Примеры скорость химической реакции: Скорость химических реакций и факторы от которых она зависит

Содержание

Скорость химических реакций и факторы от которых она зависит

В жизни мы сталкиваемся с разными химическими реакциями. Одни из них, как ржавление железа, могут идти несколько лет. Другие, например, сбраживание сахара в спирт, — несколько недель. Дрова в печи сгорают за пару часов, а бензин в моторе — за долю секунды.

Чтобы уменьшить затраты на оборудование, на химических заводах повышают скорость реакций. А некоторые процессы, например, порчу пищевых продуктов, коррозию металлов, — нужно замедлить.

Скорость химической реакции можно выразить как изменение количества вещества (n, по модулю) в единицу времени (t) — сравните скорость движущегося тела в физике как изменение координат в единицу времени: υ = Δx/Δt. Чтобы скорость не зависела от объема сосуда, в котором протекает реакция, делим выражение на объем реагирующих веществ (v), т. е. получаем изменение количества вещества в единицу времени в единице объема, или изменение концентрации одного из веществ в единицу времени:

           n2 − n1            Δn
υ = –––––––––– = –––––––– = Δс/Δt    (1)
      (t2 − t1) • v         Δt • v

где c = n / v — концентрация вещества,

Δ (читается «дельта») — общепринятое обозначение изменения величины.

Если в уравнении у веществ разные коэффициенты, скорость реакции для каждого из них, рассчитанная по этой формуле будет различной. Например, 2 моль серни́стого газа прореагировали полностью с 1 моль кислорода за 10 секунд в 1 литре:

2SO2 + O2 = 2SO3

Скорость по кислороду будет: υ = 1 : (10 • 1) = 0,1 моль/л·с

Скорость по серни́стому газу: υ = 2 : (10 • 1) = 0,2 моль/л·с — это не нужно запоминать и говорить на экзамене, пример приведен для того, чтобы не путаться, если возникнет этот вопрос.

Скорость гетерогенных реакций (с участием твердых веществ) часто выражают на единицу площади соприкасающихся поверхностей:

          Δn
υ = ––––––           (2)
        Δt • S

Гетерогенными называются реакции, когда реагирующие вещества находятся в разных фазах:

  • твердое вещество с другим твердым, жидкостью или газом,
  • две несмешивающиеся жидкости,
  • жидкость с газом.

Гомогенные реакции протекают между веществами в одной фазе:

  • между хорошо смешивающимися жидкостями,
  • газами,
  • веществами в растворах.

Условия, влияющие на скорость химических реакций

1)   Скорость реакции зависит от природы реагирующих веществ. Проще говоря, разные вещества реагируют с разной скоростью. Например, цинк бурно реагирует с соляной кислотой, а железо довольно медленно.

2)   Скорость реакции тем больше, чем выше концентрация веществ. С сильно разбавленной кислотой цинк будет реагировать значительно дольше.

3)   Скорость реакции значительно повышается с повышением температуры. Например, для горения топлива необходимо его поджечь, т. е. повысить температуру. Для многих реакций повышение температуры на 10° C сопровождается увеличением скорости в 2–4 раза.

4)   Скорость гетерогенных реакций увеличивается с увеличением поверхности реагирующих веществ. Твердые вещества для этого обычно измельчают. Например, чтобы порошки железа и серы при нагревании вступили в реакцию, железо должно быть в виде мелких опилок.

Обратите внимание, что в данном случае подразумевается формула (1)! Формула (2) выражает скорость на единице площади, следовательно не может зависеть от площади.

5)   Скорость реакции зависит от наличия катализаторов или
ингибиторов.

Катализаторы — вещества, ускоряющие химические реакции, но сами при этом не расходующиеся. Пример — бурное разложение перекиси водорода при добавлении катализатора — оксида марганца (IV):

2H2O2 = 2H2O + O2

Оксид марганца (IV) остается на дне, его можно использовать повторно.

Ингибиторы — вещества, замедляющие реакцию. Например, для продления срока службы труб и батарей в систему водяного отопления добавляют ингибиторы коррозии. В автомобилях ингибиторы коррозии добавляются в тормозную, охлаждающую жидкость.

Еще несколько примеров:

Условия Примеры
Природа реагирующих веществ Многие вещества хранятся годами, а перекись водорода разлагается: 2Н2О2 = 2Н2О + О2
Их концентрация Чистая перекись водорода разлагается со взрывом, а в растворе — за несколько месяцев
Температура В прохладном месте раствор Н2О2 сохраняется довольно долго
Присутствие катализаторов и ингибиторов Раствор Н2О2, поступающий в продажу, содержит ингибиторы, чтобы лучше хранился. Но если к нему добавить щепотку MnO2 в качестве катализатора — происходит бурное выделение кислорода

автор: Владимир Соколов

Нужны примеры реакций. Хелп! Вопрос 3 § 14 Химия 9 класс Рудзитис, Фельдман

Скорость химической реакции зависит от
природы реагирующих веществ.
Металлы с одним и тем же веществом —
водой — реагируют с различными скоростями.
Литий энергично реагирует с водой с выделением
водорода и образованием щелочи — гидроксида
лития.
 
Калий реагирует со взрывом и горит фиолетовым
пламенем на поверхности воды.
 
Цинк бурно реагирует с соляной кислотой, а
железо довольно медленно.
 
Фтор с водородом реагирует со взрывом при
комнатной температуре:
 
Бром с водородом взаимодействует медленно и
при нагревании:
 
 
Для веществ в растворенном состоянии и
газов скорость химических реакций зависит от
концентрации реагирующих веществ.
1.     Горение веществ в чистом кислороде происхо-
дит интенсивнее, чем в воздухе, где концентрация
кислорода почти в пять раз меньше.

2.     При реакции цинка с раствором серной кис-
лоты большей концентрации, скорость выделения
водорода выше.

Это объясняется тем, что для осуществления
химического взаимодействия веществ А и 5, их мо-
лекулы (частицы) должны столкнуться. Чем больше
столкновений, тем быстрее протекает реакция. От-
сюда сформулирован основной закон химической
кинетики: скорость химической реакции пропор-
циональна произведению концентраций реагирую-
щих веществ. Зависимость скорости химической
реакции от концентрации реагирующих веществ
справедлива для газов и реакций, протекающих в
растворах, так как при реакции с участием твердых
веществ в этих случаях взаимодействие молекул
происходит не во всем объеме реагирующих ве-
ществ, а лишь на поверхности.
Для веществ в твердом состоянии скорость
реакции прямо пропорциональна поверхности
реагирующих веществ.
1.     Вещества железо и сера в твердом состоянии
реагируют достаточно быстро лишь при предвари-
тельном измельчении и перемешивании.
 
2.    Взаимодействие соляной кислоты с Zn, в виде
гранул происходит медленнее, чем в виде порошка

3.    Уголь в виде больших кусков сгорает в печи
медленнее, чем измельченный

Чем сильнее измельчено твердое вещество, тем
больше его поверхность, а значит, скорость реакции
выше.
 
При повышении температуры на каждые
10°С скорость большинства реакций увеличивается в 2—4 раза.
1.    Со многими веществами кислород начина-
ет реагировать с заметной скоростью уже при
обыкновенной температуре. При повышении темпе-
ратуры начинается горение. Медь при нагревании
в кислороде (и на воздухе) не горит, а «спокойно»
превращается в черный порошок оксида меди:

Железо горит в чистом кислороде, разбрасывая
в виде ярких искр частички раскаленной железной
окалины:

2.    Водород восстанавливает оксиды металлов
при нагревании, при комнатной температуре эта
реакция не идет.
 
3.    Взаимодействие оксида меди (II) с соляной
кислотой происходит как при комнатной температу-
ре, так и при нагревании, однако во втором случае
реакция протекает быстрее:

Скорость химических реакций зависит от
наличия катализаторов.
1.    Разложение бертолетовой соли и пероксида
водорода ускоряется в присутствии катализатора
оксида марганца (IV):
 
Окисление оксида серы (IV) в оксид серы (VI)
ускоряется оксидом ванадия (V).
 
2.    С водородом Mg непосредственно не взаимо-
действует, но при наличии катализатора и повышен-
ных температур такое взаимодействие возможно:
 
3.    Реакция конверсии оксида углерода необхо-
дима в промышленности и протекает по реакции:
  
При этом смещение равновесия вправо осу-
ществляется катализатором и повышенной темпе-
ратурой.
Ферменты — природные катализаторы. Участ-
вуют практически во всех биохимических реакциях,
протекающих в живых организмах.
 

На конкретных примерах укажите основные факторы, влияющие на скорость химических реакций.

1) Скорость реакции зависит от природы реагирующих веществ.

Металлы реагируют с соляной кислотой с различной скоро- стью: магний реагирует быстрее железа, а медь не реагирует вовсе (за скоростью реакции легко следить по выделению пузырьков водорода).

Галогены реагируют с водородом с различной скоростью, например хлор быстрее йода:

2) Для веществ в растворенном состоянии и газов скорость реакции зависит от концентрации реагирующих веществ.

