Примеры кинетических расчетов
Задача 1. Как изменится скорость химической реакции А(газ) + 2В(газ) С(газ) при повышении концентрации вещества А в 2 раза, давления в 2 раза.
Согласно закону действующих масс, скорость реакции можно выразить по формуле V1 = k[A].[B]2
а) если повысить концентрацию А в 2 раза, то скорость будет равна V2 = k[2A].[B]2 = 2V1. Скорость увеличится в 2 раза;
б) если повысить давление, то для газообразных веществ это равносильно повышению концентрации каждого из реагирующих веществ в 2 раза: V3 = k[2A].[2B]2 = 8k[A].[B]2 = 8V1. Скорость увеличится в 8 раз.
Задача 2. Скорость некоторой реакции при 0 0С равна 1 моль/л. час. Температурный коэффициент реакции равен 3. Какой будет скорость данной реакции при 30 0С.
Решение:
По правилу Вант-Гоффа V2
= V1.
=
1.33
= 27 моль/л
.час
Химическое равновесие
Химическое равновесие– это динамическое состояние системы, при котором скорости прямой и обратной реакции равны, то есть сколько молекул продукта реакции образуется в единицу времени, столько же и расходуется на обратную реакцию.
Для того чтобы показать, насколько полно протекает прямая реакция до момента установления химического равновесия, используют константу равновесия реакции – Кр, которая численно равна произведению равновесных концентраций продуктов реакций в степенях, равных стехиометрическим коэффициентам, поделенному на произведение равновесных концентраций исходных веществ в соответствующих степенях.
Если записать уравнение реакции в виде:
nA
+ mB
pC
+ gD
, то Kp
=
,
где [C]р
, [D]р,
[A]р
, [B]р
–равновесные концентрации веществ.
Выражение выведено из закона действующих
масс при условии V
= V.
В формуле учитываются только газообразные и растворенные вещества (если реакция идет в растворе).
Чем больше Кр, тем полнее идет прямая реакция. Если Кр 1, то на момент установления равновесия большая часть исходных веществ превратилась в продукты; если Кр 1, в продукты превратилась меньшая часть исходных веществ. Кр зависит от температуры и не зависит от концентрации исходных веществ.
Чтобы реакция на химических производствах проходила как можно полнее, необходимо сместить равновесие в сторону продукта.
Для того чтобы определить, как тот или иной фактор изменит равновесие в системе, используют принцип Ле-Шателье (1844г):
Если на систему, находящуюся в состоянии равновесия, оказывает влияние внешний фактор (температура, давление, концентрации исходных веществ и продуктов реакции), то равновесие смещается в сторону уменьшения этого воздействия.
Катализатор не влияет на смещение равновесия, так как одинаково ускоряет как прямую, так и обратную реакции, с помощью катализатора можно ускорить момент наступления равновесия.
Для того, чтобы определить как внешнее воздействие повлияет на равновесие, нужно знать, как сама реакция изменяет свои параметры.
Например О2 + 2SO2 2SO3 + Q
Прямая реакция:
а) повышает температуру (+Q)
б) понижает давление (до реакции 2+1 моль газов, после реакции - 2 моль газов);
в) концентрации исходных веществ снижает;
г) концентрацию продукта увеличивает
Значит, все противоположные воздействия: понижение температуры, повышение давления, повышение концентраций исходных веществ, выведение из системы продукта, будут способствовать смещению равновесия в сторону прямой реакции.