Скорость химических реакций. Факторы, влияющие на скорость химической реакции

План: Скорость химической реакции Гетерогенные и гомогенные реакции Зависимость скорости реакции от различных факторов: – Природа реагирующих веществ – Концентрация веществ – Площадь соприкосновения веществ – Температура – Присутствие катализаторов или ингибиторов

Скорость химической реакции Обозначается ν 1 моль/лс 1 кмоль/м 3 мин определяется изменением концентрации одного из реагирующих веществ или одного из продуктов реакции в единицу времени v=±Δc Δt ΔC=с 2 -с 1 Δt=t 2 -t 1

Раздел химии, изучающий скорость химической реакции, называется химической кинетикой.

Гетерогенные реакции Это реакции идущие между веществами в неоднородной среде. Например, на поверхности соприкосновения твердого вещества и жидкости, газа и жидкости и т.д.

Гомогенные реакции Это реакции протекающие в однородной среде(нет поверхности раздела реагирующих веществ). Например в смеси газов или в растворах.

Скорость реакции определяется изменением количества вещества в единицу времени. В единице V (для гомогенной) На единице поверхности соприкосновения веществ S (для гетерогенной) n - изменение количества вещества (моль); t– интервал времени (с, мин) - изменение молярной концентрации;

Задача на применение знаний по «Скорости химических реакций» Химическая реакция протекает в растворе, согласно уравнению: А+В = С. Исходные концентрации: вещества А – 0,80 моль/л, вещества В – 1,00 моль/л. Через 20 минут концентрация вещества А снизилась до 0, 74 моль/л. Определите: а) среднюю скорость реакции за этот промежуток времени; б) концентрацию вещества В через 20 мин.

Самопроверка. Дано: С (А) 1 = 0,80 моль/л С (В) 1 = 1,00 моль/л С (А) 2 = 0,74 моль/л = 20 мин Найти. а) гомоген =? б) С (В) 2 =? Решение: а) определение средней скорости реакции в растворе производится по формуле: б) определение количеств реагирующих веществ: А + В = С По уравнению 1 моль 1 моль По условию 0,06 моль 0,06 моль Количества прореагировавших веществ. Следовательно, С(В) 2 = С(В) 1 - С = 1,00 -0,06=0,94моль/л Ответ: гомоген. = 0,003 моль/л С(В) 2 = 0,94 моль/л

Факторы, влияющие на скорость химической реакции природа реагирующих веществ; концентрация реагирующих веществ поверхность соприкосновения реагирующих веществ (в гетерогенных реакциях). температура; действие катализаторов.

1. Природа реагирующих веществ. Под природой реагирующих веществ понимают их состав, строение, взаимное влияние атомов в неорганических и органических веществах.

Теория столкновений. Основная идея теории: реакции происходят при столкновении частиц реагентов, которые обладают определённой энергией. Чем больше частиц реагентов, чем ближе они друг к другу, тем больше шансов у них столкнуться и прореагировать. К реакции приводят лишь эффективные соударения, т.е. такие при которых разрушаются или ослабляются «старые связи» и поэтому могут образоваться «новые». Для этого частицы должны обладать достаточной энергией. Минимальный избыток энергии, необходимый для эффективного соударения частиц реагентов, называется энергией активации Еа. Величина энергии активации веществ – это фактор, посредством которого сказывается влияние природы реагирующих веществ на скорость реакции.

Изучаемый фактор Используемые вещества вывод Природа реагирующих веществ HCl укс. кислота +Zn +Zn V 1 > V 2 Чем активнее вещество, вступающее в реакцию, тем быстрее идет эта реакция.

Задание на применение знаний Объясните разную скорость взаимодействия цинка с соляной и уксусной кислотой. (видеоопыт) Напишите соответствующие реакции

Самопроверка __HCl + __Zn __ZnCl 2 + __H 2 Сильная кислота __СH 3 COOH + __ Zn __CH 3 COOZn + __H 2 Слабая кислота 1. Расставьте коэффициенты в реакциях 2. Сделайте вывод о влиянии природы реагирующих веществ на скорость химической реакции.

2. Концентрации реагирующих веществ. На основе большого экспериментального материала в 1867 г. норвежские учёные К. Гульдберг, и П Вааге и независимо от них в 1865 г. русский учёный Н.И. Бекетов сформулировали основной закон химической кинетики, устанавливающий зависимость скорости реакции от концентраций реагирующих веществ.

Закон действующих масс. Гульдберг ( ). Норвежский физикохимик. П. Вааге ( ). Норвежский ученый. V=k c A a c B b Скорость химической реакции пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ, взятых в степенях равных их коэффициентам в уравнении реакции.

