реакции пропорциональна произведению концентраций исходных веществ в степенях равных их стехеометрическцм коэффициентам.
-о = К-с[А]т . с[В]п,где с [А] и с [В] — молярные концентрации веществ А и В, К — коэффициент пропорциональности, называемый константой скорости реакции.
Влияние температуры
Зависимость скорости реакции от температуры определяется правилом Вант-Гоффа, согласно которому при повышении температуры на каждый 10 С скорость большинства реакций увеличивается в 2—4 раза. Математически эта зависимость выражается соотношением:
v = v ? у 10 ,
где и i)t , i>t — скорости реакции соответственно при начальной (t:) и конечной (t2) температурах, а у — температурный коэффициент скорости реакции, который показывает, во сколько раз увеличивается скорость реакции с повышением температуры реагирующих веществ на 10 °С.
Пример 1. Напишите выражение зависимости скорости химической реакции от концентрации реагирующих веществ для процессов:
а) Н2 4- J2 -» 2HJ (в газовой фазе);
б) Ва2+ 4- S02-= BaS04 (в растворе);
в) СаО 4- С02 -» СаС03 (с участием твердых
веществ).
Решение. v = K-c(H2)c(J2); v = K-c(Ba2+)-c(S02); v = Kc(C02).
Пример 2. Как изменится скорость реакции 2А + В2^± 2АВ, протекающей непосредственно между молекулами в закрытом сосуде, если увеличить давление в 4 раза?
Решение.
По закону действия молекул скорость химической реакции прямо пропорциональна произведению молярных концентраций реагирующих веществ: v = K-c[A]m.c[B]n. Увеличивая в сосуде давление, мы тем самым увеличиваем концентрацию реагирующих веществ.
Пусть начальные концентрации А и В равнялись с[А] = а, с[В] = Ь. Тогда = Ка2Ь. Вследствие увеличения давления в 4 раза увеличилась концентрация каждого из реагентов тоже в 4 раза и стали с[А] = 4а, с[В] = 4Ь.
При этих концентрациях:
vt = K(4a)2-4b = K64a2b.
Значение К в обоих случаях одно и тоже. Константа скорости для данной реакции есть величина постоянная, численно равная скорости реакции при молярных концентрациях реагирующих веществ, равных 1. Сравнивая v и vl9 видим, что скорость реакции возросла в 64 раза.
Пример 3. Во сколько раз увеличится скорость химической реакции при повышении температуры с 0°С до 50°С, принимая температурный коэффициент скорости равный трем?
Решение.
Скорость химической реакции зависит от температуры, при которой она протекает. При повышении температуры на 10 °С, скорость реакции увеличится в 2—4 раза. В случае понижения температуры — она во столько же раз уменьшается. Число, показывающее, во сколько раз увеличивается скорость реакции при повышении температуры на 10 °С, называется температурным коэффициентом реакции.
В математической форме зависимость изменения скорости реакции от температуры выражается уравнением:
v. =v.0'Y 10
Температура увеличивается на 50 °С, а у=3. Подставляем эти значения
50-0
^5о°с = ^о°с "3ю = "00оС ? 3 = v0oC ? 243 . Скорость увеличивается в 243 раза.
Пример 4. Реакция при температуре 50 °С протекает за 3 мин 20 с. Температурный коэффициент скорости реакции равен 3. За сколько времени закончится эта реакция при 30 и 100 °С?
Решение.
При увеличении температуры от 50 до 100 °С скорость реакции возрастает в соответствии с правилом Вант-Гоффе в следующее число раз:
у hzh, 10Q-50
Ч _ 10 „О 10 — Q3
= у ю = з ю = з* = 243 раза.
"и
Если при 50°С реакция заканчивается за 200 с (3 мин 20 с), то при 100 °С она закончится за 200/
243 = 0,82 с. При 30 °С скорость реакции умень-
50-30
шится в 3 10 = З2 = 9 раз и реакция закончится через 200*9 = 1800 с, т.е. через 30 мин.
Пример 5. Исходные концентрации азота и водорода соответственно равны 2 и 3 *моль/л. Каковы будут концентрации этих веществ в тот момент, когда прореагировало 0,5 моль/л азота?
Решение.
Напишем уравнение реакции:
N2 + ЗН2 2NH3, коэффициенты показывают, что азот реагирует с водородом в молярном отношении 1:3. Основываясь на этом, составляем соотношение:
1 моль азота реагирует с 3 моль водорода.
0,5 моль азота реагирует с х моль водорода.
о 1 0,5 3-05
Откуда - = — ; х =—- = 1,5 моль.
3 х 1
Не прореагировало 1,5 моль/л (2 - 0,5) азота и 1,5 моль/л (3 - 1,5) водорода.
Пример 6. Во сколько раз увеличится скорость химической реакции, идущей при столкновении одной молекулы вещества А и двух молекул вещества В:
А(2) + 2В -» С(2) + D(2), при увеличении концентрации вещества В в 3 раза?
Решение.
Напишем выражение зависимости скорости данной реакции от концентрации веществ:
v = К-с(А)-с2(В),
где К — константа скорости.
Примем исходные концентрации веществ с(А) = а моль/л, с(В) = b моль/л. При этих концентрациях скорость реакции равна и1 = Kab2. При увеличении концентрации вещества В в 3 раза с(В) = ЗЬ моль/л. Скорость реакции будет равна v2 = Ka(3b)2 = 9КаЬ2.
Увеличение скорости v2: иг = 9Kab2: Kab2 = 9.
Пример 7. Оксид азота и хлор взаимодействуют по уравнению реакции: 2NO + С12 2NOC1.
Во сколько раз нужно увеличить давление каждого из исх
( ГОТОВОАЯ ИНФА )
1. NaOH + HCl = NaCl + H2O;
2. 2Al(OH)3 + 3H2SO4 = Al2(SO4)3 + 6H2O;
3. Ca(OH)2 + 2HCl = CaCl2 + 2H2O;
4. CaCO3 + 2HCl = CaCl2 + CO2↑ + H2O;
5. 2KOH + H2SO4 = K2SO4 + 2H2O
6. CuSO4 + Fe = FeSO4 + Cu↓
7. CaO + H2O = Ca(OH)2
8. 2Fe(OH)3 + 3H2SO4 = Fe2(SO4)3 + 6H2O
9. Вa(OH)2 + 2HCl = ВaCl2 + 2H2O
10. NaOH + HCl = NaCl + H2O
11. Na2CO3 + 2HCl = 2NaCl + H2O + CO2↑
12. Zn + CuSO4 = ZnSO4 + Cu↓
13. 4P + 5O2 = 2P2O5
14. 2Al + 6HCl = 2AlCl3 + 3H2↑
15. CaO + CO2 = CaCO3
16. CaO + SO2 = CaSO3
17. Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2
18. 4Al + 3O2 = 2Al2O3
19. 2Fe(OH)3 = Fe2O3 + 3H2O
20. Ca(OH)2 + CO2 = CaCO3 + H2O
21. 2Al + 6HCl = 2AlCl3 + 3H2↑
22. Fe + CuSO4 = FeSO4 + Cu↓
23. 4Li + O2 = 2Li2O
24. 2Al + 3S → Al2S3;
25. 2Fe + 3Cl2 → 2FeCl3;
26. 2CH4 → C2H2 + 3H2↑;
27. Ca + 2HCl → CaCl2 + H2↑.