Закономерности протекания химических реакций

Задачи

6.1. Указать тип химической связи в молекулах , , . Привести схему перекрывания электронных облаков.

6.2. Как изменяется прочность связи в ряду: ? Указать причины этих изменений.

6.3. Описать с позиций метода валентных связей электронное строение молекулы и иона .

6.4. Сравнить способы образования ковалентных связей в молекулах , и в ионе . Могут ли существовать ионы и ?

6.5. Какой том или ион служит донором электронной пары при образовании иона ?

6.6. Объяснить с позиций метода валентных связей возможность образования молекулы .

6.7. Описать электронное строение молекул и с позиций метода валентных связей. Какая из молекул характеризуется большей кратностью связи?

6.8. Почему не могут существовать устойчивые молекулы и ?

6.9. Чему равна ковалентность углерода в молекуле ?

6.10. Какова кратность связи в молекуле ?

6.11. Температура плавления - 780°С, - 560°С; радиус иона равен 0,104 нм, иона - 0,099 нм. Объяснить различие температур плавления.

6.12. При переходе от к температура плавления кристаллов уменьшается. Объяснить наблюдаемый ход изменения температур плавления.

6.13. плавится при 890°С без разложения, разлагается уже при 220°С. Объяснить указанное различие.

6.14. У какого из соединений - или - температура плавления выше?

6.15. Почему благородные газы в отличие от других газообразных веществ (, , , , ) существуют при обычных условиях в виде атомов, а не молекул?

6.16. Энергия связи молекул , и соответственно равны 430, 495 и 240 кДж/моль. Расположить их в ряд в порядке возрастания прочности.

6.17. Почему молекулы водорода имеют состав , а не , и т.д.; молекулы метана - , а не , и т.д.; молекулы хлороводорода - , а не , и т.д.?

6.18. Какая из связей наиболее полярна: , , ? К какому из атомов смещается электронное облако?

6.19. Изобразить электронными уравнениями процессы образования из атомов следующих соединений с ионной связью: , , , .

6.20. Какие орбитали участвуют в образовании молекул , , и ? Сколько электронных пар участвует в образовании связей между атомами в названных молекулах?

Химические реакции подразделяются на гомогенные и гетерогенные. Первые протекают в системах, не имеющих границы раздела фаз (газы, жидкости), а вторые - в системах, обладающих такой границей, на которой свойства системы меняются скачкообразно. Одной из важнейших характеристик химической реакции является ее скорость. Скоростью химической реакции называется количество вещества, вступающего в реакцию или образующегося в ее ходе за единицу времени в единице объема системы (для гомогенной реакции) или на единице площади раздела фаз (для гетерогенных реакций). Количественно скорость реакции можно выразить как отношение изменения концентрации реагентов или продуктов реакции к интервалу времени , за который произошли эти изменения: . Скорость реакции является функцией природы реагентов, их концентрации, температуры. Зависимость скорости гетерогенной реакции от концентраций реагентов и определяется законом действия масс: при постоянной температуре скорость химической реакции прямо пропорциональна произведению концентраций реагентов. Математически закон действия масс выражается соотношением: , где - константа скорости реакции. Для реакции её скорость .

При изменении температуры меняется как скорость реакции, так и её константа, но таким образом, что отношение скорости реакции при температуре ()°С к скорости при температуре °С равно отношению констант скорости реакции при тех же температурах: , где - температурный коэффициент скорости реакции, значение которого для большинства реакций находится в пределах от 2 до 4 (правило Вант-Гоффа). Если температура изменяется не на 10, а на °С, то правило приобретает несколько другой вид: .

В ходе реакции концентрации реагентов постепенно уменьшаются. Тогда, в соответствии с законом действия масс, уменьшается и скорость реакции. Иногда взаимодействие продуктов реакции приводит к образованию исходных веществ, вступивших в реакцию. В этих случаях говорят об обратимых реакциях. По мере исчерпания исходных веществ увеличивается концентрация продуктов реакции, значит, возрастает и скорость обратной реакции. Наконец наступает такой момент, когда скорости прямой и обратной реакций уравниваются, возникает состояние химического равновесия, при котором концентрации исходных веществ и продуктов реакции остаются неизменными. Если обратимая реакция (обозначим ее вместо знака равенства знаком ) описывается выражением , то скорость прямой реакции , а скорость обратной реакции . В состоянии химического равновесия , откуда следует, что отношение , равное отношению , есть величина постоянная, она обозначается буквой иназывается константой химического равновесия реакции. Для общего случая обратимой реакции, описываемой уравнением , константа равновесия реакции .

Рассмотрим примеры решения типовых задач по данному разделу.

Пример 1. Как изменится скорость реакции , если концентрация реагентов увеличится в 3 раза?

Решение. Запишем выражение для скорости реакции до и после изменения концентраций реагентов - и - и найдем отношение .

Ответ: Скорость реакции возрастет в 9 раз.

Пример 2. При увеличении температуры на 50°С скорость реакции возросла в 1024 раза. Найти температурный коэффициент реакции.

Решение. В соответствии с правилом Вант-Гоффа, . По условию задачи, отношение скоростей равно 1024, т.е. 1024. Прологарифмировав это соотношение, получаем: . Значит, , откуда потенцированием находим величину 4.

Ответ: Температурный коэффициент реакции 4.

Пример 3. В состоянии равновесия обратимой реакции концентрации веществ равны: 1,5 моль/л; 4,5 моль/л; 2 моль/л. Чему равны исходные концентрации водорода и азота и константа химического равновесия?

Решение. Исходя из уравнения реакции, константа химического равновесия,

.

Далее, из уравнения реакции следует, что 1 моль азота реагирует с 3 молями водорода. Это значит, что изменение концентрации водорода и изменение концентрации азота связаны соотношением: . С другой стороны, из уравнения реакции следует, что 2 моль/л (по условию задачи). Откуда получаем: 1 моль/л, а 3 моль/л. Выразим теперь исходные концентрации азота и водорода через равновесные и через изменения концентраций: 4,5 моль/л; 1,5 моль/л.

Окончательно получаем: 4,5 моль/л + 3 моль/л = 7,5 моль/л; 1,5 моль/л + 1,5 моль/л + 1 моль/л = 2,5 моль/л.

Ответ: 7,5 моль/л; 2,5 моль/л; .

Дата добавления: 2014-11-29