Хімічна кінетика і рівновага

Кінетика вивчає швидкість різних процесів, в тому числі хімічних реакцій. Критерієм принципової здійсненності реакцій є нерівність ΔG < 0. Але ця нерівність ще не є повною гарантією фактичного протікання процесу при даних умовах, не є достатньою для оцінки кінетичних можливостей реакції. Наприклад, DG ,Н₂О(г) = = -228,59 кДж/моль, а DG А l І ₃(к)=-313,8кДж/моль, звідки, при Т=298 К і Р=1,03·10⁵Па, можливі реакції

Н₂(г) + ¹/₂О2(г) = Н₂О(г),

2А l (к) + 3 І₂(к) = 2А l І ₃(к).

Але ці реакції при стандартних умовах йдуть тільки у присутності каталізатора (платини для першої і води для другої). Каталізатор нібито знімає кінетичне “гальмо”, і тоді виявляється термодинамічна природа речовини. Швидкість хімічних реакцій залежить від багатьох факторів, основні з яких – концентрація (тиск) реагентів, температура та дія каталізаторів. Ці фактори обумовлюють і досягнення рівноваги системі, що реагує.

Приклад 1. У скільки разів зміниться швидкість прямої та зворотної реакції системи

2SO₂(г) + О₂(г) = 2SO₃(г),

якщо об’єм газової суміші зменшити в три рази? В який бік буде зміщуватись рівновага системи?

Розв’язання. Позначимо концентрації речовин, що реагують: [SO₂]=а, [О₂]= в, [SO₃]=с. Згідно з законом діючих мас швидкість V прямої та зворотної реакції до зміни об’єму

V_пр.=к·а²· в; V_звор.=к₁·с².

Після зменшення об’єму гомогенної системи в три рази концентрація кожної з речовин, що реагують, збільшилася в 3 рази: [SO₂]=3а, [О₂]=3 в, [SO₃]=3с. При нових концентраціях швидкості V^/ прямої і оборотної реакції:

V^/_пр.= к(3а²)(3 в) = 27к а² в; V^/_звор.= к₁(3с)² = 9к₁ с².

Звідки

; .

Отже, швидкість прямої реакції збільшилася в 27 разів, а зворотної - тільки в дев'ять разів. Рівновага системи змістилася у бік утворення SO₃.

Приклад 2. Обчислити, у скільки разів збільшиться швидкість реакції, що протікає в газовій фазі, при підвищенні температури від 30 до 70^оС, якщо температурний коефіцієнт реакції дорівнює 2.

Розв’язання. Залежність швидкості хімічної реакції від температури визначається емпіричним правилом Вант-Гоффа за формулою

,

.

Отже, швидкість реакції при температурі 70^оС більше швидкості реакції при температурі 30^оС в 16 разів.

Приклад 3. Константа рівноваги гомогенної системи

СО(г) + Н₂О(г) СО₂(г) + Н₂(г)

при 850°С дорівнює 1. Обчисліть концентрації всіх речовин при рівновазі, якщо вихідні концентрації: [СО]_вих =3 моль/л, [Н₂О]_вих.=2моль/л.

Розв’язання. При рівновазі швидкості прямої і зворотної реакцій рівні, а співвідношення констант цих швидкостей постійне і називається константою рівноваги даної системи:

V_пр.= К₁[СО][Н²О]; V_звор.= К₂[СО₂][Н₂],

Дата добавления: 2014-12-08