Оксид азота (II) реагирует с чистым кислородом быстрее, чем с воздухом, в котором кислорода около 20% (за изменением скорости реакции легко наблюдать, так как исходные вещества бесцветны, а оксид азота (IV) окрашен в коричневый цвет).

3) Для веществ в твердом состоянии скорость реакции прямо пропорциональна поверхности реагирующих веществ.

Чем сильнее измельчено твердое вещество, тем больше его поверхность. Уголь в виде больших кусков сгорает в печи медленнее, чем измельченный:

Железные опилки реагируют с раствором сульфата меди быстрее, чем железная пластинка такой же массы:

4) При повышении температуры на каждые 10°С скорость большинства реакций увеличивается в 2–4 раза.

Железо при обычной температуре реагирует с хлором очень медленно, при высокой же температуре протекает бурная реакция (железо горит в хлоре):

Водород восстанавливает оксиды металлов при нагревании, при комнатной температуре эта реакция не идет.

5) Скорость реакции зависит от присутствия некоторых веществ (катализаторов и ингибиторов).

Реакция синтеза аммиака из азота и водорода протекает только в присутствии катализаторов (железа со специальными добавками):

Реакция окисления аммиака также протекает только в присутствии катализатора (платины):

Скорость химических реакций

Скорость реакции определяется изменением молярной концентрации одного из реагирующих веществ:

V = ± ((С2 — С1) / (t2 — t1)) = ± (DС / Dt)

где С1 и С2 — молярные концентрации веществ в моменты времени t1 и t2 соответственно (знак (+) — если скорость определяется по продукту реакции, знак (-) — по исходному веществу).

Реакции происходят при столкновении молекул реагирующих веществ. Ее
скорость определяется количеством столкновений и вероятностью того, что
они приведут к превращению. Число столкновений определяется
концентрациями реагирующих веществ, а вероятность реакции — энергией
сталкивающихся молекул.
Факторы, влияющие на скорость химических реакций.

1. Природа реагирующих веществ.
Большую роль играет характер химических связей и строение молекул
реагентов. Реакции протекают в направлении разрушения менее прочных
связей и образования веществ с более прочными связями. Так, для разрыва
связей в молекулах H2 и N2 требуются высокие энергии; такие молекулы мало реакционноспособны. Для разрыва связей в сильнополярных молекулах (HCl, H2O)
требуется меньше энергии, и скорость реакции значительно выше. Реакции
между ионами в растворах электролитов протекают практически мгновенно.

Примеры

Фтор с водородом реагирует со взрывом при комнатной температуре, бром с водородом взаимодействует медленно и при нагревании.

Оксид кальция вступает в реакцию с водой энергично, с выделением тепла; оксид меди — не реагирует.

2. Концентрация. С увеличением
концентрации (числа частиц в единице объема) чаще происходят
столкновения молекул реагирующих веществ — скорость реакции возрастает.
Закон действующих масс (К. Гульдберг, П.Вааге, 1867г.)

Скорость химической реакции прямо пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ.

aA + bB + . . . ® . . .

V = k


Константа скорости реакции k зависит
от природы реагирующих веществ, температуры и катализатора, но не
зависит от значения концентраций реагентов.

Физический смысл константы скорости
заключается в том, что она равна скорости реакции при единичных
концентрациях реагирующих веществ.

Для гетерогенных реакций концентрация твердой фазы в выражение скорости реакции не входит.

3. Температура. При повышении температуры на каждые 10°C скорость реакции возрастает в 2-4 раза (Правило Вант-Гоффа). При увеличении температуры от t1 до t2 изменение скорости реакции можно рассчитать по формуле:



(t2 — t1) / 10
Vt2 / Vt1 = g




(где Vt2 и Vt1 — скорости реакции при температурах t2 и t1 соответственно; g- температурный коэффициент данной реакции).

Правило Вант-Гоффа применимо только в узком интервале температур. Более точным является уравнение Аррениуса:

k = A


где

A — постоянная, зависящая от природы реагирующих веществ;

R — универсальная газовая постоянная [8,314 Дж/(моль

  • К) = 0,082 л атм/(моль К)];


Ea — энергия активации, т.е. энергия, которой должны обладать
сталкивающиеся молекулы, чтобы столкновение привело к химическому
превращению.

Энергетическая диаграмма химической реакции.



Экзотермическая реакция Эндотермическая реакция

А — реагенты, В — активированный комплекс (переходное состояние), С — продукты.

Чем больше энергия активации Ea, тем сильнее возрастает скорость реакции при увеличении температуры.

4. Поверхность соприкосновения
реагирующих веществ. Для гетерогенных систем (когда вещества находятся
в разных агрегатных состояниях), чем больше поверхность
соприкосновения, тем быстрее протекает реакция. Поверхность твердых
веществ может быть увеличена путем их измельчения, а для растворимых
веществ — путем их растворения.

5. Катализ. Вещества, которые
участвуют в реакциях и увеличивают ее скорость, оставаясь к концу
реакции неизменными, называются катализаторами.
Механизм действия катализаторов связан с уменьшением энергии активации
реакции за счет образования промежуточных соединений. При гомогенном катализе реагенты и катализатор составляют одну фазу (находятся в одном агрегатном состоянии), при гетерогенном катализе
— разные фазы (находятся в различных агрегатных состояниях). Резко
замедлить протекание нежелательных химических процессов в ряде случаев
можно добавляя в реакционную среду ингибиторы (явление «отрицательного катализа»).

1. Химические реакции. Интернет-урок 4.2. Скорость химических реакций

ПРЕДМЕТ

Химия

КЛАСС

11

НАЗВАНИЕ ЗАНЯТИЯ

4. Химические реакции

НАЗВАНИЕ ИНТЕРНЕТ-УРОКА

Интернет-урок 4.2. Скорость химических реакций

АВТОР-РАЗРАБОТЧИК

Тележинская Е.Л.

Содержание занятия 1. Химические реакции

Интернет-урок 1. Классификация химических реакций

Интернет-урок 2. Скорость реакции, её зависимость от различных факторов

Интернет-урок 3. Обратимость реакций. Химическое равновесие

Ключевой вопрос Интернет-урока

Подводка:

Представьте, что вы сотрудник медицинской корпорации, в которой выпускают лекарство от тяжелой болезни, позволяющее вылечить недуг многих людей. Стратегия вашего предприятия – скорость разработки и скорость воздействия лекарства на организм. Управлять скоростями очень важно. Многие промышленные химические реакции (например, синтез аммиака или синтез лекарственных препаратов) хотелось бы ускорить. Другие реакции (например, коррозию металлов) хотелось бы замедлить. Возникает вопрос, от чего зависит скорость реакции? Что произойдёт с продуктами реакций одного и того же вещества, если: а) изменить температуру, б) уменьшать концентрацию вещества, в) изменить площадь контакта веществ друг с другом?

п/п

Содержание

Связанные элементы правого поля

1.

Вспоминаем

Подводка

Кинетика – наука о скоростях химических реакций. Скорость химической реакции – число элементарных актов химического взаимодействия, протекающих в единицу времени в единицу объема (гомогенные) или на единице поверхности (гетерогенные).

Истинная скорость реакции определяется по формуле:

ММО интерактивный рисунок истинная скорость химической реакции

Художнику

Нарисовать истинную формулу скорости реакции, как рукописный вариант:

Конец объекта

1.1. Это интересно. Скорость и производство.

1.2. Это интересно. Скорость в быту.

1.3. Это интересно. ИКТ компетентность.

1.4. Это интересно. Химическая кинетика.

2.

Тип объекта: Заметки в рабочую тетрадь

Подводка

Факторы, влияющие на скорость химической реакции

Для гомогенных, гетерогенных реакций:

1) концентрация реагирующих веществ;

2) температура;

3) катализатор;

4) ингибитор.

Только для гетерогенных:

1) скорость подвода реагирующих веществ к поверхности раздела фаз;

2) площадь поверхности.

Главный фактор – природа реагирующих веществ – характер связи между атомами в молекулах реагентов.

Приведите примеры реакций и веществ.

Запишите свой ответ здесь

Тип объекта: ЗТФ — Растаскивание по колонкам

Название: Скорость реакции

Содержание объекта:

Вы уже знакомы с факторами, влияющими на скорость протекания химических реакций. Разнеси химические реакции по соответствующим колонкам.

Самые медленные реакции

Быстрые реакции

Самые быстрые реакции

Элементы для перетаскивания: Zn и О2, CuS и HCl (р-р), Zn и HCl (1% р-р), Mg и HCl (р-р), AgCl и Mg(NO3)2, MgCO3 и HNO3(р-р), KOH(р-р) и HNO3(р-р), ZnCl2(р-р) и NaOH(р-р).

Правильный ответ:

Самые медленные реакции

Быстрые реакции

Самые быстрые реакции

Zn и О2

CuS и HCl (р-р)

Zn и HCl (1% р-р)

Mg и HCl (рр)

AgCl и Mg(NO3)2

MgCO3 и HNO3(р-р)

KOH(р-р) и HNO3(р-р)

ZnCl2(р-р) и NaOH(р-р)

Конец объекта

2.1. Экология и скорость реакции.

