Зависимость скорости реакции от концентрации реагирующих веществ.
Цель: изучить влияние концентрации веществ на кинетику химических реакций.
Ход работы:
Химическая реакция.
______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Таблица результатов.
| № опыта | Vобщ. (мл) смеси | Время t, сек | Скорость реакции | |||
| _ | 0.17 | |||||
| 0.054 | ||||||
| 0.02 |
Расчет скорости химической реакции по закону действующих масс.
__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
График зависимости скорости от концентрации (объема).
5. Вывод:
Скорость реакции зависит от концентрации и закона действующих масс.
Суть закона действующих масс (закона действия масс) состоит в том, что скорость химической реакции пропорциональна концентрации реагирующих веществ в степенях, равных стехиометрическим коэффициентам этих веществ в уравнении реакции.
Для реакции
n A A + n B B +... → n C C + n D D +...
закон действующих масс запишется следующим образом:
v = 
,
Где c A, c B,... - концентрации реагирующих веществ A, B,...;
n A, n B,... - порядки реакции по соответствующим реагентам (как правило, совпадают со стехиометрическими коэффициентами этих реагентов в уравнении реакции);
k - коэффициент пропорциональности, константа скорости реакции, зависящая от природы реагирующих веществ и от температуры;
v - скорость реакции.
Данное уравнение носит название кинетического уравнения реакции.
|
|
В состоянии термодинамического равновесия концентрации всех реагирующих веществ, согласно закону действующих масс, связаны соотношением (константа равновесия):
Концентрация твердого вещества в процессе химического превращения не меняется (процесс идет на поверхности), поэтому скорость в реакциях с участием твердого тела определяется только концентрацией газов или растворенных веществ.
В сложных (многостадийных) реакциях скорость всего процесса зависит от скорости наиболее медленной реакции.
6. Контрольные вопросы
1. Скорость химической реакции — изменение количества одного из реагирующих веществ за единицу времени в единице реакционного пространства. Является ключевым понятием химической кинетики. Скорость химической реакции — величина всегда положительная, поэтому, если она определяется по исходному веществу (концентрация которого убывает в процессе реакции), то полученное значение умножается на −1. Скорость химической реакции в каждый момент времени пропорциональна концентрациям реагентов, возведенным степени, равные их стехиометрическим коэффициентам.
3. Коэффициент k называют константой скорости реакции. Коэффициент k НЕ ЗАВИСИТ от концентраций веществ. Эти концентрации (как и скорость) могут изменяться в ходе реакции, но значение k сохраняется постоянным для данной реакции в выбранных условиях. Константу скорости k можно определить экспериментально: она численно равна скорости реакции в тот момент, когда концентрации исходных веществ равны 1 моль/л.
|
|
4. Константа скорости реакции (и скорость) возрастает с увеличением температуры. Следовательно, коэффициент скорости зависит от изменения температуры.
5. Влияние температуры на скорость реакции устанавливают либо точно, по уравнению Аррениуса, либо приближенно по правилу Вант-Гоффа: повышение температуры на каждые 10 оС увеличивает скорость реакции примерно в 2-4 раза . Математически эта зависимость выражается уравнением:
6. 
,
где Δ t = t кон ‑ t нач- разность конечной и начальной температур;
γ - температурный коэффициент скорости реакции;
v нач., v кон - скорости реакции при начальной и конечной температурах.
Температура влияет на скорость реакции, увеличивая константу скорости. Отношение, показывающее, во сколько раз увеличилась константа скорости при увеличении температуры на 10о, называется температурным коэффициентом скорости реакции, т.е.
7. 
,
где k t, k t+10о – константы скорости при температурах t и t +10о.
6. Во всех реакциях с участием газообразных веществ, сопровождающихся изменением объема за счет изменения количества вещества при переходе от исходных веществ к продуктам, на положение равновесия влияет давление в системе.
Влияние давления на положение равновесия подчиняется следующим правилам:
|
|
| При повышении давления равновесие сдвигается в направлении образования веществ (исходных или продуктов) с меньшим объемом; при понижении давления равновесие сдвигается в направлении образования веществ с большим объемом |
Таким образом, при переходе от исходных веществ к продуктам объем газов уменьшился вдвое. Значит, при повышении давления равновесие смещается в сторону образования NH3, о чем свидетельствуют следующие данные для реакции синтеза аммиака при 400 0С:
| давление, МПа | 0,1 | |||||
| объемная доля NH3, % | 0,4 |
7.