 |
Главная Случайная страница Контакты | Мы поможем в написании вашей работы! | |
Закон действующих масс
|
|
При постоянной температуре скорость химической реакции прямо пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ, взятых в степенях, равных стехиометрическим коэффициентам в уравнении реакции.
Для реакции aA + bB = mM + nN кинетическое уравнение закона действующих масс имеет вид:
ν = kсa (А) сb (В), (2.24)
где ν – скорость реакции; k – коэффициент пропорциональности, называемый константой скорости химической реакции.
Константа скорости химической реакции не зависит от концентрации реагентов, а определяется природой реагирующих ве-ществ и условиями протекания реакций (температурой, наличием катализатора). Для конкретной реакции, протекающей при дан-ных условиях, константа скорости есть величина постоянная.
Пример 1. Напишите кинетическое уравнение закона действующих масс для реакции 2NO(Г) + Cl2(Г) = 2NOCl(Г).
Решение. Уравнение (2.24) для данной химической реакции имеет вид: ν = kс 2(NO) с (Cl2).
В уравнение закона действующих масс для гетерогенных хи-мических реакции входят только концентрации веществ в газо-вой или жидкой фазах. Концентрация вещества, находящегося в твердой фазе, обычно постоянна и входит в константу скорости.
Пример 2. Напишите кинетическое уравнение закона действующих масс для реакций:
а) 4Fe(Т) + 3О2(Г) = 2Fe2О3(Т); б) CaCO3(Т) = CaO(Т) + CO2(Г).
Решение. Уравнение (2.24) будет иметь следующий вид:
а) ν = kс 3(O2); б) ν = k.
Поскольку карбонат кальция − твердое вещество, концентрация которого практически не изменяется в ходе реакции, то есть в данном случае скорость реакции при определенной температуре постоянна.
Пример 3. Во сколько раз увеличится скорость реакции окисления оксида азота (II) кислородом, если концентрации реагентов увеличить в два раза?
Решение. Запишем уравнение реакции 2NO + О2 = 2NO2.
Обозначим начальные и конечные концентрации реагентов соответственно с 1(NO), с 1(O2) и с 2(NO), с 2(О2). Начальную и конечную скорости реакций обозначим ν 1, ν 2. Тогда в соответствии с уравнении-ем (2.24) получим:
ν 1 = kс 12(NO) с 1(О2).
По условию с 2(NO) = 2 с 1(NO), с 2(О2) = 2 с 1(О2).
Находим ν 2 = k (2 с 1)2(NO)2 с 1(О2).
Определим, во сколько раз увеличится скорость реакции:
ν 2 / ν 1 = k 4 с 12(NO)2 с 1(О2) / kс 12(NO) с 1(О2) = 8.
Ответ: в 8 раз.
Влияние давления на скорость химической реакции наиболее существенно для процессов с участием газов. При изменении давления в n раз в n раз уменьшается объем и в n раз возрастает концентрация, и наоборот.
Пример 4. Во сколько раз возрастет скорость химической реакции между газообразными веществами, реагирующими по уравнению
А + В = С, если увеличить давление в системе в 2 раза?
Решение. Используя уравнение (2.24), выразим скорость реакции до увеличения давления: ν 1 = kс 1(А) с 1(В).
Кинетическое уравнение после увеличения давления будет иметь следующий вид: ν 2 = kс 2(А) с 2(В).
При увеличении давления в 2 раза объем газовой смеси согласно закону Бойля–Мариотта (рV = const) уменьшится также в 2 раза. Следовательно, концентрация веществ возрастет в 2 раза.
Таким образом, c 2(А) = 2 c 1(А), c 2(В) = 2 c 1(В). Тогда ν 2 = k 2c1(А)2 c 1(В).
Определим, во сколько раз возрастет скорость реакции при увеличении давления:
ν 2 / ν 1 = k 2 c 1(А)2 c 1(В) / kc 1(А) c 1(В) = 4.
Ответ: в 4 раза.
Пример 5. Начальные концентрации NH3 и О2 равны соответ-ственно 2,00 моль/дм3 и 3,00 моль/дм3. Определите их концентрации в момент времени, когда прореагирует 30 % NH3 для реакции 4NH3 + + 5О2 = 4NO + 6Н2О.
Решение. В подобных задачах подразумевается, что объем реак-ционной системы со временем не изменяется. Пусть объем системы равен 1 дм3, тогда концентрации реагентов, как следует из формулы с (В) = n (В) / V, численно равны их количествам, то есть n (NH3) = = 2 моль и n (O2) = 3 моль.
Далее решаем задачу с использованием количества вещества, а затем определяем концентрации по формуле с (В) = n (В) / V.
Рассчитаем количество прореагировавшего аммиака: n прор.(NH3) = = n 1(NH3) ∙ 0,3 = 2 ∙ 0,3 = 0,6 моль. Тогда количество оставшегося ам-миака равно: n 2(NH3) = 2,00 – 0,6 = 1,4 моль, а его концентрация: с 2(NH3) = n (NH3) / V = 1,4 моль / 1 дм3 = 1,4 моль/дм3.
Находим количество прореагировавшего кислорода. Согласно урав-нению реакции, 4 моль NH3 реагирует с 5 моль О2, а 0,6 моль прореа-гировавшего NH3 будет взаимодействовать с х моль О2.
4 моль NH3 – 5 моль О2; 0,6 моль NH3 – х моль О2.
Отсюда х = 0,6 ∙ 5/ 4 = 0,75 моль.
Тогда количество оставшегося кислорода равно:
n 2(O2) = n 1(O2) – n прор(O2) = 3,00 – 0,75 = 2,25 моль;
с 2(O2) = n (О2) / V = 2,25 моль / 1дм3 = 2,25 моль/дм3.
Ответ: 1,4 моль/дм3 NH3; 2,25 моль/дм3 О2.
При решении задач необходимо учитывать, что концентра-ции реагирующих веществ со временем уменьшаются, а концен-трации продуктов растут.
Дата публикования: 2014-11-04; Прочитано: 16337 | Нарушение авторского права страницы | Мы поможем в написании вашей работы!
