Скорость химической реакции

Основные понятия. Гомогенные и гетерогенные реакции.

Лекция: Химическая кинетика и химическое равновесие

Получение комплексных соединений.

Для получения комплексных соединений чаще всего используют три основных типа реакций.

1. Реакции присоединения лигандов.

2. Реакции замещения лигандов.

3. Окислительно-восстановительные реакции.

Химическая кинетика - это раздел химии, изучавший закономерности протекания химических процессов во вре­мени при различных условиях.

Эта наука имеет большое теоретическое и практическое значе­ние. Она способствует пониманию механизма протекания химических процессов и наиболее эффективному их использованию.

При изучений закономерностей протекания химических реакций необходимо различать реакции, протекающие в гомогенной системе, и реакции, протекающие в гетерогенной система.

Системой в химии принято называть вещество или совокупность веществ, ограниченных определенным объемом.

Система может состоять из одной или нескольких фаз.

Фаза - это часть системы, обладающая на всем протяжении одинаковым химическим составом и одинаковыми свойствами и отде­ленная от остальных частей систем поверхностью раздела.

Системы, состоящие только из одной фазы, называют гомогенными системами. Реакции, протекающие в гомогенных системах, называют гомогенными реакциями. Примером гомогенной реакции является образование ок­сида азота (II) в электрической дуге.

Гетерогенными системами называют системы, состоящие из нескольких фаз. Реакции, протекающие между веществами на границе раздела фаз, навивают гетерогенными реакциями. Примером гетерогенной реак­ции может служить взаимодействие цинка с раствором серной кислоты.

Скорость химической реакции является важнейшим понятием химической кинетики.

Скоростью химической называется количество вещества, вступающего в реакцию или обра­зующегося в результате реакции за единицу времени в единице объема (в случае гомогенных реакций) или на единице поверхности раздела фаз (в случав гетерогенных реакций).

Различают понятия истинной и средней скорости.

Истинная скорость для гомогенной и гетерогенной реакций выражается уравнениями

где -истинная скорость реакции;

N -количество вещества в момент времени;

V -объем данной фазы;

S -поверхность раздела фаз.

Если количество вещества выразить в молях (), то

В выражении скорости гомогенной реакции, протекающей при постоянном объеме, отношение числа молей вещества () к объему (V) представляет собой молярную концентрацию (С) и скорость такой реакции может быть выражена как производная концентрация по времени

Скорость реакции величина положительная. Знак минус ставит­ся, когда скорость реакции оценивается по убыли исходного ве­щества, а знак плюс - по накоплению продукта реакции.

Средняя скорость гомогенной реакции за определенный промежуток времени выражается отношением

где - средняя скорость реакции;

- концентрация исходного вещества или конечного продукта соответственно в момент времени и.

Средняя скорость гетерогенной реакции оценивается по изменению массы () или по изменению числа молей вещества () за единицу временя на единицу реакционной поверхности ().

или

где m - скорость реакции, выраженная через изменение массы;

n - скорость реакции, выраженная черев изменение числа молей.

где М - мольная масса вещества.

Для определения скорости реакции достаточно определить изменение количества только одного вещества (наиболее удобного), поскольку изменения количеств всех веществ, участвующих в реак­ции, объединены между собой стехиометрически.

ПРИМЕР 1. Рассчитать среднюю скорость расходования хлорида железа (Ш) при его взаимодействии с иодидом калия в водном растворе, если за 1,4 мин в 110 мл раствора образовалось моль йода.

Решение.

Согласно химическому уравнению

на каждый моль образующегося йода расходуется 2 моля хлорида железа (Ш), следовательно, в данном растворе за 1,5 мин на образовавшиеся моль йода израсходовалось моль хлорида железа (III).

Скорость реакции можно выразить

ПРИМЕР 2. Цинковая пластинка растворяется в 2н. соляной кислоте и её толщина уменьшается во времени с постоян­ной скоростью. Рассчитать среднюю скорость реак­ции растворения цинка по всем участкам. Плотность цинка равна 7,1 г/см.

Решение.

Реакция растворения цинка в соляной кислоте

является гетерогенной, следовательно, изменения количеств её участников нужно отнести к единице поверхности цинка ().

Для оценки скорости некоторых реакций используется время, за которое вещество израсходовалось наполовину. Это время назы­вают периодов полупревращения и обозначают. Если реак­ция является реакцией разложения, то такое время называют периодом полураспада.

ПРИМЕР 3. Цианат аммония в водном растворе превращается в мочевину по уравнению

При исходной концентрации цианата (С_о), равной 0,2 моль/л, период полупревращения составил 9,45 ч. Рассчитать среднюю скорость реакции за это время.

Решение.

По условию задачи исходная концентрация цианата за 9,46 ч. уменьшилась наполовину, следовательно,

тогда

Дата добавления: 2014-10-23