2.2. Практическая работа. Техника безопасности

2.3 Опыт 1

2.4. Опыт 2

2.5. Опыт 3

2.6. Опыт 4

2.7. Опыт 5

1.1.Это интересно. Скорость и производство.

Гиперссылка:

Скорость реакции может быть как положительным, так и отрицательным фактором на промышленном предприятии.

Положительное значение на производстве. Например, ускорение реакции (при повышении температуры) спиртового брожения, на заводе по производству спирта, даст больше спирта за тот же промежуток времени. Соответствующая реакция:

C6H12O6 = 2C2H5OH + 2CO2.

Художнику: Вставить рисунок или данную фотографию

Ссылка на рисунок: http://freeppt4u.com/u/storage/ppt_1855/16ce4-1382195691-15.jpg

Отрицательное значение на производстве: Например, на молочном производстве увеличение скорости реакции спиртового брожения, даст уже отрицательный эффект.

Художнику: Вставить рисунок или данную фотографию

Вставить фотография: http://www.mmrusskih.ru/uploads/images/pictures/p_57.jpg

Тип объекта: Задание с открытым ответом/ЗОО

Название: Спиртовое и молочнокислое брожение

Содержание объекта:

Крупнейшим российским поставщиком этилового спирта из пищевого сырья является ОАО «РОССПИРТПРОМ», рейтинг «Топ-50 компаний-производителей сырого молока» возглавляет ООО «ЭкоНиваАгро». Запишите соответствующую реакцию брожения на предприятии ООО «ЭкоНиваАгро»

Приступить к выполнению

Конец объекта

1.2. Это интересно. Скорость в быту.

Гиперссылка:

Положительное значение в быту. Чистящие вещества, содержащие кислоты, позволяют быстро растворить известковый налет, но они так же отрицательно влияют, например, на хромовое покрытие смесителей для воды и т. д., поэтому в чистящие вещества добавляют специальные ингибиторы для уменьшения скорости реакций кислот с металлами.

Отрицательное значение в быту. Ускорение процессов гниения (разложение азотсодержащих органических соединений, в результате их ферментативного гидролиза).

Конец гиперссылки.

1.3. Это интересно. ИКТ компетентность.

Тип объекта: Задание с открытым ответом/ЗОО

Название: Приводим примеры и рассуждаем

Содержание объекта: Выберите положительное или отрицательное значение скорости химических реакций в быту и подготовьте устное сообщение, которое необходимо записать на диктофон или смартфон, загрузить данный файл в облако, скопировать ссылку на свой аудиофайл, вставить данную ссылку в «Запишите свой ответ». Если вы пока не умеете выполнять данные действия, то обратитесь за помощью к учителю информатики, и он объяснит вам, как работают облачные сервисы. Ваш рассказ должен длиться ровно 1 минуту.

Приступить к выполнению

Конец объекта

Гиперссылка:

1.4. Это интересно. Химическая кинетика.

Гиперссылка:

Объект 1С: http://online.obr.1c.ru/library.html#searchMode=0&searchState=2&id=4423&type=1&title=%25D0%25A5%25D0%25B8%25D0%25BC%25D0%25B8%25D1%2587%25D0%25B5%25D1%2581%25D0%25BA%25D0%25B0%25D1%258F+%25D0%25BA%25D0%25B8%25D0%25BD%25D0%25B5%25D1%2582%25D0%25B8%25D0%25BA%25D0%25B0+%25D0%25B8+%25D1%2580%25D0%25B0%25D0%25B2%25D0%25BD%25D0%25BE%25D0%25B2%25D0%25B5%25D1%2581%25D0%25B8%25D0%25B5&resource-type=dlr&simpleSearchQuery=%25D0%259E%25D0%25B1%25D1%2580%25D0%25B0%25D1%2582%25D0%25B8%25D0%25BC%25D0%25BE%25D1%2581%25D1%2582%25D1%258C+%25D1%2580%25D0%25B5%25D0%25B0%25D0%25BA%25D1%2586%25D0%25B8%25D0%25B9.+%25D0%25A5%25D0%25B8%25D0%25BC%25D0%25B8%25D1%2587%25D0%25B5%25D1%2581%25D0%25BA%25D0%25BE%25D0%25B5+%25D1%2580%25D0%25B0%25D0%25B2%25D0%25BD%25D0%25BE%25D0%25B2%25D0%25B5%25D1%2581%25D0%25B8%25D0%25B5&view=search

2.1. Экология и скорость реакции.

Гиперссылка:

Последнее время в мире все чаще говорят про вред, который наносят окружающей среде полиэтиленовая упаковка, так как средний период полураспада полиэтилена составляет около 100 лет. Именно поэтому, достаточно актуальной темой является применение только экологически чистых материалов, которые будут полностью безопасны для окружающей среды.

Уже с весны этого года, многие компании начали переходить на новую, экологически чистую полиэтиленовую упаковку — биопакеты, тем самым участвуя в программе защиты окружающей среды.

Биопакеты не загрязняют окружающую среду. Специальная добавка d2W при изготовлении служит катализатором, который ускоряет процесс разложения. Полное время распада происходит за 3 года. Период распада зависит от факторов окружающей среды. В итоге полиэтиленовые пакеты полностью распадаются на безопасные для природы частицы — вода, гумус, углекислый газ.

Гиперссылка: добавка d2W

Биоразлагаемая добавка d2w: что это?

— Представляет собой мастербатч.
— Вводится в полимер в соотношении 1% добавки к 99% основного материала.
— Применяется в производстве изделий из полиэтилена, полипропилена, полистирола.
— Разлагает полимеры через заданный период времени (от нескольких месяцев до нескольких лет).
— Безопасна для контакта с пищевыми продуктами — подтверждено сертификатами испытаний ведущих лабораторий мира, в частности сертификатом лаборатории RAPRA.
— Производитель — Symphony Environmental Technologies plc, Великобритания

Добавка d2w: где используется?

— Пакеты для различных нужд.
— Изделия для медицины (перчатки, бахилы, фартуки).
— Полимерные пленки для упаковки продуктов питания, сигарет, одежды, журналов и т. д.
— Укрывные, пузырчатые пленки.
— Жесткая упаковка (одноразовая пластиковая тара и посуда, бутыли).

Биоразлагаемая добавка d2w: как работает? 

Является катализатором реакции разрушения и окисления углеродных связей в молекулах полимера через “запрограммированный” рецептурой период времени. В обычных условиях это занимает столетия! Оптимальна для биоразлагаемой упаковки с коротким сроком службы (в первую очередь — фасовочных пакетов). Добавка успешно используется в 60 странах мира. Крупнейшие клиенты — розничные сети, сети отелей, ресторанов (Walmart, Tesco, KFC, Pizza Hut и многие другие).

Изображение: http://www.simplexnn.ru/?id=7024

2.2. Практическая работа. Техника безопасности

Гиперссылка:

Практическая работа

Влияние различных факторов на скорость химической реакции.

Цель: рассмотреть влияние различных факторов на скорость химической реакции.

Оборудование и реактивы: пробирки, спиртовка, держатель, штатив для пробирок, цинк, магний, железо: гранулы и порошок, растворы серной (1:5, 1:10) и соляной кислоты, пероксид водорода, оксид марганца (IV), оксид меди (II).

Ход работы:

Вспомните правила техники безопасности при выполнении химического эксперимента.

Многие вещества при попадании на кожу могут вызвать ожоги.  Никогда не берите вещества руками.

Некоторые вещества имеют неприятный запах, а их пары могут вызвать отравление.  Не подносите близко к лицу открытую склянку.

В химической лаборатории не пробуют на вкус даже известные вещества, они могут содержать примеси, ядовитые для человека.

Кислоты – едкие вещества. Разрушают и раздражают кожу, слизистые оболочки.

Если кислота или щёлочь попала на кожу, её надо немедленно промыть большим   количеством проточной воды.

Если зажечь спиртовку сразу же после снятия колпачка, загорается плёнка спирта на горлышке спиртовки как раз на том месте, где колпачок прилегает к горлышку. Пламя проникает под диск с трубкой, и пары спирта внутри резервуара загораются. Может произойти взрыв и выброс диска вместе с фитилём. Чтобы избежать этого, приподнимите на несколько секунд диск с фитилём для удаления паров. Если случится воспламенение паров, быстро отставьте в сторону предметы (тетрадь для практических работ) и позовите учителя.

Зажигать спиртовку только спичками, гасить крышкой или колпачком, накрывая сверху.

Запрещается передавать зажжённую спиртовку и зажигать одну спиртовку от другой.

При нагревании вещества в пробирке её необходимо сначала прогреть, отверстие    пробирки во время нагревания должно быть направлено от себя и соседа.        

Стекло – хрупкий материал, имеющий малое сопротивление при ударе и незначительную прочность при изгибе. Категорически запрещается использовать посуду, имеющую трещины и отбитые края.

