Воспользуйтесь поиском к примеру Реферат        Грубый поиск Точный поиск
Вхід в абонемент


Интернет реклама УБС






Химическая кинетика

§ 4 Закон действующих масс. Константа скорости химических реакций,

переноса.

Теоретические сведения.

Химическая кинетика - раздел физической химии, изучающий скорость и механизм химических реакций, а также зависимость скорости протекания реакций от различных факторов.

Среднюю скорость химической реакции V в данном промежутке времени находится по формуле:

V = С2-С1/ф2-ф1 (1)

где С1 - концентраия одной из реагирующих веществ в момент времени ф1; С2 - концентрация этого же вещества в момент времени ф2.

Основными факторами, влияющими на скорость реакции является концентрации реагирующих веществ и температура.

Зависимость скорости химических реакций от концентрации реагирующих веществ выражается законом действующих масс: скорость химических реакций прямо пропорциональна произведению молярных концентраций реагирующих веществ, взятых в степенях, которые равны стехиометрическим коэффициентам соответствующих веществ в уравнении реакции.

Например, для реакции

N1А + n2В + n3С> n4D + n5F + ...

закон действующих масс можно математически записать так:

V = -dc/dф = k * [A] nl [В] n2 [С] n3 (2)

Где [А], [В], [С] - концентрации веществ А, В, С (моль /л) в данный момент времени.

n1, n2, n3 - соответствующие концентрациям стехиометрические коэффициенты.

k - коэффициент пропорциональности, называемый константой скорости реакции.

Константа скорости представляет собой скорость реакции, когда концентрации всех исходных веществ равны 1 моль /л.

Молекулярность реакции определяется количеством частиц, участвующих в элементарном стадии реакции. Простые реакции могут быть мономолекулярными, биомолекулярные, тримолекулярного.

Порядок реакции - это сумма величин показателей степеней n1 + n2 + n3 (см. формулу 2) при значениях концентраций веществ А, В, С в кинетическом уравнении. Порядок реакций составляет величину 0чЗ.

Если реакция простая, то Молекулярность и порядок реакции совпадают.

Для реакции 1-го порядка константа скорости определяется уравнением

k = l /t ln C0 /C (3)

или k = 2,303 /t Ig C0 /C (4)

Для реакции II-го порядка константа скорости определяется по уравнению:

k = C0 - C /t Co (C 5)

где C0 - начальная концентрация вещества, моль /л

С - концентрация того же вещества в момент времени t.

Для реакций первого порядка, если концентрация вещества уменьшилась вдвое, то С0 /С = 2, k = l /t In2

k = 0,693 /t (6)

t1 /2 = 0,693 /k (7)

t1 /2 - период полураспада - время, за которое концентрация вещества уменьшается наполовину.

Поскольку константа скорости обратно пропорциональна периоду полураспада, то она измеряется в с-1 и не зависит от концентрации вещества, поэтому в расчетах для реакций I-го порядка вместо концентраций можно пользоваться линейными параметрами прямо пропорционально связанными с концентрацией: оптической плотностью , электропроводностью раствора объемом титранта и т.д..

Для реакций второго порядка константа имеет размерность [л с-1 моль-1].

t1 /2 = l /k * C0 (8)

Порядок реакции не всегда совпадает с Молекулярность. Его определяют опытным путем.

Подставляя в уравнение (4) и (5) начальную концентрацию и концентрацию вещества в момент времени t, рассчитаем константа скорости реакции. Порядок реакции принимается такой, по формуле которого получаем наиболее постоянная величина для k.

Порядок реакции может быть определен также по периоду полураспада. Если t1 - время, в течение которого концентрация реагирующего вещества С1 переменная 50%, а t2 - перод полураспада вещества, концентрация которого С2, то

t1 /t2 = C2в-1 /C1в-1 (9)

где Я - порядок реакции.

Для реакции первого порядка t1 = t2, а для реакции II-го порядка период полураспада и начальная концентрация обратно пропорциональна между собой.

Примеры решения задач

Пример 1.

Как изменится скорость прямой и обратной реакции, если увеличится давление в 3 раза.

N2 + 3H2-2NH3

Решение.

Запишем по закону действующих масс выражения для костей прямой и обратной реакции.

Vnp = k [N2] [H2] 3

Vзв = k [NH3] 2

Если увеличить давление в 3 раза, то объем газовой смеси уменьшится в 3 раза, а молярные концентрации данных веществ в этом объеме увеличатся в 3 раза.

При увеличении давления в 3 раза вине станут 3 [N2], 3 [Н2] и 3 [МНВ]. Запишем выражение для скорости прямой и обратной реакции после увеличения давления

Vьпр = k 3 [N2] 3 [H2] 3 = k 81 [N2] [H2]

Vьзв = k (3 [NH3]) 2 = 9 k [NH3]

Vnp /V'np = 81; Vзв /Vьзв = 9

Следовательно, при увеличении давления в 3 раза скорость прямой реакции увеличится в 81 раз, а скорость обратной реакции в 9 раз.

Пример 2.

Реакция распада перекиси водорода в водном растворе протекает как реакция I-го порядка. Период полураспада при данном условии равна 15,86 мин. Определить, сколько времени требуется для разложения 90% перекиси водорода.

Решение

Запишем выражения для вычисления константы скорости реакции I-го порядка (4) и (6)

k = 2,303 /t Ig C0 /C

k = 0,693 /t

Зная период полураспада вычислим константу скорости реакции разложения Н2О2.

k = 0,693 /15,86 = 0,0437 (мин)

Поскольку данная реакция протекает как реакция I-го порядка, то значение концентрации заменены их соотношениями в процентах:

В начальный момент времени концентрация - 100%

В момент времени t - 100-90 = 10%

Определим сколько времени требуется для разложения 90% Н2О2.

t = 2,303 /k * lg l00 /10

t = 2,303 /0,0437 * lg l0 = 52,7 (мин).

Пример 3.

Расписание перекиси водорода в водном растворе представляет собой реакцию I-го порядка. Количество перекиси водорода в реагирующей смеси определяли титрованием перманганатом калия. Данные записывают в таблицу

МОм. времени, t, мин. | 0 | 10 | 20

V KMnO4, мл | 22,8 | 13,8 | 8,25

Вычислить среднее значение скорости реакции.

Решение

Запишем выражение для вычисления константы скорости реакции I-го порядка (4):

k = 2,303 /t Ig C0 /C

Вместо значений концентраций в вычислениях будем пользоваться объемами принятого титранта. Вычислить К1: через 10 минут, V = 13,8

k1 = 2,303 /10 Ig 22,8 /13,8 = 0,0502 (мин-1)

Аналогично вычисляем


Страницы: 1 2 3 4