Скорость химических реакций

СКОРОСТЬ ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 7

Цель работы: экспериментально убедиться во влиянии температуры,

природы и концентрации реагирующих веществ на скорость

химической реакции

Задачи работы: овладение методами экспериментального исследования и обработки полученных результатов; приобретение практически умений работы с лабораторным оборудованием

Теоретическая часть по теме: «Химические реакции»

Известно, что одни химические реакции протекают за малые доли секунды, другие же – за несколько минут, часов, суток. Например, практически мгновенно протекают реакции, которые сопровождаются взрывным эффектом: горение пороха, воспламенение горючей смеси в двигателе внутреннего сгорания автомобиля.

При сливании растворов хлорида бария и серной кислоты мгновенно образуется белый осадок сульфата бария:

BaCl₂ + H₂SO₄ = BaSO₄ + 2HCl

Чтобы охарактеризовать, насколько быстро протекает химическая реакция, используют понятие скорость химической реакции.

Скорость химической реакции (V)- определяется изменением концентрации одного из реагирующих веществ или одного из продуктов реакций в единицу времени.

Формула скорости химической реакции имеет вид:

C₂-C₁ C

V = + t₂-t₁ = + t, где C₁, C₂ - молярная концентрация (количество вещества в единице объема, в моль/л.) реагирующих и образующихся веществ в момент времени t₁ и t₂ соответственно.

Скорость химической реакции зависит от влияния ряда факторов:

природы реагирующих веществ, концентрации реагирующих веществ, температуры, катализатора, поверхности соприкосновения реагирующих веществ.

Влияние природы реагирующих веществ. Даже однотипные реакции при одних и тех же условиях протекают с различной скоростью. Например, сходные реакции взаимодействие щелочных металлов с водой протекают с различной скоростью. Литий взаимодействует с водой более спокойно, а калий – бурно, с обязательным воспламенением выделяющегося водорода:

2Li + 2H₂O = 2LiOH + H₂

2K + 2H₂O = 2KOH + H₂

Влияние концентрации реагирующих веществ. Увеличение концентрации веществ влечет за собой рот скорости реакции.

На основании многочисленных экспериментальных данных в 1867 г. норвежские ученые К. Гульдберг и П. Вааге сформулировали основной закон химической кинетики (закон действующих масс), который устанавливает зависимость скорости химической реакции от концентрации реагирующих веществ:

«Скорость химической реакции прямо пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ, взятых в степенях, равных их коэффициентам»

V = K C_Aⁿ C_B^m

где C_А , C_B – молярная концентрация вещества А и В соответственно;

m и n – стехиометрические коэффициенты;

K – константа, которая равна скорости реакции при концентрации реагирующих веществ 1 моль/л (справочная величина).

Закон действующих масс не распространяется на вещества, находящиеся в твердом состоянии, так как считается, что их концентрация постоянна, поскольку они реагируют лишь на поверхности, которая остается практически неизменной.

Например, 2Cu + O₂ = 2CuO – скорость этой реакции пропорциональна концентрации кислорода: V = K C(O₂), так как соударения на поверхности раздела веществ, а значит, масса меди не влияет на скорость реакции.

Для газообразных веществ повышение давления означает увеличение концентрации.

Зависимость скорости реакции от температуры. Известно, что при нагревании скорость химической реакции увеличивается. В конце 19 века голландский химик Я. Вант - Гофф сформулировал правило: « При увеличении температуры на каждые 10 градусов скорость химической реакции увеличивается в 2 – 4 раза»

Математическое выражение правила Вант – Гоффа записывают следующим образом:

V₂ = V₁ Y^{(T2 – T1)/10},

где V₁, V₂- скорость реакции при температуре t₁ и t₂ соответственно;

t₁ – начальная температура реакции; t₂ – конечная температура реакции.

Y – температурный коэффициент реакции (коэффициент Вант Гоффа). Его физический смысл заключается в том, что он показывает во сколько раз увеличивается скорость реакции при увеличении температуры на каждые 10 градусов.

Зависимость скорости химической реакции от поверхности соприкосновения реагирующих веществ. Скорость реакций, протекающих на границе раздела фаз, зависит при прочих равных условиях от свойств поверхности веществ. Увеличения скорости объясняют ростом площади соприкосновения исходных веществ, а так же рядом других причин, например нарушением структуры кристаллической решетки.

Влияние катализатора на скорость химической реакции. Катализатор – вещество которое в незначительных количествах существенно увеличивает скорость химической реакции, не изменяя после ее окончания своего химического состава. Изменение скорости реакции под действием катализатора называют катализом. Особенно страшны для катализаторов каталитические яды (вещества не просто оседающие на поверхности а «отравляющее» ее, то есть вступающее в химическое взаимодействие с образованием не активных соединений что бы избежать отравления катализатора и продлить срок службы, исходные вещества значительно очищают). Вещества, которые не обладают

каталитической активностью, но усиливают действие катализатора называют промоторами. Их применяют в химической технологии. Существуют вещества, которые замедляют химические реакции, их называют отрицательными катализаторами или ингибиторами. Ингибиторы содержаться и в живых организмах. Они подавляют в клетках различные вредные реакции окисления которые могут инициироваться, например, радиоактивным излучением.

Задание. Ознакомиться с теоретическими вопросами темы. Письменно ответить на

контрольные вопросы для самопроверки, записав ответы на них в отчёте.

Выполнить лабораторные опыты №№ 18, 19 и 20. Письменно ответить на вопросы, указанные в проводимых опытах. Написать отчёт в соответствии с требованиями, предъявляемыми к его оформлению.

Дата добавления: 2014-12-16