Пробирку закрепляют в держателе так, чтобы от горлышка пробирки до держателя было расстояние 1 – 1, 5 см.

Опыты проводить с таким количеством  веществ, которые  указаны в методическом  руководстве по проведению каждого опыта.

Без разрешения учителя, ничего на столах не трогать.

Во время проведения эксперимента или оформлении отчёта  соблюдайте тишину.

После работы приведи порядок на рабочем месте.

Конец гиперссылки

2.3 Опыт 1

Влияние природы реагирующих веществ.

Налейте  в три пробирки по 2 мл раствора соляной кислоты. Положите в первый стакан кусочек магния, во второй стакан  — гранулу цинка, в третий – кусочек железа. Наблюдайте скорость трех реакций.  Какая из реакций самая быстрая и почему?

Запишите свой ответ в виде таблицы

Гиперссылка: таблицы

Описание эксперимента

Наблюдения, позволяющие судить о скорости реакции. Уравнения реакций

Вывод

Проверяем себя

Гиперссылка: проверяем себя

Описание эксперимента

Наблюдения, позволяющие судить о скорости реакции. Уравнения реакций

Вывод

Влияние природы реагирующих веществ

Налили в три пробирки по 2 мл раствора соляной кислоты. Положили в первый стакан кусочек магния, во второй стакан  — гранулу цинка, в третий – кусочек железа. Наблюдаем за скоростью трех реакций.

Выделение газа наиболее бурно происходит в пробирке с магнием.

Мg + 2HClMgCl2 +H2

 Zn + 2HClZnCl2 + H2

 Fe + 2HCl → FeCl2 + H2

Скорость химической реакции зависит от природы реагирующих веществ. Магний обладает наиболее сильными восстановительными свойствами.

2.4. Опыт 2

 Влияние концентрации  реагирующих веществ.

В две пробирки, наклонив их, опустите по грануле цинка, осторожно прилейте растворы серной кислоты: в первую пробирку раствор кислоты 1:5, во вторую – 1:10. В какой из них реакция идет быстрее?

Запишите свой ответ в виде таблицы

Гиперссылка: таблицы

Описание эксперимента

Наблюдения, позволяющие судить о скорости реакции. Уравнения реакций

Вывод

Проверяем себя

Гиперссылка: проверяем себя

Описание эксперимента

Наблюдения, позволяющие судить о скорости реакции. Уравнения реакций

Вывод

Влияние концентрации  реагирующих веществ

В две пробирки, наклонив их, опустили по грануле цинка, осторожно прилили растворы серной кислоты: в первую пробирку раствор кислоты 1:5, во вторую – 1:10.

В первой пробирке газ выделяется более интенсивно.

Zn + h3SO4 → ZnSO4 + h3↑

Чем выше концентрация реагирующих веществ, тем чаще столкновения их частиц и тем выше скорость химической реакции.

2.5. Опыт 3

Влияние площади соприкосновения реагирующих веществ.

В одну пробирку насыпьте немного порошка железа, в другую – положите железную скрепку и в обе пробирки прилить по 2 мл разбавленной соляной кислоты (1:2). В какой из пробирок реакция идет быстрее? Почему?

Запишите свой ответ в виде таблицы

Гиперссылка: таблицы

Описание эксперимента

Наблюдения, позволяющие судить о скорости реакции. Уравнения реакций

Вывод

Проверяем себя

Гиперссылка: проверяем себя

Описание эксперимента

Наблюдения, позволяющие судить о скорости реакции. Уравнения реакций

Вывод

Влияние площади соприкосновения реагирующих веществ

В одну пробирку насыпали немного порошка железа, в другую – положили железную скрепку и в обе пробирки прилили по 2 мл разбавленной соляной кислоты (1:2).

Выделение газа идет быстрее в пробирке с порошком железа.

Fe + 2HCl → FeCl2 + H2

Чем больше площадь соприкосновения реагирующих веществ, тем выше скорость химической реакции

2.6. Опыт 4

Влияние температуры.

В де пробирки поместите немного черного порошка оксида меди (II), прилейте в обе пробирки раствор серной кислоты. Одну из пробирок нагрейте. В какой из пробирок  реакция идет быстрее? Почему?

Запишите свой ответ в виде таблицы

Гиперссылка: таблицы

Описание эксперимента

Наблюдения, позволяющие судить о скорости реакции. Уравнения реакций

Вывод

Проверяем себя

Гиперссылка: проверяем себя

Описание эксперимента

Наблюдения, позволяющие судить о скорости реакции. Уравнения реакций

Вывод

Влияние температуры

В две пробирки поместили немного черного порошка оксида меди (II), прилили в обе пробирки раствор серной кислоты. Одну из пробирок нагрели.

Растворение оксида меди (II) и образование раствора голубого цвета идет быстрее при нагревании.

СuO + H2SO4CuSO4 + H2O

При повышении температуры возрастает скорость движения частиц и скорость химической реакции.

2.7. Опыт 5

Влияние катализатора.

В две пробирки налейте по 2 мл пероксида водорода Н2О2, в одну из пробирок добавьте несколько кристалликов оксида марганца (IV) MnO2. В какой из пробирок  реакция идет быстрее? Почему?

Запишите свой ответ в виде таблицы

Гиперссылка: таблицы

Описание эксперимента

Наблюдения, позволяющие судить о скорости реакции. Уравнения реакций

Вывод

Проверяем себя

Гиперссылка: проверяем себя

Описание эксперимента

Наблюдения, позволяющие судить о скорости реакции. Уравнения реакций

Вывод

Влияние катализатора

В две пробирки налейте по 2 мл пероксида водорода Н2О2, в одну из пробирок добавьте несколько кристалликов оксида марганца (IV) MnO2.

В присутствии оксида марганца (IV) происходит бурное выделение пузырьков газа.

2О2 2Н2О + О2

Оксид марганца (IV) – катализатор, ускоряет реакцию разложения пероксида водорода.

Скорость химической реакции | Подготовка к ЦТ и ЕГЭ по химии

Чтобы поделиться, нажимайте

Скорость химической реакции – это изме­нение концентрации реагирующих веществ в единицу времени.

При гомогенных реакциях пространством реакции обозначается объем реакционного сосуда, а при гетерогенных — по­верхность, на которой протекает реакция. Концентрацию реагиру­ющих веществ обычно выражают в моль/л — количестве молей вещества в 1 литре раствора.

Скорость химической реакции зависит от природы реагирующих веществ, концентрации, температуры, давления, поверхности соприкосновения веществ и ее характера, присутствия катализаторов.

Увеличение концентрации веществ, вступающих в химическое взаимодействие, приводит к увеличению скорости химической реакции. Это происходит потому, что все химические реакции проходят между некоторым количеством реагирующих частицами (атомами, молекулами, ионами). Чем больше этих частичек в объеме реакционного пространства, тем чаще они соударяются и происходит химическое взаимодействие. Химическая реакция может протекать через один или несколько элементарных актов ( соударений). На основании уравнения реакции можно записать выражение зависимости скорости реак­ции от концентрации реагирующих веществ. Если в элементарном акте участвует лишь одна молекула (при реакции разложения), зависи­мость будет иметь такой вид:

v = k*[A]

Это уравнение мономолекулярной реакции. Когда в элемен­тарном акте происходит взаимодействие двух разных моле­кул, зависимость имеет вид:

v = k*[A]*[B]

Реакция называется бимолекулярной. В случае соударения трех молекул справедливо выражение:

v = k*[A]*[B]*[C]

Реакция называется тримолекулярной. Обозначения коэффициентов:

v — скорость реакции;

[А], [В], [С] — концентрации реагирующих веществ;

k — коэффициент пропорциональности; называется кон­стантой скорости реакции.

Если концентрации реагирующих веществ равны единице ( 1 моль/л) или их произведение равно единице, то v = k.. Константа скорости зави­сит от природы реагирующих веществ и от температуры. Зависимость скорости простых реакций (т. е. реак­ций, протекающих через один элементарный акт) от кон­центрации описывается законом действующих масс: ско­рость химической реакции прямо пропорциональна произведению концентрации реагирующих веществ, воз­веденных в степень их стехиометрических коэффициен­тов.

Для примера разберем реакцию 2NO + O2 = 2NO2.

В ней v = k*[NO]2*[O2]

В случае, когда уравнение химической реакции не соответствует элементарному акту взаимодействия, а отражает лишь связь между массой вступивших в реакцию и образовавшихся веществ, то степени у концентраций не будут равны коэффициентам, стоящим перед формулами соответствующих веществ в уравне­нии реакции. Для реакции, которая протекает в несколько стадий, скорость реакции оп­ределяется  скоростью самой медленной ( лимитирующей) стадии.

Такая зависимость скорости реакции от кон­центрации реагирующих веществ справедлива для газов и реакций, проходящих в растворе. Реакции с участием твердых веществ не подчиняются закону действующих масс, так как взаимодействие молекул происходит лишь на поверх­ности раздела фаз. Следовательно, скорость гетерогенной реакции зависит еще и от величины и характера поверхности соприкоснове­ния реагирующих фаз. Чем больше поверхность – тем быстрее будет идти реакция.

