Факторы, влияющие на скорость реакции - Роль катализатора в химической реакции

1. Природа реагирующих веществ. Учитель показывает опыт:

В две пробирки наливают по 1 мл раствора HCL. В одну опускаем кусочек гранулированного олова, в другую - кусочек цинка такого же размера. Учащиеся сравнивают интенсивность выделения пузырьков газа, составляют уравнения взаимодействия HCL с цинком и оловом, делают вывод о влиянии природы реагирующих веществ на скорость реакции.

2. Концентрация реагирующих веществ.

Опыт - Взаимодействие тиосульфата натрия с серной кислотой.

А) Провести вначале качественный опыт. Для этого в пробирку налить 1 мл раствора серной тиосульфата натрия и добавить натрия и добавить 1-2 капли раствора серной кислоты. Отметить появления через некоторое время опалесценции и дальнейшее помутнение раствора от образования свободной серы:

Na2S2O3+H2SO4=Na2SO4+SO2 + S +H2O

Время, проходящее от сливания раствора до заметного помутнения, зависит от скорости реакции.

Б) В три пронумерованные пробирки налить из бюретки 0,25 н. раствор тиосульфата натрия: в первую - 1 мл, во вторую - 2 мл, в третью - 3мл. К содержимому первой пробирки прилить из бюретки 2 мл воды, ко второй - 1 мл воды. Таким образом, условная концентрация будет: в пробирки № 1 - С; в пробирки № 2 - 2С; в пробирки № 3 - 3С.

В пробирку № 1 с раствором тиосульфата натрия добавить 1 каплю раствора серной кислоты, встряхнуть ее для перемешивания содержимого и включить секундомер. Отметить время от сливания растворов до заметного появления опалесценции.

Опыт повторить с пробирками № 2 и № 3, добавить также по 1 капли раствора серной кислоты и определяя время протекания реакции.

После проведения опыта учитель на доске строит график зависимости скорости реакции то концентрации реагирующих веществ, где на оси абсцисс откладывает условную концентрацию раствора тиосульфата натрия, на оси ординат условную скорость реакции. (График можно подготовить заранее ).

Учащиеся анализируют график и делают выводы о зависимости скорости реакции от концентрации реагирующих веществ.

Влияние концентрации реагентов на скорость химического взаимодействия выражается основным законом химической кинетики.

Скорость химических реакций, протекающих в однородной среде при постоянной температуре, прямо пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ, возведенных в степени их стехиометрических коэффициентов

NA+mB --> pC

= K [A]N * [B]M

Это уравнение - кинетическое уравнение скорости. [A], [B] (моль/л) - концентрации исходных веществ; N, m - коэффициенты в уравнении реакции; K - Константа скорости.

Физический смысл константы скорости (K):

Если [A] = [B] = 1 моль/л => = K *1N* 1M., Т. е. = K.

Это скорость данной реакции в стандартных условиях.

Примеры:

№ 1. 2Н2 (г) + О2 (г) --> 2Н2О (г)

= K [H2]2 * [O2]

Как изменится скорость этой реакции, если концентрацию каждого из исходных веществ увеличить в 2 раза?

    1 = K(2[H2])2 * (2[O2]); 2[H2] и 2[O2] - новые концентрации исходных веществ. 1 = K 4 [H2]2 * 2[O2] 1 = 8K[H2]2 * [O2].

Сравним с уравнением (1) - скорость увеличилась в 8 раз.

2Сu (тв.) + О2 (г) 2СuO (тв.)

= K[Cu]2 [O2], однако концентрация твердого вещества исключается из уравнения - ее невозможно изменить - постоянная величина.

Cu (тв.) =>[Сu] = const

= K [O2]

3. Температура.

Большое влияние на скорость химические реакции оказывает температура

Вант-Гофф сформулировал правило: пОвышение температуры на каждые 10 о С приводит к увеличению скорости реакции в 2-4 раза (эту величину называют Температурным коэффициентом реакции).

При повышении температуры средняя скорость молекул, их энергия, число столкновений увеличиваются незначительно, зато резко повышается доля "активных" молекул, участвующих в эффективных соударениях, преодолевающих энергетический барьер реакции.

Математическая эта зависимость выражается соотношением

Где T2, t1 - скорости реакций соответственно при конечной t2T1 Температурах, а - температурный коэффициент скорости реакции с повышением температуры на каждые 10ОС.

Примеры: во сколько раз увеличится скорость химической реакции при tО: 50О --> 100О, если = 2

2 = 1 *2 100 -5010; 2= 1 *25

То есть скорость химической реакции увеличится в 32 раза.

Одно из наиболее эффективных средств воздействия на скорость химических реакций - использование катализаторов. Как вы уже знаете из школьного курса химии, Катализаторы - это вещества, которые изменяют скорость реакции, а сами к концу процесса остаются неизменными как по составу, так и по массе. Иначе говоря, в момент самой реакции катализатор активно участвует в химическом процессе, как и реагенты, но к концу реакции между ними возникает принципиальное отличие: реагенты изменяют свой химический состав, превращаясь в продукты, а катализатор выделяется в первоначальном виде.

Чаще всего роль катализатора заключается в увеличении скорости реакции, хотя некоторые катализаторы не ускоряют, а замедляют процесс. Явление ускорения химических реакций благодаря присутствию катализаторов носит название Катализа, А замедления - Ингибирования.

Катализ - очень важный раздел химии и химической технологии. С некоторыми катализаторами вы знакомились, изучая химию азота и серы. Учитель демонстрирует опыт.

Если открытую, содержащую концентрированный водный раствор аммиака колбу поместить предварительно нагретую платиновую проволоку, то она раскаляется и длительное время находится в состоянии красного каления. Но откуда тогда берется энергия, поддерживающая высокую температуру платины? Все объясняется просто. В присутствии платины аммиак взаимодействует с кислородом воздуха, реакция является сильно экзотермической (Н -900 кДж):

4NH3(Г) + 5O2=4NO(Г)+6H2O(Г)

Пока идет реакция, инициированная платиной, выделяющаяся теплота поддерживает высокую температуру катализатора.

Похожие статьи




Факторы, влияющие на скорость реакции - Роль катализатора в химической реакции

Предыдущая | Следующая