- •Основы химической кинетики
- •Основы химической кинетики
- •Введение
- •1. Основные понятия химической кинетики
- •2. Скорость химических реакций
- •2.1. Гомогенные химические реакции
- •2.2. Зависимость скорости гомогенной химической реакции от концентрации реагирующих веществ
- •2.3. Графический метод определения констант дифференциального кинетического уравнения
- •2.4. Зависимость концентрации реагирующих веществ от времени для реакции первого порядка. Интегральное кинетическое уравнение
- •2.5. Скорость гетерогенной химической реакции
- •2.6. Зависимость скорости химической реакции от температуры
- •2.6.1. Уравнение Аррениуса
- •2.6.2. Энергия активации
- •Распределение молекул по энергиям
- •2.6.4. Энтропия активации. Стерический фактор
- •2.6.5. Применение уравнения Аррениуса
- •3. Каталитические реакции
- •3.1. Основные понятия
- •3.2. Сущность каталитического действия
- •3.3. Гомогенный катализ
- •3.4. Гетерогенный катализ
- •4. Химическое равновесие
- •4.1. Состояние равновесия
- •4.2. Константа равновесия
- •4.3. Расчет равновесного состава продуктов химической реакции
- •4.4. Смещение химического равновесия. Принцип Ле Шателье
- •4.4.1. Изменение концентраций
- •4.4.2. Изменение давления
- •4.4.3. Влияние температуры
- •5. Цепные реакции
- •5.1. Неразветвленные цепные реакции
- •5.2. Разветвленные цепные реакции
- •6. Индивидуальные задания для самостоятельной подготовки студентов
- •6.1. Примеры решения типовых задач
- •6.2. Задачи для домашнего задания
- •6.3. Варианты домашних заданий
- •6.4. Варианты дополнительных домашних заданий
- •7. Экспериментальная часть Лабораторная работа «Определение дифференциального кинетического уравнения»
- •Выполнение работы
- •Вопросы для самоконтроля
- •Литература
- •Редактор н.П. Лапина
МОСКОВСКИЙ АВТОМОБИЛЬНО-ДОРОЖНЫЙ ИНСТИТУТ (ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)
|
|
Основы химической кинетики
Москва 2007
МОСКОВСКИЙ АВТОМОБИЛЬНО-ДОРОЖНЫЙ ИНСТИТУТ
(ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)
Кафедра химии
Основы химической кинетики
УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ
Утверждено редсоветом МАДИ(ГТУ)
Москва 2007
УДК 544.4
ББК 24.1
Болячевская К. И., Литманович А. А., Остаева Г. Ю.,
Панасенко А.А., Полякова Е.В.
Основы химической кинетики: Учебное пособие / Под ред.
И. М. Паписова. – М.: МАДИ (ГТУ), 2007. – 80 с.
В пособии рассмотрены кинетические закономерности протекания химических реакций. Изложены основные понятия катализа.
Пособие содержит теоретический материал, экспериментальную часть, примеры решения типовых задач, предлагаемых студентам МАДИ (ГТУ) на контрольных и экзаменационных работах, вопросы для самоконтроля. Приведены варианты домашних заданий по теме «Химическая кинетика» общего курса химии, изучаемого студентами МАДИ (ГТУ).
Пособие предназначено для студентов всех специальностей дневного отделения МАДИ (ГТУ), изучающих тему «Химическая кинетика» в общем курсе химии на кафедре химии МАДИ (ГТУ).
Московский автомобильно-дорожный институт
(государственный технический университет), 2007
Введение
Любая химическая реакция протекает во времени. Некоторые реакции заканчиваются за малые доли секунды, другие осуществляются за минуты, часы, дни; известны реакции, требующие для своего протекания нескольких лет, десятилетий и большего времени. Кроме того, одна и та же реакция может в одних условиях, например при повышенных температурах, протекать быстро, а в других - например при охлаждении, - медленно.
Интенсивность протекания процесса характеризует скорость химической реакции, которая зависит от многих факторов.
На скорость реакции влияют:
природа реагирующих веществ;
реакционная среда;
концентрации реагентов;
давление;
температура;
присутствие в системе катализаторов;
размер поверхности раздела (гетерогенные системы);
внешние воздействия, например, излучения и др.
Весьма важно не только знать, с какой скоростью будет протекать реакция в тех или иных условиях, но и как нужно изменить эти условия для того, чтобы реакция протекала с требуемой скоростью.
Раздел химии, изучающий скорости и механизмы химических реакций, называется химической кинетикой.
1. Основные понятия химической кинетики
Различают гомогенные и гетерогенные химические реакции. Гомогенной называется реакция, протекающая в одной фазе. Гомогенная реакция осуществляется во всем объеме системы (в газовой фазе или жидком растворе), например:
H2 (г) + I2 (г) 2 HI (г)
HCl (р-р) + NaOH (р-р) NaCl (р-р) + H2O (ж).
Гетерогенной называется реакция, протекающая на границе раздела фаз (твердой и жидкой, твердой и газообразной), например:
Fe (тв) + 2 HCl (р-р) Fe Cl2 (р-р) + H2 (г)
FeO (тв) + H2 (г) Fe (тв) + H2O (г).
Все реакции подразделяют на простые и сложные.
Простой (элементарной) называется реакция, протекающая в одну стадию (элементарный акт).
Количество частиц (молекул, атомов, ионов), принимающих участие в элементарной реакции, определяет ее молекулярность.
Мономолекулярная реакция - реакция с участием одной частицы. Например, реакция, связанная с распадом молекулы:
H2 2H
SO2Cl2 SO2 + Cl2.
Бимолекулярная реакция – реакция, протекающая в результате взаимодействия в элементарном акте двух молекул:
H2 + I 2 2HI
2NO N2O2.
Тримолекулярные реакции – реакции, требующие одновременного столкновения трех частиц:
2NO + H2 N2O + H2O.
Чаще всего встречаются мономолекулярные и бимолекулярные реакции. Реакции с молекулярностью больше трех неизвестны, что связано с крайне малой вероятностью одновременного столкновения четырех и более частиц.
Большинство химических реакций являются сложными.
Сложные реакции – это многостадийные реакции, протекающие через ряд элементарных (простых) реакций.
К сложным реакциям относятся последовательные, параллельные, цепные, фотохимические и некоторые другие реакции.
В последовательных реакциях
A B C
продукт, образованный в предыдущей стадии, является одновременно исходным веществом для последующей стадии. Общая скорость процесса определяется скоростью наиболее медленной стадии, которая называется лимитирующей.
В параллельных реакциях исходные вещества претерпевают превращение одновременно в двух или нескольких направлениях по следующей схеме:
В
A
D
Общая скорость процесса определяется скоростью наиболее быстрой стадии.
Совокупность элементарных реакций, из которых складывается сложная химическая реакция, называется механизмом реакции.