Лабораторная работа №3 Скорость химических реакций и химическое равновесие Краткие теоретические сведения

Различные реакции протекает с различными скоростями. Некоторые заканчиваются мгновенно, например реакции разложения взрывчатых веществ, а другие идут длительное время. Скорость химической реакции зависит от различных факторов: природы взаимодействующих веществ, концентрации, температуры, влияния катализаторов и пр.

Учение о скорости реакции называется кинетикой химических процессов.

Вопрос о кинетике химических реакций имеет большое теоретическое и практическое значение. Изменяя условия протекания реакции, можно добиться желаемой скорости, необходимой для данного технологического процесса.

Различают реакции гомогенные и гетерогенные. Закономерности их кинетики не в полной мере совпадают.

Зависимость скорости реакции от концентрации. Гомогенные реакции

Гомогенные реакции протекают между веществами, находящимися в системе в одной фазе. Примеры однофазных систем: смесь газов, раствор нескольких веществ в одном растворителе.

Гомогенные реакции идут во всем объеме системы, поэтому скорость таких реакций измеряют изменением концентрации вступающего или образующегося вещества за единицу времени.

Скорость химической реакции изменяется с изменением концентрации реагирующих веществ. В начальной стадии реакции концентрации исходных веществ уменьшаются, а концентрации получаемых – возрастают. Следовательно, численные значения скорости реакции будут различны в разные промежутки времени. Если отнести изменение концентрации к бесконечно малому промежутку времени, то истинная скорость реакции в данный момент определяется как производная от концентрации по времени

, (15)

где W_гомог – скорость реакции;

С – молярная концентрация;

t – время.

Приведенная формула выражает истинную скорость реакции. Для практических целей часто измеряют среднюю скорость за конечный промежуток времени, тогда пользуются формулой

. (16)

На скорость химических реакций влияет, прежде всего, природа реагирующего вещества, а также возможность столкновений между молекулами, т.е. сближение их до такого расстояния, при котором электроны и атомы одной молекулы попадают в сферу действия электрических полей, возбуждаемых частицами другой. Под влиянием этих полей происходят перегруппировки атомов, в результате которых образуются молекулы новых веществ. Установлено, что в реакциях, протекающих с конечными скоростями, только малое число столкновений приводит к образованию новых молекул.

Очевидно, что число столкновений должно увеличиваться с повышением концентрации реагирующих веществ.

Зависимость скорости реакции от концентрации выражена законом действия масс:

при постоянной температуре скорость данной реакции прямо пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ, причем каждая из концентраций участвует в степени, равной коэффициенту перед формулой данного вещества в уравнении реакции.

В математической форме в применении, например, к реакции

2SO₂ + O₂  2SO₂

закон действия масс выражается следующей формулой:

, (17)

где W – скорость реакции;

С – молярная концентрация (грамм-моль в литре раствора);

К – коэффициент пропорциональности для данной реакции при постоянной температуре, или константа скорости, численно равная скорости реакции в условиях, когда концентрации каждого из исходных веществ равна единице.

Часто молярную концентрацию реагирующих веществ выражают [SO₂], [O₂], [SO₃], тогда для приведенной реакции зависимость ее скорости от концентрации реагирующих веществ выразить формулой

.

Математическая форма закона действия масс для реакции общего вида mA + nB  рС + qД будет

, (18)

где [A] и [B] – молярные концентрации веществ А и В;

m и n – коэффициенты в уравнении реакции.