Меню

Влияние давления на скорость гомогенной химической реакции

Химия, Биология, подготовка к ГИА и ЕГЭ

Скоростью химической реакции называется количество вещества, вступающего в реакцию или образующегося при реакции за единицу времени в единице объема системы.

Тема большая, зачастую в ней присутствуют формулы для расчета скорости, но в этой статье мы разберем все вопросы в формате подготовки к ЕГЭ.

Факторы, влияющие на

изменение скорости реакции

  • концентрация;
  • площадь поверхности реагентов;
  • катализатор реакции;
  • давление;
  • температура

Теперь разберем каждый фактор отдельно.

1. Влияние концентрации на изменение скорости реакции:

По указанному определению можно записать формулу скорости:

ν — скорость реакции

ΔС — изменение концентрации

Если Δt — примем как постоянную, не меняющуюся величину, то изменение скорости реакции напрямую зависит от изменения концентрации

Изменение скорости реакции прямопропорционально изменению концентрации

Эта зависимость определяется не только уравнением. Есть простая логика — чем больше вещества, тем больше взаимодействие между частицами — тем быстрее идет реакция.

2. Влияние площади поверхности на изменение скорости реакции.

Есть гетерогенные реакции — реакции, в которых есть больше чем одна фаза:

— твердое вещество \ жидкость: Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2

— твердое вещество \ газ: C + O2= CO2

Изменение скорости реакции прямопропорционально площади поверхности

Давайте представим, что кусочек цинка бросили в кислоту. Что будет происходить? Слой за слоем металл будет растворяться.

А что будет если мы внесем в кислоту цинк в виде порошка? Конечно, реакция пройдет намного быстрее.

Есть, конечно, определенные нюансы, но в школьном курсе они не рассматриваются…

3. Влияние температуры на изменение скорости реакции.

Как и в случае концентрации, увеличение температуры увеличивает количество активных столкновений между частицами, что, естественно, увеличивает скорость реакции.

Изменение скорости реакции при повышении температуры соответствует правилу (приблизительному, для точных определений существует ряд формул) —

— при повышении температуры на 10ºС скорость химической реакции возрастает в два — четыре раза.

4. Влияние катализатора на изменение скорости реакции.

Здесь все очень просто. Определение катализа и катализатора говорит само за себя:

катализаторы — это вещества, которые повышают скорость химической реакции. Они вступают во взаимодействие с реагентами с образованием промежуточного химического соединения и освобождаются в конце реакции.

5. Влияние давления на изменение скорости реакции.

А вот на этот пункт стоит обратить внимание.

Давление влияет на изменение скорости реакции именно в газовой среде .

Любой газ занимает весь предоставленный объем — молекулы разлетаются, и число их столкновений уменьшается. Если повысить давление, число активных соударений возрастает, соответственно, скорость реакции увеличивается.

Изменение скорости реакции в газовой фазе прямопропорционально изменению давления

  • в ЕГЭ это вопрос А20 — Скорость реакции, ее зависимость от различных факторов
Читайте также:  Создается давление в расширительном бачке форд

Источник

Влияние давления на скорость реакции

Влияние концентрации на скорость химической реакции

Зависимость скорости реакции от концентрации реагирующих веществ сформулирована в законе действующих масс: При постоянной температуре скорость химической реакции прямо пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ в степенях, равных их стехиометрическим коэффициентам”

Например: для реакции mA + nB → pAB

математическое выражение закона действующих масс:

υ = k [A] m ∙ [B] n (иначе– кинетическое уравнение реакции),

где [A] и [B] концентрации реагирующих веществ А и В; m и n – стехиометрические коэффициенты; k – коэффициент пропорциональности, названный константой скорости.

Физический смысл константы скорости заключается в том, что при концентрациях реагирующих веществ равных 1,0 моль/л([A]=[B] = 1моль/л), скорость химической реакции равна константе скорости (υ=k). Константа скорости зависит только от природы реагирующих веществ и от температуры, но не зависит от концентрации веществ.

