Глава 3. Химическая кинетика и катализ. Равновесие

3.1. ХИМИЧЕСКАЯ КИНЕТИКА И КАТАЛИЗ

Изучение данной темы способствует формированию следующих компетенций: ОК-1, ПК-2, ПК-3, ПК-5.

Теоретическое пояснение: под скоростью химической реакции понимают изменение концентрации одного из участников реакции в единицу времени при неизменном объёме системы. При этом не важно о каком из участвующих в реакции веществ идет речь, так как все они связаны между собой уравнением реакции, а потому по изменению концентрации одного из веществ можно судить о соответствующих изменениях концентрации всех остальных. Концентрацию (С) выражают в моль/л, а время (t) в секундах или минутах.

Средняя скорость реакции равна .

Знак минус ставится потому, что, несмотря на убывание концентрации одного из реагирующих веществ А или В и, следовательно, на отрицательное значение разности С₂ - С₁, С₂ < С₁, DС < О, скорость реакции может быть только положи-тельной величиной. Если же следить за изменением концентрации одного из про-дуктов реакции С или D, то она в ходе реакции будет возрастать С₂ > С₁, DС > О, и поэтому в правой части приведенного уравнения надо ставить знак плюс.

Скорость химической реакции пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ (закон действующих масс): u = k C(A) C(B), где

С(А) и С(В) - молярные концентрации А и В, k - константа скорости реакции зависит от природы веществ и от температуры.

Для гомогенной реакции общего вида: а А + в В = с С + d D

u = k C^a(A) C^b(B)

Уравнение, связывающее скорость реакции с концентрацией реагирующих веществ, называют кинетическим уравнением реакции.

Для гетерогенной реакции вида: 1) А_(г) + 2В_(тв) = АВ_{2 (ж)} u = k ^. С(А)

2) А_(г)+ 2В_(ж) = АВ_{2 (ж)} u = k ^. С(А)

3) А_(ж) + 2В_(тв) = АВ_{2 (ж)} u = k ^. С (А)

Таким образом, в кинетическое уравнение не входит концентрация твёрдого вещества (всегда), а жидкого - в реакции с газом.

Зависимость скорости реакции от температуры определяется правилом Вант-Гоффа, которое математически выражается соотношением: , где

- скорость реакции соответственно при начальной и конечной темпе-ратурах; g - температурный коэффициент, который показывает во сколько раз увеличилась константа скорости реакции при увеличении температуры на 10⁰.

Правило Вант-Гоффа является приближенным, более точно зависимость скорости от температуры выражается уравнением Аррениуса:

, где

A - постоянная, независящая от температуры; e = 2,17828 (основание натураль-ного логарифма); E_акт - энергия активации; R = 8,314 Дж/моль ^. K (газовая постоянная); T - абсолютная температура (Т = t + 273).

Лабораторная работа