 

Влияние температуры на скорость химической ре­акции

Влияние температуры на скорость химической ре­акции определяется правилом Вант-Гоффа: при повыше­нии температуры на каждые 10°C скорость реакции уве­личивается в 2-4 раза. Математически это правило пере­дается следующим уравнением:

vt2 = vt1* g(t2-t1)/10

где vt1и vt2скорости реакций при тем­пературах t2 и t1; g — температурный коэффициент реак­ции — число, показы­вающее, во сколько раз увеличивается скорость реакции при повышении температуры на каждые 10°C. Такая значительная зависимость скорости химической реакции от температуры объясняется тем, что образование новых веществ происходит не при вся­ком столкновении реагирующих молекул. Взаимодействуют только те молекулы ( активные молекулы), кото­рые обладают достаточной энергией, чтобы разорвать связи в исходных частицах. Поэтому каждая реакция характеризуется энергетическим барьером. Для его преодо­ления молекуле необходима энергия активации — некоторая из­быточная энергия, которой должна обладать молекула для того, чтобы ее столкновение с другой молекулой привело к образованию нового вещества. С ростом температуры число активных молекул быстро увеличивается, что приводит в резко­му возрастанию скорости реакции по правилу Вант-Гоффа. Энергия активации для каждой конкретной реакции зависит от природы реагирующих веществ.

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 катализатора

Одно из наиболее эффективных средств воздействия на скорость химических реакций — использование катализаторов. Катализаторы — это вещества, которые изменяют скорость реакции, а сами к концу процесса остаются неизменными по составу и по массе. Иначе говоря, в момент самой реакции катализатор активно участвует в химическом про­цессе, но к концу реакции реагенты изменяют свой химический состав, превращаясь в продукты, а катализатор выделяется в перво­начальном виде. Обычно роль катализатора заключается в увеличении скорости реакции, хотя некоторые катализаторы не ускоряют, а замедляют процесс. Явление ускорения химических реакций благодаря присутствию катализаторов носит название катализа, а замедления — ингибирования.

Некоторые вещества не обладают каталитическим действием, но их добавки резко увеличивают каталитическую способность катализаторов. Такие вещества называются промоторами. Другие вещества (каталитические яды) уменьшают или даже полностью блокируют действие катализаторов, этот процесс называется отравлением катализатора.

Существуют два вида катализа: гомогенный и гетерогенный. При гомогенном катализе реагенты, продукты и катализатор составляют одну фазу (газовую или жидкую). В этом случае отсутствует поверх­ность раздела между катализатором и реагентами.

Особенность гетерогенного катализа состоит в том, что катали­заторы (обычно твердые вещества) находятся в ином фазовом состоя­нии, чем реагенты и продукты реакции. Реакция развивается обычно на поверхности твердого тела.

При гомогенном катализе происходит образование промежуточных продуктов между катализатором и реагирующим веществом в результате реакции с меньшим значением энер­гии активации. При гетерогенном  катализе увеличение скорости объясняется адсорбцией реагиру­ющих веществ на по­верхности катализатора. В результате этого их концентрация увеличивается и скорость реакции растет.

Особым случаем катализа является аутокатализ. Смысл его заключается в том, что химический процесс ускоряется одним из про­дуктов реакции.

Примеры решения задач на скорость реакции

Также вы можете посмотреть ВИДЕО-уроки на эту тему:

И выполнить задания из ЦТ и ЕГЭ на эту тему вы можете здесь

А также вы можете получить доступ ко всем видео-урокам, заданиям реального ЕГЭ, ЦТ и РТ с подробными видео-объяснениями, задачам и всем материалам сайта кликнув здесь «Получить все материалы сайта»

§3. Скорость химических реакций | 9 класс

1. Что такое скорость химической реакции и как ее определяют?
Скорость химической реакции — это величина, показывающая, как изменяются концентрации исходных веществ или продуктов реакции за единицу времени.
Следовательно, только что приведенное определение математически можно выразить так: 

где v — скорость реакции, ΔC — изменение концентрации (в моль/л), а Δτ — интервал времени, в течение которого это изменение произошло (сек). Следовательно, размерность у скорости реакции такая: «моль/л · сек».

2. Приведите примеры реакций, замедление или ускорение которых имеет положительное или отрицательное значение для производства или в быту.
Положительное значение на производстве. Например, ускорение реакции (при повышении температуры) спиртового брожения, на заводе по производству спирта, даст больше спирта за тот же промежуток времени. Соответствующая реакция: C6h22O6 = 2C2H5OH + 2CO2.

Отрицательное значение на производстве. А например, на молочном производстве увеличение скорости реакции спиртового брожения, даст уже отрицательный эффект.

Положительное значение в быту. Чистящие вещества, содержащие кислоты, позволяют быстро растворить известковый налет, но они так же отрицательно влияют, например, на хромовое покрытие смесителей для воды и т. д., поэтому в чистящие вещества добавляют специальные ингибиторы для уменьшения скорости реакций кислот с металлами.

Отрицательное значение в быту. Ускорение процессов гниения (разложение азотсодержащих органических соединений, в результате их ферментативного гидролиза).

3. В таблице 1 указаны условия, влияющие на скорость химических реакций, и приведены примеры. Назовите для каждого условия один-два дополнительных примера, составьте уравнения реакций и дайте обоснование их осуществлению.

4. В сосуде емкостью 2 л газы А и В реагируют в соответствии с уравнением А + В = 2С.
В начале реакции газа А было 0,4 моль, а через 2 с было обнаружено 0, 2 моль продукта. Определите скорость реакции.
Решение.
Как видно по реакции, чтобы образовалось 0,2 моль С, нужно затратить 0,1 моль А. Тогда А осталось
Δn(А) = 0,4 моль-0,1 моль = 0,3 моль
Δ с(А) = n(А)/V=0,3моль/2л=0,15 моль/л
v = Δ с(А)/ Δt= 0,15 моль/л/2 с = 0,075 моль/л*с
Ответ: 0,075 моль/л*с

Химия — Скорость реакции

Скорость реакции — мощный диагностический инструмент. Узнав, как быстро производятся продукты и что вызывает замедление реакции, мы можем разработать методы улучшения производства. Эта информация важна для крупномасштабного производства многих химикатов, включая удобрения, лекарства и бытовые чистящие средства.

Как мы отслеживаем скорость реакции?

Во-первых, важно понять, что такое скорость реакции.Когда происходит реакция, молекулы сталкиваются вместе с достаточной энергией для того, чтобы реагенты расщеплялись или превращались в новые частицы, известные как продукт (часто существует более одного продукта). Таким образом, скорость реакции — это фактически скорость образования продукта, а также скорость, с которой расходуется реагент. Поскольку реакции требуют, чтобы молекулы преодолели определенный энергетический барьер для успешного столкновения, скорость реакции часто указывает, являются ли условия адекватными для того, чтобы это произошло.Например, низкая скорость реакции может указывать на то, что не многие столкновения происходят с силой, достаточной для разрыва химических связей реагентов, поэтому продукт не производится так быстро. Если это известно, производители могут исследовать лучший способ увеличения числа успешных столкновений молекул для увеличения выхода.

Итак, важно уметь измерять скорость реакции, но как это сделать? Было бы очень сложно контролировать производимое или используемое конкретное химическое вещество, поскольку реакции часто представляют собой запутанную смесь, но довольно часто мы можем наблюдать очевидные побочные эффекты, которые легко измерить.Например, экзотермическая реакция может выделять тепло, и мы можем отслеживать изменение температуры с течением времени. При других реакциях, таких как добавление соляной кислоты к образцу магния, образуется газообразный водород. Это вызывает шипение (шикарное слово, обозначающее пузыри!). Пузырьки можно легко подсчитать, и сравнение количества пузырьков, образовавшихся за установленное время, когда вы изменяете другой аспект реакции, такой как температура или концентрация кислоты, позволяет нам увидеть, как изменяется скорость реакции.

Еще один распространенный эксперимент A Level, с которым вы можете столкнуться, — это часы с йодом.На этот раз за реакцией следят, записывая, сколько времени нужно, чтобы увидеть изменение цвета раствора, что объясняется в видео ниже. Во избежание ложных результатов важно убедиться, что в экспериментах все одинаково, за исключением переменной, которую вы изменяете, в данном случае концентрации тиосульфата. Может помочь работа в парах: один человек нажимает на таймер, а другой запускает реакцию, так что вы можете запускать часы в одной и той же точке для каждого эксперимента.

Почему нам нужно знать скорость реакции?

Скорость реакции

Скорость уравнения реакции

Это то, что всех заставляет нервничать; уравнения! Они могут выглядеть сложными, а иногда и совершенно другим языком, но на самом деле они очень полезны.Они позволяют нам определить, какие реагенты отвечают за скорость реакции, на основе очень простых экспериментальных измерений, подобных упомянутым выше.

