- •Лабораторная работа Кинетика гомогенных химических реакций
- •Теоретическая часть
- •Основной закон (постулат) химической кинетики
- •Молекулярность реакции
- •Определение порядка реакции по начальным скоростям (метод Вант-Гоффа)
- •Зависимость скорости реакции от температуры
- •Практическая часть
- •Опыт 1. Зависимость скорости реакции от температуры
- •Опыт 2. Зависимость скорости химической реакции от концентрации реагирующих веществ при постоянной температуре
- •Контрольные вопросы для защиты лабораторной работы
Лабораторная работа Кинетика гомогенных химических реакций
Цель работы: Ознакомление с основными закономерностями протекания гомогенных химических реакций и факторами, влияющими на скорость реакции.
Теоретическая часть
Гомогенными называются реакции, протекающие в одной фазе (в смеси газов, в жидком растворе или в твердой фазе).
Важнейшей количественной кинетической характеристикой любой химической реакции является ее скорость. Наиболее общим является определение скорости реакции r как скорости возрастания степени завершенности реакции (греческая буква "кси"), которую называют химической переменной. Пусть в закрытой системе протекает химическая реакция
1A1 + 2A2 = 3A3 + 4A4 (1)
где A1, A2, ...,Ai - участники реакции; 1, 2 ,..., i - стехиометрические коэффициенты. Тогда химическая переменная i, характеризующая глубину протекания реакции по i-ому компоненту, определяется как
(2)
где Ni - число молей i-го компонента в момент времени t, Ni0 - число молей того же компонента в начальный момент времени (t = 0), i - стехиометрический коэффициент при i-ом компоненте в уравнении реакции. Стехиометрические коэффициенты у исходных веществ берутся со знаком минус, а у продуктов реакции - со знаком плюс. При таком выборе знаков глубина протекания реакции всегда положительна независимо от участника реакции.
Скорость гомогенной химической реакции r определяется как скорость изменения глубины протекания реакции в единицу времени в единице объема:
(3)
где V - объем системы. Определенная таким образом скорость реакции не зависит от выбора компонента и будет практически одинаковой для разных веществ, участвующих в реакции. Дифференциальная форма уравнения (2) имеет вид
.
С его учетом из уравнения (3) для r , получаем
.
Величина
(4)
называется скоростью реакции по i-ому компоненту. Она характеризует изменение количества i - ого вещества Ni (в молях) в единицу времени в единице объема. Таким образом, скорость реакции в целом и скорости реакции по отдельным компонентам связаны следующим соотношением
. (5)
Выражения (3) и (4) является строгими определениями скоростей реакций, справедливыми и для системы переменного объема.На практике часто пользуются более простым уравнением, пригодным для реакции в системе постоянного объема. Так как отношение Ni / V равно концентрации вещества C i, то при постоянном объеме
(6)
Скорость реакции (при постоянном объеме) представляет собой изменение концентрации данного вещества в единицу времени.
Скорость реакции всегда положительная величина. В выражении (6) используют знак плюс, если скорость определяется по образующемуся в реакции веществу (продукту), и знак минус, если скорость определяется по расходующемуся в реакции веществу (реагенту). Этим учитываются разные знаки стехиометрических коэффициентов реагентов и продуктов реакции.
Уравнение (6) наиболее часто применяют для реакций в растворах и для реакций газов в замкнутых реакционных сосудах. Если концентрация измеряется в моль/л, а время в секундах, то скорость реакции имеет размерность моль/(лс).
Кинетический эксперимент заключается в том, что при проведении реакции по мере ее протекания анализируют тем или иным экспериментальным методом концентрации исходных веществ и продуктов реакции. Результаты такого эксперимента представляют в виде кинетических кривых образования и расходования соответствующих веществ. Под кинетической кривой понимают график зависимости концентрации реагента или продукта реакции от времени.