Влияние природы реагирующих веществ





Например, взаимодействие натрия и меди с кислородом протекает в соответствии с уравнениями реакций:

1. 4Na + O2 = 2Na2O;

2. 2Cu +O2 = 2CuO.

Первый процесс протекает со скоростью V1, второй – V2, причем, V1 >> V2.

Закон действующих масс

Зависимость скорости химической реакции от концентрации реагирующих веществ определяется законом действующих масс. Этот закон установлен норвежскими учеными Гульдбергом и Вааге в 1867 г. Он формулируется следующим образом: при постоянной температуре скорость химической реакции прямо пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ, взятых в степенях, равных стехиометрическим коэффициентам в уравнении реакции.

Для химической реакции, протекающей по уравнению, записанному в общем виде

аА + bВ = сС + dD, (3)

математическое выражение закона действующих масс, называемое кинетическим уравнением химической реакции, имеет вид

V = k · CAa · CBb, (4)

где V – скорость химической реакции; CA, CB – молярные концентрации реагентов А и В; а и b – стехиометрические коэффициенты для реагентов А и В в уравнении реакции; k – коэффициент пропорциональности, называемый константой скорости химической реакции.

Ее физический смысл становится понятным, если принять CA = CB = 1 моль/л, тогда k = V (константа скорости численно равна скорости химической реакции при концентрациях компонентов 1 моль/л), или удельная (единичная) скорость.

Константа скорости химической реакции зависит от природы реагирующих веществ, температуры, присутствия катализатора и не зависит от концентрации реагирующих веществ.

Для гомогенных газовых систем существует прямо пропорциональная зависимость между концентрацией газов и их парциальным давлением, определяемая уравнением Менделеева-Клапейрона:

(5)

где Сi – молярная концентрация i-того компонента в системе, моль/л; Pi – парциальное давление i-того компонента в системе.

Учитывая вышесказанное, математическое выражение закона действующих масс для уравнения химической реакции (3), протекающей в газовой фазе, можно записать в виде

V = k·PAa·PBb. (6)

В случае гетерогенных реакций в математическое выражение закона действующих масс входят концентрации только тех веществ, которые находятся в газовой фазе или в растворе. Вещества, находящиеся в конденсированном состоянии (твердом или жидком), реагируют лишь на поверхности раздела фаз, которая остается неизменной, поэтому концентрация веществ (поверхностная) постоянна и входит в константу скорости. Например, для реакции горения угля:

С(тв.) + О2(г) = СО2(г)

закон действующих масс запишется так:

V = k'·Cc·CО2 = k·CО2,

где k = k'·Cc.

Примеры.

1. Записать математическое выражение закона действующих масс для гомогенной реакции:

2NO(г) + O2(г) = 2NO2(г).

Решение:

V = k·СNO2·СO2 или V = k·РNO2·РO2.

2. Как изменится скорость химической реакции:

2NO(г) + Сl2(г) = 2NOCl(г),

если концентрацию первого реагирующего вещества увеличить в 3 раза?

Решение: до изменения условий скорость данной химической реакции выражалась уравнением

V = k · СNO2·СCl .

Концентрации веществ и скорость химической реакции при изменении условий выделим штрихом ( ' ). При изменении условий: С'NO = 3· СNO, тогда

V' = k ·(С'NO)2· СCl = k ·(3· СNO)2· СCl = 9· k · СNO2· СCl .

Найдем, во сколько раз изменилась скорость химической реакции при увеличении концентрации первого реагирующего вещества в 3 раза:

Ответ: скорость химической реакции увеличится в 9 раз.

3. Как изменится скорость химической реакции:

2S(тв.) + 3О2(г.) = 2SO3(г.),

если давление в системе уменьшить в 2 раза?

Решение: до изменения условий (уменьшение давления) скорость данной гетерогенной химической реакции выражалась уравнением

V = k · (СO )3 = k · (РO )3.

После уменьшения давления в системе в 2 раза парциальное давление кислорода, как и его молярная концентрация, также уменьшается в 2 раза: Р'O = 1/2 РO , тогда

V' = k · (Р'O )3 = k ·(1/2РO )3 = 1/8 k ·(РO )3;

отсюда

Ответ: скорость химической реакции уменьшится в 8 раз.





Читайте также:
Группы красителей для волос: В индустрии красоты колористами все красители для волос принято разделять на четыре группы...
Гражданская лирика А. С. Пушкина: Пушкин начал писать стихи очень рано вскоре после...
Общие формулы органических соединений основных классов: Алгоритм составления формул изомеров алканов...

Рекомендуемые страницы:


Поиск по сайту

©2015-2020 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2016-03-24 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту:

Обратная связь
0.011 с.