Во время экзамена или в классе вам может быть предоставлена ​​таблица данных, которая показывает, как изменяется скорость реакции, когда вы меняете концентрацию каждого из реагентов. Из этой информации мы можем составить уравнение ставки.

Скоростные уравнения имеют вид:

k — константа скорости.Это значение, которое говорит нам, насколько быстрой или медленной является реакция. Поскольку на скорость реакции может влиять ряд переменных, таких как температура или концентрация реагента, константа скорости также будет изменяться. Все, что находится в квадратных скобках ([]), просто означает, что мы имеем в виду концентрацию реагента в скобках, в данном случае концентрацию A и B. Последние две буквы, m и n, даны как степени концентрации . Числа, которые заменяют m и n, показывают, как скорость зависит от индивидуального реагента.Это известно как порядок реакции для данного вида.

Если скорость реакции не меняется при изменении концентрации A, то мы знаем, что скорость не зависит от A. В этом случае мы можем записать m как ноль и сказать, что порядок относительно A равен нулю. Все, что находится в нулевой степени, равно единице, и поэтому мы можем удалить это, поскольку мы просто умножаем остальную часть уравнения скорости на единицу. Это просто!

Для реакций первого порядка m равно единице. Поскольку A в степени 1, мы можем просто написать [A].На практике это означает, что по мере увеличения концентрации A скорость реакции будет увеличиваться в той же пропорции, например, если вы удвоите количество A, скорость также удвоится. Тот же принцип применяется к реакции второго порядка, но на этот раз m равно 2, поэтому, если вы удвоите A, у вас будет вдвое больше исходного количества A в степени 2, а 22 будет равно 4. Таким образом, если вы удвоите A, коэффициент реакции увеличится в четыре раза.

Отлично, так что готово, а как насчет B? Что ж, кстати, это то же самое, что облегчает жизнь каждому! Вас никогда не попросят заказать более двух реагентов, и если реагентов больше двух, не беспокойтесь, просто добавьте их, как вы делали с A и B.

Лабораторные признания

Исследователи подкаста In the Laboratory Confessions рассказывают о своем лабораторном опыте в контексте практических экзаменов A Level. В этом эпизоде ​​мы рассмотрим подходящую аппаратуру для записи измерений и измерения скорости реакции с помощью методов непрерывного мониторинга и начальной скорости.

Скорость реакции в промышленности

Возможность интерпретации данных о скорости реакции необходима во многих областях производства и исследований.Одно из самых важных отраслевых приложений — это процесс Хабера, который вы, возможно, изучали на GCSE или A Level. Это включает в себя преобразование газообразного азота и водорода в аммиак, а аммиак имеет широкий спектр применения — от чистящих средств до оружия. Контролируя скорости, Хабер обнаружил, что скорость реакции во многом зависит от того факта, что тройную связь в азоте действительно трудно разорвать. Он и его помощник смогли разработать катализаторы, которые позволили этому процессу протекать гораздо быстрее.Этому процессу 100 лет, но он используется до сих пор!

Следующие шаги

Эти ссылки предоставлены только для удобства и в информационных целях; они не означают одобрения или одобрения Бирмингемским университетом какой-либо информации, содержащейся на внешнем веб-сайте. Бирмингемский университет не несет ответственности за точность, законность или содержание внешнего сайта или последующих ссылок. Пожалуйста, свяжитесь с внешним сайтом для получения ответов на вопросы относительно его содержания.

12.2 Факторы, влияющие на скорость реакции — Химия 2e

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

  • Опишите влияние химической природы, физического состояния, температуры, концентрации и катализа на скорость реакции

Скорость, с которой расходуются реагенты и образуются продукты в ходе химических реакций, сильно различается. В этом разделе будут изучены пять факторов, обычно влияющих на скорость химических реакций: химическая природа реагирующих веществ, состояние разделения (один большой кусок по сравнению с множеством мелких частиц) реагентов, температура реагентов, концентрация реагентов. реагенты и наличие катализатора.

Химическая природа реагирующих веществ

Скорость реакции зависит от природы участвующих веществ. Реакции, которые кажутся похожими, могут иметь разную скорость в одних и тех же условиях, в зависимости от идентичности реагентов. Например, когда небольшие кусочки металлов, железа и натрия, подвергаются воздействию воздуха, натрий полностью реагирует с воздухом в течение ночи, в то время как железо практически не затрагивается. Активные металлы кальций и натрий реагируют с водой с образованием газообразного водорода и основания.И все же кальций реагирует с умеренной скоростью, тогда как натрий реагирует так быстро, что реакция становится почти взрывоопасной.

Физические состояния реагентов

Химическая реакция между двумя или более веществами требует тесного контакта между реагентами. Когда реагенты находятся в разных физических состояниях или фазах (твердое, жидкое, газообразное, растворенное), реакция происходит только на границе раздела фаз. Рассмотрим гетерогенную реакцию между твердой фазой и жидкой или газообразной фазой.По сравнению со скоростью реакции для крупных твердых частиц скорость для более мелких частиц будет больше, потому что площадь поверхности, контактирующая с другой фазой реагента, больше. Например, большие куски железа медленнее реагируют с кислотами, чем с мелкодисперсным порошком железа (рис. 12.6). Большие куски дерева тлеют, более мелкие — быстро, а опилки горит взрывом.

Рис. 12.6 (a) Порошок железа быстро реагирует с разбавленной соляной кислотой и образует пузырьки газообразного водорода: 2Fe ( с ) + 6HCl ( водн. ) ⟶⟶ 2FeCl 3 ( водн. ) + 3H 2 ( г ).(б) Железный гвоздь реагирует медленнее, потому что площадь поверхности, подверженная воздействию кислоты, намного меньше.

Ссылка на обучение

Посмотрите это видео, чтобы увидеть реакцию цезия с водой в замедленном режиме и обсудить, как состояние реагентов и размер частиц влияют на скорость реакции.

Температура реагентов

Химические реакции обычно происходят быстрее при более высоких температурах. Еда может быстро испортиться, если оставить ее на кухонном столе. Однако более низкая температура внутри холодильника замедляет этот процесс, так что одни и те же продукты остаются свежими в течение нескольких дней.Газовые горелки, горячие плиты и духовки часто используются в лаборатории для увеличения скорости реакций, которые протекают медленно при обычных температурах. Для многих химических процессов скорость реакции увеличивается примерно вдвое при повышении температуры на 10 ° C.

Концентрации реагентов

Скорость многих реакций зависит от концентраций реагентов. Скорости обычно увеличиваются, когда увеличивается концентрация одного или нескольких реагентов. Например, карбонат кальция (CaCO 3 ) разрушается в результате его реакции с загрязняющим диоксидом серы.Скорость этой реакции зависит от количества диоксида серы в воздухе (рис. 12.7). Кислый оксид, диоксид серы, соединяется с водяным паром в воздухе с образованием серной кислоты в следующей реакции:

SO2 (г) + h3O (г) h3SO3 (водн.) SO2 (г) + h3O (г) ⟶h3SO3 (водн.)

Карбонат кальция реагирует с серной кислотой следующим образом:

CaCO3 (т.) + H3SO3 (водн.) ⟶CaSO3 (водн.) + CO2 (г) + h3O (л) CaCO3 (т.) + H3SO3 (водн.) ⟶CaSO3 (водн.) + CO2 (г) + h3O (л)

В загрязненной атмосфере с высокой концентрацией диоксида серы карбонат кальция разрушается быстрее, чем в менее загрязненном воздухе.Точно так же фосфор сгорает намного быстрее в атмосфере чистого кислорода, чем в воздухе, который составляет всего около 20% кислорода.

Рис. 12.7 Статуи, сделанные из карбонатных соединений, таких как известняк и мрамор, обычно медленно выветриваются с течением времени из-за воздействия воды, а также теплового расширения и сжатия. Однако такие загрязнители, как диоксид серы, могут ускорить выветривание. По мере увеличения концентрации загрязнителей воздуха разрушение известняка происходит быстрее. (кредит: Джеймс П. Фишер III)

Ссылка на обучение

Фосфор быстро горит на воздухе, но он будет гореть еще быстрее, если концентрация кислорода будет выше.Посмотрите это видео, чтобы увидеть пример.

Наличие катализатора

Относительно разбавленные водные растворы перекиси водорода H 2 O 2 обычно используются в качестве местных антисептиков. Перекись водорода разлагается с образованием воды и газообразного кислорода в соответствии с уравнением:

2h3O2 (водн.) ⟶2h3O (l) + O2 (g) 2h3O2 (водн.) ⟶2h3O (l) + O2 (g)

В типичных условиях это разложение происходит очень медленно. Однако, когда разбавленный раствор H 2 O 2 (водный) наливается на открытую рану, реакция происходит быстро, и раствор пенится из-за сильного выделения газообразного кислорода.Это резкое различие вызвано наличием веществ в открытых тканях раны, которые ускоряют процесс разложения. Вещества, которые увеличивают скорость реакции, называются катализаторами, и эта тема более подробно рассматривается далее в этой главе.