Математическая запись закона действующих масс для гомогенных и гетерогенных систем имеет некоторые отличия. Для гетерогенных реакций в кинетическое уравнение входят концентрации только тех веществ, которые находятся в системе в растворе или в газовой фазе. Концентрация же веществ, находящихся в твердом состоянии на поверхности в течение реакции остается постоянной, поэтому ее величина учитывается в константе скорости реакции.

Например: для гомогенной реакции 2H2(г) + O2(г) = 2H2O(г)

выражение закона: υ = k ∙ [H2] 2 ∙ [O2];

для гетерогенной реакции С(тв)+O2(г)=СО2(г)

выражение закона υ = k эф ∙ [O2] ,

где: k эф – эффективная константа скорости, равная k ∙ [Ств]

Как изменится скорость реакции 2H2(г) + O2(г) = 2H2O(г) при увеличении концентрации исходных веществ в два раза?

Зависимость скорости реакции от концентрации (кинетическое уравнение) запишется: υ = k ∙ [H2] 2 ∙ [O2]

Если концентрации исходных веществ увеличить в 2 раза, то кинетическое уравнение имеет вид: υ’ = k ∙ [2 · H2] 2 ∙ [2 ∙ O2], тогда υ’/υ = 8 – скорость данной реакции возросла в 8 раз.

Зависимость скорости реакции от давления описывается выражением аналогичным закону действующих масс, где вместо концентраций веществ используют парциальные давления реагирующих газов.

Например: для реакции 2H2(г) + O2(г) = 2H2O(г) зависимость скорости реакции от давления запишется: υ = k ∙ РH2 2 ∙ РO2

Как изменится скорость реакции, если общее давление в системе CH4(г) + 2O2(г) = CO2(г) + 2H2O(г), если общее давление в системе уменьшить в 5 раз?

Зависимость скорости реакции от давления запишется:

υ = k ∙ Р CH4 ∙Р 2 O2. При уменьшении общего давления в системе уменьшится парциальное давления каждого газа, то есть υ’ = k ∙ Р CH4/5 ∙(РO2/5) 2 . Тогда υ’/υ = 1/5∙5 2 =1/125 — скорость реакции уменьшилась в 125 раз

Читайте также:  Нормализовать давление точечным массажем

Дата добавления: 2014-10-15 ; Просмотров: 7776 ; Нарушение авторских прав?

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник

Скорость реакции, ее зависимость от различных факторов

Скорость химической реакции — изменение количества одного из реагирующих веществ за единицу времени в единице реакционного пространства.

На скорость химической реакции оказывают влияние следующие факторы:

  • природа реагирующих веществ;
  • концентрация реагирующих веществ;
  • поверхность соприкосновения реагирующих веществ (в гетерогенных реакциях);
  • температура;
  • действие катализаторов.

Теория активных столкновений позволяет объяснить влияние некоторых факторов на скорость химической реакции. Основные положения этой теории:

  • Реакции происходят при столкновении частиц реагентов, которые обладают определённой энергией.
  • Чем больше частиц реагентов, чем ближе они друг к другу, тем больше шансов у них столкнуться и прореагировать.
  • К реакции приводят лишь эффективные соударения, т.е. такие при которых разрушаются или ослабляются «старые связи» и поэтому могут образоваться «новые». Для этого частицы должны обладать достаточной энергией.
  • Минимальный избыток энергии, необходимый для эффективного соударения частиц реагентов, называется энергией активации Еа.
  • Активность химических веществ проявляется в низкой энергии активации реакций с их участием. Чем ниже энергия активации, тем выше скорость реакции. Например, в реакциях между катионами и анионами энергия активации очень мала, поэтому такие реакции протекают почти мгновенно

Влияние концентрации реагирующих веществ на скорость реакции

При повышении концентрации реагирующих веществ скорость реакции возрастает. Для того чтобы вступить в реакцию, две химические частицы должны сблизиться, поэтому скорость реакции зависит от числа столкновений между ними. Увеличение числа частиц в данном объеме приводит к более частым столкновениям и к возрастанию скорости реакции.