Изучаемый фактор Используемые вещества вывод Концентрация реагирующих веществ НCl 10% HCl 20% +Zn +Zn v 1 < v 2 v 1 < v 2 Чем больше концентрация реагирующих веществ, тем выше скорость химической реакции. Реакции между ионами протекают мгновенно

Математическое выражение закона действующих масс. По закону действующих масс скорость реакции, уравнение которой А+В=С может быть вычислена по формуле: v 1 = k 1 C A C B, а скорость реакции, уравнение которой А+2В=D, может быть вычислена по формуле: v 2 = k 2 C A C B. В этих формулах: C A и C B – концентрации веществ А и В (моль/л), k 1 и k 2 – коэффициенты пропорциональности, называемые константами скоростей реакции. Эти формулы также называют кинетическими уравнениями.

Задача на применение знаний: Задача. Как изменится скорость реакции, имеющей кинетическое уравнение v= kC A 2C B, если А) концентрацию вещества А увеличить в 3 раза; Б) концентрацию вещества А увеличить в 3 раза, а концентрацию В уменьшить в 3 раза?

Самопроверка. Решение. Подставим соответствующие данные в кинетическое уравнение, сравним скорости реакций. а) скорость реакции увеличится в 9 раз. б) скорость реакции увеличится в 8 раз.

3.Поверхность соприкосновения реагирующих веществ. Скорость реакции увеличивается благодаря: -увеличению площади поверхности соприкосновения реагентов (измельчение); -повышению реакционной способности частиц на поверхности образующихся при измельчении микрокристаллов; -непрерывному подводу реагентов и хорошему отводу продуктов с поверхности, где идёт реакция. Фактор связан с гетерогенными реакциями, которые протекают на поверхности соприкосновения реагирующих веществ: газ - твердое вещество, газ - жидкость, жидкость - твердое вещество, жидкость - другая жидкость, твердое вещество - другое твердое вещество, при условии, что они не растворимы друг в друге.

Изучаемый фактор Используемые вещества вывод Площадь соприкоснове ния реагирующих веществ Fe (порошок) Fe (кнопка) + НCl + НCl V 1 > V 2 Чем больше площадь соприкоснове- ния реагирующих веществ, тем выше скорость химической реакции.

4. Температура При увеличении температуры на каждые 10° С общее число столкновений увеличивается только на ~ 1,6 %, а скорость реакции увеличивается в 2-4 раза (на %). Число, показывающее, во сколько раз увеличивается скорость реакции при повышении температуры на 10° С, называют температурным коэффициентом.

Правило Вант-Гоффа Я. Вант-Гофф ( ). Голландский химик. Один из основателей физической химии и стереохимии При повышении температуры на каждые 10 С скорость реакции увеличивается в 2-4 раза.

Изучаемый фактор Используемые вещества вывод Температура Al Al + НCl + НCl +t V 1 > V 2 При нагревании скорость химической реакции повышается.

Задача на применение знаний: Определите, как изменится скорость некоторой реакции: а) при повышении температуры от 10° до 50° С; б) при понижении температуры от 10° – 0° С. Температурный коэффициент реакции равен 3.

Самопроверка а) подставить данные задачи в формулу: скорость реакции увеличится в 81 раз. б) Скорость реакции уменьшится в 3 раза.

5. Действие катализатора Можно изменить скорость реакции, используя специальные вещества, которые изменяют механизм реакции и направляют ее по энергетически более выгодному пути с меньшей энергией активации. Катализаторы – это вещества, участвующие в химической реакции и увеличивающие ее скорость, но по окончании реакции остающиеся неизменными качественно и количественно. Ингибиторы – вещества, замедляющие химические реакции. Изменение скорости химической реакции или ее направления с помощью катализатора называют катализом.

Различают два вида катализа: Гомогенный катализ, при котором и катализатор, и реагирующие вещества находятся в одном агрегатном состоянии (фазе). – Например, ферментативно-каталитические реакции в клетках организма проходят в водном растворе. Гетерогенный катализ, при котором катализатор и реагирующие вещества находятся в разных фазах. – Например, разложение пероксида водорода в присутствии твердого катализатора оксида марганца(IV): MnO 2 (т) 2H 2 O 2 (ж) 2H 2 O(ж) + O 2 (г)

Изучаемый фактор Используемые вещества вывод Присутствие некоторых веществ H 2 O 2 H 2 O 2 +MnO 2 V 1 > V 2 Катализаторы – вещества, ускоряющие скорость химической реакции. Ингибиторы – уменьшают скорость реакции.

Выводы по теме: «Скорость химических реакций» Химические реакции протекают с различными скоростями. Величина скорости реакции зависит от объёма в гомогенной системе и от площади соприкосновения реагентов – в гетерогенной. На пути всех частиц, вступающих в химическую реакцию, имеется энергетический барьер, равный энергии активации Eа. Скорость реакции зависит от факторов: - природа реагирующих веществ; - температура; - концентрация реагирующих веществ; - действие катализаторов; - поверхность соприкосновения реагирующих веществ (в гетерогенных реакциях).