Ссылка на обучение

Химические реакции происходят, когда молекулы сталкиваются друг с другом и подвергаются химическому превращению. Прежде чем физически провести реакцию в лаборатории, ученые могут использовать симуляции молекулярного моделирования, чтобы предсказать, как параметры, обсужденные ранее, повлияют на скорость реакции.Используйте интерактивный интерфейс PhET Reactions & Rates, чтобы изучить, как температура, концентрация и природа реагентов влияют на скорость реакции.

Факторы, влияющие на скорость химической реакции

Полезно иметь возможность предсказать, повлияет ли действие на скорость протекания химической реакции. На скорость химической реакции могут влиять несколько факторов.

Как правило, фактор, увеличивающий количество столкновений между частицами, увеличивает скорость реакции, а фактор, уменьшающий количество столкновений между частицами, снижает скорость химической реакции.

Концентрация реагентов

Более высокая концентрация реагентов приводит к более эффективным столкновениям в единицу времени, что приводит к увеличению скорости реакции (за исключением реакций нулевого порядка). Точно так же более высокая концентрация продуктов имеет тенденцию быть связана с более низкой скоростью реакции.

Используйте парциальное давление реагентов в газообразном состоянии как меру их концентрации.

Температура

Обычно повышение температуры сопровождается увеличением скорости реакции.Температура — это мера кинетической энергии системы, поэтому более высокая температура подразумевает более высокую среднюю кинетическую энергию молекул и большее количество столкновений в единицу времени.

Общее правило для большинства (не всех) химических реакций состоит в том, что скорость, с которой протекает реакция, будет примерно удваиваться на каждые 10 градусов Цельсия повышения температуры. Как только температура достигнет определенной точки, некоторые химические соединения могут измениться (например, денатурировать белки), и химическая реакция замедлится или остановится.

Среда или состояние вещества

Скорость химической реакции зависит от среды, в которой происходит реакция. Может иметь значение, является ли среда водной или органической; полярные или неполярные; или жидкое, твердое или газообразное.

Реакции с участием жидкостей и особенно твердых веществ зависят от доступной площади поверхности. Для твердых веществ форма и размер реагентов имеют большое значение для скорости реакции.

Наличие катализаторов и конкурентов

Катализаторы (например,g., ферменты) снижают энергию активации химической реакции и увеличивают скорость химической реакции, не расходясь при этом в процессе.

Катализаторы работают, увеличивая частоту столкновений между реагентами, изменяя ориентацию реагентов так, чтобы больше столкновений было эффективным, уменьшая внутримолекулярные связи внутри молекул реагентов или передавая электронную плотность реагентам. Присутствие катализатора помогает реакции быстрее прийти к равновесию.

Помимо катализаторов, на реакцию могут влиять другие химические вещества. Количество ионов водорода (pH водных растворов) может изменять скорость реакции. Другие химические вещества могут конкурировать за реагент или изменять ориентацию, связывание, электронную плотность и т. Д., Тем самым снижая скорость реакции.

Давление

Повышение давления реакции увеличивает вероятность взаимодействия реагентов друг с другом, тем самым увеличивая скорость реакции.Как и следовало ожидать, этот фактор важен для реакций с участием газов, а не для жидкостей и твердых тел.

Смешивание

Смешивание реагентов увеличивает их способность взаимодействовать, тем самым увеличивая скорость химической реакции.

Сводка факторов

В таблице ниже приведены основные факторы, влияющие на скорость реакции. Обычно существует максимальный эффект, после которого изменение фактора не будет иметь никакого эффекта или замедлит реакцию.Например, повышение температуры выше определенной точки может денатурировать реагенты или вызвать в них совершенно другую химическую реакцию.

Фактор Влияние на скорость реакции
температура повышение температуры увеличивает скорость реакции
давление увеличение давления увеличивает скорость реакции
концентрация в растворе, увеличение количества реагентов увеличивает скорость реакции
состояние вещества газы реагируют легче, чем жидкости, которые реагируют легче, чем твердые вещества
катализаторы катализатор снижает энергию активации, увеличивая скорость реакции
смешивание смешивание реагентов улучшает скорость реакции

Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности.Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.


Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее частые причины:

  • В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки своего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
  • Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались.Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
  • Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
  • Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г.,
    браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
  • Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie.Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Чтобы предоставить доступ без файлов cookie
потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.


Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в файлах cookie может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт
не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к
остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.

Четыре способа ускорить химическую реакцию

Химическая реакция происходит, когда молекулы реагентов сталкиваются друг с другом в реакционной среде.Скорость, с которой происходит реакция, зависит от скорости столкновения молекул, а скорость столкновения зависит от различных факторов, которые могут быть изменены, чтобы изменить скорость реакции. Скорость реакции может быть увеличена под действием одного или нескольких из этих факторов.

Используйте катализатор

Катализатор — это вещество, которое может изменять скорость химической реакции. Катализаторы можно успешно использовать для увеличения скорости химической реакции. Кроме того, катализаторы субъективны по своей природе, т.е.е. катализатор работает только с определенными реакциями. Катализатор не расходуется в реакции и не изменяет продукты реакции. Например, разложение хлората калия начинается при 392 градусах по Фаренгейту в присутствии диоксида марганца в качестве катализатора. В противном случае, в отсутствие катализатора, эта реакция является медленным процессом, который начинается при 715 градусах Фаренгейта

Повышение температуры

Для большинства химических реакций температура прямо пропорциональна скорости химической реакции.Следовательно, повышение температуры в определенной степени увеличивает скорость реакции, но при повышении температуры реакции необходимо соблюдать меры предосторожности, чтобы избежать несчастных случаев. Например, растворение сахара в воде происходит быстрее, когда вода горячая, по сравнению со скоростью растворения в холодной воде. Повышение температуры увеличивает энергию молекул реагента, заставляя их двигаться быстрее и более восприимчивыми к столкновениям, тем самым увеличивая скорость реакции.

Концентрат реагентов

Концентрация реагентов также играет важную роль в определении скорости химической реакции. Согласно теории столкновений, для большинства реакций увеличение концентрации реагентов, как известно, увеличивает скорость реакции. Когда доступно больше молекул реагента, происходит больше столкновений, увеличивая общую скорость реакции при тех же условиях. В случае газов концентрация реагентов может быть увеличена путем увеличения давления реагирующей среды, так что одни и те же молекулы реагентов становятся более концентрированными.

Увеличение площади поверхности реагентов

Увеличение площади поверхности реагентов увеличивает скорость реакции. Большая площадь поверхности означает большее количество столкновений молекул реагента и увеличение скорости реакции. Это происходит, когда реагенты вступают в реакцию в порошкообразной форме. Например, сахарная пудра растворяется в воде быстрее, чем кусок сахара. Кроме того, в случае сгорания реакция идет очень быстро, когда топливо находится в форме мелких частиц или в форме порошка.

Элементы инженерии химических реакций

Обоснование главы 3

В главе 2 мы увидели, что если бы у нас было –r A как функция от X, [–r A = f (X)], мы могли бы определить размер многих реакторов, а также последовательностей и систем реакторов.

Как мы получаем –r A = f (X)?

Делаем это в два этапа

1. Часть 1 — Глава 3 Закон о нормах — Найдите норму как функцию от концентрации,

–r A = k fn (C A , C B …)

2. Часть 2 — Глава 4 Стехиометрия — Найдите концентрацию как функцию преобразования

C A = г (X)

Объедините часть 1 и часть 2 , чтобы получить -r A = f (X)

Тарифные законы

Закон скорости описывает поведение реакции. Скорость реакции равна
функция температуры (через константу скорости) и концентрации.

Темы

  1. Относительные скорости реакции
  2. Модель степенного закона
  3. Константа скорости, k
  4. Элементарные реакции
  5. Законы о неэлементных тарифах
  6. Обратимые реакции
Относительные скорости реакции вершина


К сожалению, ваш браузер не поддерживает аудиотег.Попробуйте использовать другой браузер или обновить текущий браузер.

Относительные скорости реакции

В следующей таблице приведены законы скорости, найденные экспериментально.


К сожалению, ваш браузер не поддерживает аудиотег.
Попробуйте использовать другой браузер или обновить текущий браузер.

k — удельная скорость реакции (константа), которая определяется уравнением Аррениуса:

Сванте Август Аррениус (1859–1927) (резюме, внутренняя ссылка)

Сванте Август Аррениус (1859–1927) (подробно, внешняя ссылка)


К сожалению, ваш браузер не поддерживает аудиотег.Попробуйте использовать другой браузер или обновить текущий браузер.

Чем больше энергия активации, тем более чувствительны к температуре k и, следовательно, скорость реакции.

Зачем нужна энергия активации?

  1. молекулам нужна энергия, чтобы исказить или растянуть свои связи, чтобы разорвать их и, таким образом, сформировать новые связи.
  2. , поскольку реагирующие молекулы сближаются, они должны преодолеть как стерические, так и электронные силы отталкивания, чтобы вступить в реакцию.

