpciója a katalizátor felületén. Elmélet a heterogén katalízis még nem találtak annak befejezését, így a fejlesztés a katalizátorok egy adott folyamat eredményeként a hosszú távú kísérletekben.
A katalizátorok, amelyekre jellemző a szelektivitás (szelektivitás), azaz felgyorsítja egyes folyamatok, kevés hatással van a másik. A különböző katalizátorok jelenlétében, átalakítását az azonos anyagot különböző irányban megy.
6. példa Bomlási etil-alkohol lehet menni három különböző mechanizmus.
Jellegétől függően a katalizátor felgyorsul (kitüntetett áramlási) a megfelelő reakció:
etilén ½Cu, Ni dietil-éterrel
1. kísérlet A függőség kémiai reakció sebessége a reagensek koncentrációja.
A kísérlet vizsgált közötti reakciót nátrium-tioszulfát-oldat és kénsav:
A reakció zajlik két szakaszból áll:
Kén eredményeként jött létre a reakció, és a további okai opaleszcencia az oldat zavarossága, így a reakció sebességét lehet megítélni vizuálisan rögzítésével az idő veszteség az átláthatóság az oldat.
Végrehajtási tapasztalatok: Készítsen három kémcsőbe nátrium-tioszulfát-oldat különböző koncentrációjú, hogy töltse ki ezt a csövet №1 - 4 csepp nátrium-tioszulfát oldattal és 8 csepp vízzel egy kémcsőben №2 - 8 cseppekre nátrium-tioszulfát-és 4 csepp vízzel egy kémcsőben №3 - 12 csepp nátrium-tioszulfát-oldattal. A csöveket óvatosan rázza. Ezért, ha azonos térfogatú oldatok nátrium-tioszulfát koncentrációt a vizsgálati csöveket képest 1. 2. 3.
A csövet №1 adjunk hozzá egy csepp kénsav oldat, és ezzel egyidejűleg indítsa el a stoppert. Rázzuk a kémcsövet keverjük az oldatot. Mérjük az időt sav hozzáadásával, amíg opaleszcencia.
Tapasztalat kémcsövek újra №2 és №3. hozzáadunk egy csepp kénsavat, és időtartamának meghatározására a reakcióoldatot, hogy az azonos fokú zavarosság.
Ezek a tapasztalatok helyezték az asztalra:
2. kísérlet A hőmérséklet hatása a reakció sebességét.
A kísérlet alkalmazunk, a reakció a nátrium-tioszulfát-oldat és kénsav (lásd. 1. teszt).
Performing tapasztalat. három csövet Pour 1 ml nátrium-tioszulfát, három másik kémcsövek - 1 ml kénsav oldatot. Minden pár csövek (tioszulfát - sav) kerül a vízfürdőben. első - szobahőmérsékleten, egy második - hőmérsékleten
10 ° C feletti hőmérsékleten, előnyösen a harmadik - hőmérsékleten 20 ° C feletti hőmérsékleten.
Miután 5 -10 perc. engedje le a tartalmát minden pár csövek és a stopper, meghatározásához a reakciót a megjelenése opaleszcencia.
A vizsgálati eredményeket egy táblázatban:
A reakcióidő, a
1. Írja le a kifejezést szabályzat Van't - Hoff.
2. A kapott adatokból kiszámítja a két érték a hőmérsékleti együtthatója a reakció és annak átlagos értékét.
3. Minden érték a hőmérsékleti együttható, kiszámítja az aktiválási energia a reakció, valamint az átlagos értéket.
4. Minden adatot egy táblázatban.
5. hogy a következtetést a hőmérséklet hatását a reakció sebességét.
3. kísérlet hatása a katalizátorok a reakció sebességét.
A kísérlet vizsgált a reakció a hidrogén-peroxid bomlási jelenlétében kálium-kromát-oldatot katalizatorov- K2 CrO4 és szilárd mangán-dioxid MnO2. A reakció sebességét mérjük az oxigén fejlődés érzékelt intenzitás a parázsló szilánk.
Megvalósítás tapasztalat: két cső Pour 10 H2 O2 oldatot cseppek. Megnyitásával egyikük, hogy a parázsló szilánk. Vajon oxigén fejlődés?
Ismételjük meg a teszt azzal a kiegészítéssel, az első néhány csepp a fiola kálium-kromát oldatot egy másik - néhány kristály mangán-dioxidot.
1) Kiválasztás tüneteket reakciót.
2) Írja a reakció a hidrogén-peroxid bomlási:
a) mindkét hatással kálium-kromátot, mangán-dioxid, és a reakció sebességét,
b) minden esetben, katalízis homogén, amelyben - heterogén,
c) miért az egyik esetben a reakció során változott az oldat színe,
g) alapján a megfigyelések arra lehet következtetni, hogy a katalizátor a reakcióban nem fogyasztják,
d) változik az aktiválási energia a reakció a katalizátor jelenlétében.
4. kísérlet hatása a felület, amelynek mértéke a heterogén reakciók.
áramló a felületen szilárd kalcium-karbonát, hozott egy kompakt szemcsés formában.
Performing tapasztalat. Vegyünk két kis darab kréta (@ 0,5 g). Az egyik darab helyezni a csőbe, a másik font egy mozsárban, és a kapott port egy másik csőbe. Mindkét csövek egyidejűleg töltse ki 5 ml sósavval. Megjegyzés Az oldódás kréta minden esetben:
1) írása reakciókinetikai egyenletet.
2) hogy a következtetést a hatása a fokát őrlés a szilárd anyagok (a értékei határfelület) az arány a heterogén reakciók.
teszt opciót (a helyes válaszokat jelölt).
I. A kémiai reakciók sebességének: 3H2 (g) + N2 (g) = 2NH3 (g) alábbi egyenlet fejezi ki:
II. A kémiai reakció sebességét. ZnO (a) + CO (g) = Zn (a) + CO2 (g) fejeztük ki az alábbi egyenlet:
cm. ZDM heterogén reakciók, 3. példa
III. Mi az, hogy a reakció (lásd I ..):
cm. meghatározás, 1. o.
IV. Határozza meg a mérési értékek, amelyeket megfelelően tömeghatás törvénye számítások:
Atm% és nem a rendszer SI-egységek
V. heterogén reakció sebessége függ:
1) A koncentráció légnemű anyagok 3) szilárdanyag koncentráció
2) A tömeg szilárdanyag-4) Nyomás
cm. ZDM heterogén reakciók, 3. példa
VI. A konstans kémiai reakció sebessége függ:
1) aktiválási energiája reakció 3) Hőmérséklet
2) a reaktánsok koncentrációja 4) egy katalizátor jelenlétében
A sebességi állandó nem függ a koncentrációk
VII. Hányszor reakció sebességének megnövelése növekvő hőmérsékletet 20 ° C-on, a reakció, ha a hőmérséklet a tényező 3:
cm., (3) egyenlet és a 4. példa
VIII. Hatása a katalizátor mutatja:
1) növelik a reakció sebessége 3) irányának megváltoztatása a reakció
2) Shift az egyensúlyi 4) csökkenti az aktiválási energia
lásd a 3. oldalon - .. Katalízis
IX. Melyek a szakaszában a kémiai reakció határozza meg a sebességet?
1) lassú szakaszban 3) gyors szakaszban
2) az összes lépést 4) közbenső szakasz
cm. meghatározás, p. 2 és a 2. példa
X. Hányszor növeli a reakció sebességét (lásd. Fertőzés után), ha a teljes nyomás a rendszerben, hogy növelje c2-szor?
1) 2-szer 2) 4 3) 8 4) 16