Опыт 3. Влияние величины поверхности раздела реагирующих веществ на скорость реакции в гетерогенной системе

Взять 2 небольших и по возможности одинаковых кусочка мела CaCO₃. Один из них положить на фильтровальную бумагу и стеклянной палочкой измельчить его в порошок. Полученный порошок поместить в пробирку. Второй кусочек мела целиком опустить в другую пробирку. В обе пробирки одновременно добавить 15 капель хлорводородной кислоты HCl. Отметить время полного растворения мела в каждом случае.

Написать уравнение соответствующей реакции.

Почему скорость растворения мела в этих случаях различна?

Вопросы для самоконтроля

1. От чего зависит скорость химической реакции в гомогенных и гетерогенных реакциях?

2. Как зависит скорость гомогенных реакции от концентрации реагирующих веществ и температуры?

3. Как объяснить механизм действия катализатора при гомогенном и гетерогенном катализе?

4. Написать выражения скорости для следующих реакций:

а) 2А_(газ) + В_(газ) = А₂В_(газ) , б) N_{2 (газ)} + O_{2 (газ)} = 2NO _(газ),

в) FeO_(тв) + H_{2 (газ)} = Fe_(тв) + H₂O_(ж)

Как изменится скорость реакции а) и б) при увеличении концентрации исходных веществ в два раза?

5. Константа скорости реакции

А + 2В = АВ₂ равна 210^-3л/моль^oС.

а) Какова скорость указанной реакции в начальный момент, если концентрации веществ А равна концентрации веществ В и составляет 0,4 моль/л?

б) Какова будет скорость ₂ этой реакции через некоторое время, если к этому моменту образуется 0,1 моль/л вещества АВ₂?

6. Температурный коэффициент скорости некоторой реакции равен 1,5. Во сколько раз увеличится скорость данной реакции при повышении температуры на 30⁰С?

Лабораторная работа №4 Определение константы химического равновесия и равновесных концентраций.

Некоторые химические реакции могут протекать в двух взаимно противоположных направлениях. Такие реакции называются обратимыми. Обратимость химических реакций записывается следующим образом:

А + В  В

При протекании химической реакции концентрации исходных веществ уменьшаются в соответствии с законом действия масс. Это приводит к уменьшению скорости прямой реакции. Если реакция обратима, т.е. может проте­кать как в прямом, так и в обратном направлениях, то с те­чением времени скорость обратной реакции будет возрастать, т.к. увеличиваются концентрации продуктов реакции.

Когда скорости прямой и обратной реакции ста­но­вятся одинаковыми, наступает состояние химического рав­но­весия, и дальнейшего изменения концентрации участ­вующих в реакции веществ не происходит.

Количественной характеристикой химического равновесия служит величина, называемая константой химического равновесия.

В случае обратимой химической реакции, например:

N₂ + 3H₂  2NH₃

зависимость скоростей прямой (_пр) и обратной (_обр) реакций от концентраций реагирующих веществ выражаются отноше­ниями:

_пр = К_пр  [N₂]  [Н₂]³;

_обр =К_обр  [NH₃]².

В состоянии химического равновесия: _{пр = обр,} т.е.

К_пр * [N₂] * [Н₂]³ = К_обр * [NH₃]²

Или

где Кс - константа равновесия реакции.

Константа равновесия (Кс)при данной температуре - величина, показывающая то соотношение между концентра­циями продуктов реакции (числитель) и исходных веществ (знаменатель), которые устанавливаются при равновесии. Величина константы равновесия зависит от природы реагирующих веществ и от температуры, а от катализаторов и изменения концентрации веществ не зависит.

Смещение химического равновесия

При изменении условий протекания реакции (температуры, давления, концентрации какого-либо из участвующих в реакции веществ) скорости прямого и обрат­ного процессов изменяются неодинаково, и хими­ческое равновесие нарушается.

Направление смещения химического равновесия под­чиняется принципу Ле-Шателье:

если на систему, находящуюся в состоянии хими­ческого равновесия, оказать какое-либо воздействие, то равновесие сместится в таком напрвлении, что оказанное воздействие будет ослаблено.

При увеличении температуры равновесие смещается в сто­рону реакции идущей с поглощением тепла - эндотермической.

При увеличении концентрации исходных веществ равновесие смещается в сторону образования продуктов реакции, т.е. вправо.

При увеличении концентрации продуктов реакции равновесие смещается в сторону образования исходных веществ , т.е. влево.

Если реакция протекает с участием газообразных веществ, то повышение давления вызывает смещение рав­новесия в направлении уменьшения общего числа молей. Понижение давления смещает равно­весие в сторону уве­личения общего числа молей газообразных веществ.

Например, равновесие системы:

N₂ + 3H₂  2NH₃;

H = -46,25 кДж/моль

а) при увеличении температуры сместится влево;

б) при увеличении давления сместится вправо;

в) при увеличении концентрации азота сместится вправо.