К увеличению скорости реакции протекающей в газовой фазе приведет повышение давления или уменьшение объема, занимаемого смесью.

На основе экспериментальных данных в 1867 г. норвежские учёные К. Гульдберг, и П Вааге и независимо от них в 1865 г. русский учёный Н.И. Бекетов сформулировали основной закон химической кинетики, устанавливающий зависимость скорости реакции от концентраций реагирующих веществ-

Закон действующих масс (ЗДМ) :
Скорость химической реакции пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ, взятых в степенях равных их коэффициентам в уравнении реакции. («действующая масса» – синоним современного понятия «концентрация»)

аА + bВ = cС +dD, где k – константа скорости реакции

ЗДМ выполняется только для элементарных химических реакций, протекающих в одну стадию. Если реакция протекает последовательно через несколько стадий, то суммарная скорость всего процесса определяется самой медленной его частью.

Читайте также:  Давление при высоком атмосферном давлении помощь

Выражения для скоростей различных типов реакций

ЗДМ относится к гомогенным реакциям. Если реакция геторогенная (реагенты находятся в разных агрегатных состояниях), то в уравнение ЗДМ входят только жидкие или только газообразные реагенты, а твердые исключаются, оказывая влияние только на константу скорости k.

Молекулярность реакции – это минимальное число молекул, участвующих в элементарном химическом процессе. По молекулярности элементарные химические реакции делятся на молекулярные (А →) и бимолекулярные (А + В →); тримолекулярные реакции встречаются чрезвычайно редко.

Скорость гетерогенных реакций

  • Зависит от площади поверхности соприкосновения веществ, т.е. от степени измельчения веществ, полноты смешивания реагентов.
  • Пример — горение древесины. Целое полено горит на воздухе сравнительно медленно. Если увеличить поверхность соприкосновения дерева с воздухом, расколов полено на щепки, скорость горения увеличится.
  • Пирофорное железо высыпают на лист фильтровальной бумаги. За время падения частицы железа раскаляются и поджигают бумагу.

Влияние температуры на скорость реакции

В XIX веке голландский ученый Вант-Гофф опытным путем обнаружил, что при повышении температуры на 10 о С скорости многих реакций возрастают в 2-4 раза.

Правило Вант-Гоффа

При повышении температуры на каждые 10 ◦ С скорость реакции увеличивается в 2-4 раза.

Здесь γ (греческая буква «гамма») — так называемый температурный коэффициент или коэффициент Вант-Гоффа, принимает значения от 2 до 4.

Для каждой конкретной реакции температурный коэффициент определяется опытным путем. Он показывает, во сколько именно раз возрастает скорость данной химической реакции (и ее константа скорости) при повышении температуры на каждые 10 градусов.

Правило Вант-Гоффа используется для приближенной оценки изменения константы скорости реакции при повышении или понижении температуры. Более точное соотношение между константой скорости и температурой установил шведский химик Сванте Аррениус:

Чем больше Ea конкретной реакции, тем меньше (при данной температуре) будет константа скорости k (и скорость) этой реакции. Повышение Т приводит к увеличению константы скорости, это объясняется тем, что повышение температуры приводит к быстрому увеличению числа «энергичных» молекул, способных преодолевать активационный барьер Ea.

Влияние катализатора на скорость реакции

Можно изменить скорость реакции, используя специальные вещества, которые изменяют механизм реакции и направляют ее по энергетически более выгодному пути с меньшей энергией активации.

Катализаторы – это вещества, участвующие в химической реакции и увеличивающие ее скорость, но по окончании реакции остающиеся неизменными качественно и количественно.

Ингибиторы – вещества, замедляющие химические реакции.

Изменение скорости химической реакции или ее направления с помощью катализатора называют катализом.

Источник

Adblock
detector