При разработке теории столкновений мы предполагали, что все молекулы имеют одинаковую среднюю энергию.Однако не все молекулы обладают одинаковой энергией, скорее существует распределение энергий, при котором одни молекулы обладают большей энергией, чем другие. Функция отвлечения f (E, T) описывает это распределение энергий молекул. Функция распределения читается вместе с dE

.

f (E, T)
dE = доля молекул с энергией от E до
E + dE

Одно такое распределение энергий показано на следующем рисунке.

Увеличивая температуру, мы увеличиваем кинетическую энергию молекул реагентов, которая, в свою очередь, может быть передана во внутреннюю энергию для увеличения растяжения и изгиба связей, заставляя их находиться в активированном состоянии, уязвимом для разрыва связей и реакции.

Мы видим, что с повышением температуры у нас появляется большее количество молекул с энергией E A или больше, и, следовательно, скорость реакции будет больше.

при активации Energy

Общий порядок реакции можно определить в единицах k

С А -r А Порядок реакции Закон о ставках к
(моль / дм 3 ) (моль / дм 3 * с) ноль -r A = k (моль / дм 3 * с)
(моль / дм 3 ) (моль / дм 3 * с) 1-й -r A = kC A с -1
(моль / дм 3 ) (моль / дм 3 * с) 2-я -r A = kC A 2 (дм 3 / моль * с)

Энергия активации — это «мера» энергии a, которую должны иметь реагирующие молекулы для того, чтобы реакция произошла.

Реакция AB + C с образованием A + BC
показан выше по координате реакции. Один из способов подумать о реакции
координата — это линейное расстояние между молекулой AB при фиксированной линейной
расстояние между молекулой AC. В начале реакции расстояние AB
малая, а расстояние до BC велико. По мере протекания реакции A – C
расстояние остается фиксированным, но B удаляется для A и приближается к C, и энергия
система увеличивается. В верхней части барьера молекула B находится на равном расстоянии от A
и С.Но когда он пересекает барьер, он приближается к C, образуя BC.
молекула и только молекула А.

Энергия активации

Видео на YouTube: Черная вдова: Тайное убийство. Сделано профессором Лейном
2008 класс инженерии химических реакций в Университете Алабамы,
Таскалуса.

Учебник по регрессионному анализу в Excel

Учебное пособие по Polymath regression analysis

Molecular Simulation 2a (внешняя ссылка)

Для молекулярного моделирования 2

Молекулярное моделирование 3 (внешняя ссылка)


К сожалению, ваш браузер не поддерживает аудиотег.Попробуйте использовать другой браузер или обновить текущий браузер.

Реакция следует элементарному закону скорости тогда и только тогда, когда (iff) стехиометрический
коэффициенты такие же, как индивидуальный порядок реакции каждого вида. Для
реакция в предыдущем примере (),
закон ставки будет:

Пр.
Если реакция 2НО + О 2
2NO 2 , тогда, если элементарно, ставка будет -r NO = k NO (C NO ) 2
С О2

Законы о неэлементных ставках

верх

Пример: Если закон скорости неэлементарной реакции
оказывается

, тогда реакция считается 2-го порядка в A, 1-го порядка в B и 3-го порядка
в общем и целом.

Чистая скорость образования любого вида равна скорости его образования в
прямая реакция плюс скорость ее образования в обратной реакции:

ставка нетто = ставка форвард + ставка обратная

При равновесии ставка нетто 0
и закон скорости должен сводиться к уравнению, которое является термодинамически согласованным
с константой равновесия реакции.

Пример. Рассмотрим экзотермическую гетерогенную реакцию.

При низкой температуре закон скорости исчезновения A имеет вид

При высокой температуре экзотермическая реакция в значительной степени обратима:

Каков соответствующий тарифный закон? Посмотрим.

Если скорость образования A для прямой реакции (A + BC)
равно

, то нам нужно принять форму закона скорости обратной реакции, которая
удовлетворяет условию равновесия. Если принять закон скорости для обратного
реакция (CA
+ B) равно

, тогда:

и:

Удовлетворяет ли этот закон скорости нашему требованию о том, что в состоянии равновесия он должен
привести к уравнению, которое термодинамически согласуется с K P ?
Посмотрим.

Из приложения C мы знаем, что для реакции в состоянии равновесия:

При равновесии r нетто 0,
так:

Решение для K P дает:

Условия выполнены.

Сверчки

Энергии активации

Законы о ставках

Закон скорости обратимых реакций

Примеры закона о тарифах

Молекулярное моделирование 4

Определение энергии активации

*

Все ссылки на главы относятся к 1-му изданию текста Essentials of Chemical Reaction Engineering

.

вершина

Кинетика реакций — обзор

Кинетика по сравнению с равновесием

Химическая кинетика — это описание скорости химической реакции [21]. Это скорость, с которой реагенты превращаются в продукты. Это может происходить за счет абиотических или биологических систем, таких как микробный метаболизм. Поскольку скорость — это изменение количества, которое происходит со временем, изменение, которое нас больше всего беспокоит, — это изменение концентрации наших загрязняющих веществ в новые химические соединения:

(3.27) Скорость реакции = изменение концентрации продукта, соответствующее изменению во времени

И,

(3,28) Скорость реакции = изменение концентрации реагента, соответствующее времени изменения

При деградации окружающей среды изменение концентрации продукта будет уменьшаться пропорционально концентрации реагента, поэтому для вещества A

кинетика выглядит как 3.29) Скорость = −Δ (A) Δt

Знак минус означает, что концентрация реагента (исходного загрязнителя) снижается.Поэтому очевидно, что продукт разложения C , образующийся в результате концентрации, будет увеличиваться пропорционально уменьшению концентрации загрязняющего вещества A, а скорость реакции для Y равна уравнению (3.30):

(3.30) Rate = Δ (C) Δt

Обычно концентрация химического вещества указывается в скобках, чтобы указать, что система не находится в равновесии. Δ ( X ) рассчитывается как разница между начальной и конечной концентрациями:

(3.31) Δ (X) = Δ (X) конечный-Δ (X) исходный

Таким образом, химическое превращение [22] одного изомера соединения в другой происходит с определенной скоростью в определенных условиях окружающей среды. Скорость реакции в любой момент времени является отрицательной величиной наклона касательной к кривой концентрации в этот конкретный момент времени (см. Рисунок 3.26).

Рисунок 3.26. Кинетика превращения соединения. Скорость реакции в любой момент времени является отрицательной величиной наклона касательной к кривой концентрации в это время.Ставка на т 1 выше, чем на т 3 . Эта скорость зависит от концентрации (первый порядок).

Чтобы реакция произошла, молекулы реагентов должны столкнуться. Вероятность столкновения веществ в высоких концентрациях выше, чем в низких. Таким образом, скорость реакции должна зависеть от концентраций реагирующих веществ. Математическое выражение этой функции известно как «закон скорости». Закон скорости может быть определен экспериментально для любого загрязнителя.Независимое изменение концентрации каждого реагента с последующим измерением результата дает кривую концентрации. Каждый реагент имеет уникальный закон скорости (это одно из физико-химических свойств загрязнителя).

При реакции реагентов A и B с образованием продукта C (т. Е. A + B → C) скорость реакции увеличивается в соответствии с увеличением концентрации либо A, либо B. Если количество A увеличивается в три раза, то скорость всей этой реакции утроится. Таким образом, закон скорости такой реакции:

(3.32) Rate = k [A] [B]

Закон скорости для другой реакции X + Y → Z, в которой скорость увеличивается только при увеличении концентрации X (изменение концентрации Y не влияет на закон скорости), должен быть:

(3.33) Скорость = k [X]

Уравнения (3.29) и (3.30) показывают, что концентрации в законе скорости представляют собой концентрации реагирующих химических веществ в любой конкретный момент времени в течение Реакция. Скорость — это скорость реакции в это время.Константа k в уравнениях — это константа скорости , которая уникальна для каждой химической реакции и является фундаментальной физической константой для реакции, определяемой условиями окружающей среды (например, pH, температура, давление, тип растворителя). .

Константа скорости определяется как скорость реакции, когда все реагенты присутствуют в 1 молярной (М) концентрации, поэтому константа скорости k — это скорость реакции в условиях, стандартизированных единицей концентрации.Построив кривую концентрации загрязнителя, состоящую из бесконечного числа точек в каждый момент времени, можно рассчитать мгновенную скорость вдоль кривой концентрации. В каждой точке кривой скорость реакции прямо пропорциональна концентрации соединения в данный момент времени. Это физическая демонстрация кинетического порядка . Общий кинетический порядок — это сумма показателей (степеней) всех концентраций в законе скорости. Таким образом, для скорости k [A] [B] общий кинетический порядок равен двум.Такая скорость описывает реакцию второго порядка, поскольку скорость зависит от концентрации реагента, возведенной во вторую степень. Другие скорости разложения, такие как k [X], являются реакциями первого порядка, поскольку скорость зависит от концентрации реагента, возведенной в первую степень.

Кинетический порядок каждого реагента — это степень увеличения его концентрации по закону скорости. Итак, k [A] [B] — это первый порядок для каждого реагента, а k [X] — это первый порядок X и нулевой порядок для Y.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.