Уравнения, связывающие концентрацию исходных веществ и время



Консультация по теме  «Химическая кинетика»

 

ХИМИЧЕСКАЯ КИНЕТИКА изучает скорость, механизм протекания процесса и факторы, влияющие на скорость.

Скорость реакции - количество вещества, образующееся в единице реакционного объёма (для гомогенной реакции) или на единице поверхности раздела фаз (для гетерогенной реакции) в единицу времени

           Гомогенная реакция протекает в гомогенной системе, гетерогенная – на границе раздела фаз.

моль/(л.с)   моль/ (м2с)        , моль/л

V– объём реакционной зоны; S-поверхность раздела фаз;

τ-время;  ni– количество i – го вещества.

Средняя скорость  (в определенный промежуток времен ) Мгновенная скорость    ( в конкретный момент времени).

 для исходных веществ - отрицательно, для продуктов – положительно.

Кинетические кривыекривые, отражающая изменение концентрации какого-либо вещества от времени в ходе реакции

 А → В С = f (τ)                                                        

                              

 

 

                                      

Задача 1.

За 1 с в единице реакционного пространства образуется по трем реакциям 66 г СО2, 68 г Н2S и 51 г NН3. Скорость образования какого из веществ больше?

Решение. Количество вещества (ν) в молях каждого из продуктов реакции

 

 

 

где R – реакционное пространство, Dν – изменение количества вещества за время Dτ;

Скорость образования NН3 больше, чем скорости об­разования Н2S и СО2.                                                                                                                                                                                                          

 

Простые (элементарные) реакции протекают в одну стадию.

Сложные – суммарный результат протекания нескольких простых реакций.

Простые классифицируют по молекулярности. Молекулярность - число молекул, участвующих в элементарном химическом акте:

целое (+) число: 1,2, реже 3

1 – мономолекулярные:I2 ® 2I

2 – бимолекулярные: H2 + I2 ® 2HI

3 – тримолекулярные: 2NO + Cl2 ® 2NOCl

Запись простой реакции отражает механизм ее протекания, сложной– не отражает механизма протекания процесса: 2N2O5 ® O2 + 2N2 O4

 Стадияи:

1 N2O5 ® O2 + N2O3         быстро

2 N2O3 ® NO + NO2          медленно

3 2NO2  ® 2N2O4         быстро

медленная стадия (2)лимитирующая стадия, определяет скорость

                       

Cкорость реакции зависит от:

 1) природы реагирующих веществ,

 2) концентрации или давления реагирующих веществ,

 3) температуры

 4) катализатора

Влияние концентрации на скорость реакции

Условия протекания реакции A+B→ K +L:

1 - одновременное нахождение А и В в определённой точке реакционного пространства;

2 - удачное их столкновение.

Вероятность (ω) нахождения молекулы для каждого из веществ прямо пропорциональна его концентрации: ωA = α×CаA,           ωB = β×C вB.

Вероятность одновременного нахождения обеих молекул в одной точке пространства, т.е. их столкновения:   ω = ωA × ωB = α×Cа A × β×Cв B.

γ – доля удачных столкновений

Уравнение, связывающее скорость реакции с концентрацией исходных веществ -  кинетическое.

Основное кинетическое уравнение                                                                 

k - константа скорости:

а) не зависит от концентрации

б) зависит от температуры, природы реагирующих веществ, катализатора, площади поверхности раздела фаз.

k – удельная скорость: , если СА = СВ = 1моль/л

а, в – частные порядки реакции по веществам А и В (определяются экспериментально) n = (а + в) – общий порядок реакции

В простых  реакциях: n = 1, 2 редко 3 и общий порядок равен молекулярости. H2 + I2 ® 2HI – простая (элементарная) реакция

 а2) =1, в(I2) =1 ,т.е. порядки реакции по веществам равны стехиометрическим коэффициентам n = 1+1 =2 Þ

 закон действующих масс для химической кинетики.

В сложных реакциях: n = 0, целочисленные, дробные, (-),(+) (определяются экспериментально)

 

Уравнения, связывающие концентрацию исходных веществ и время

 (Т = const)

  Реакции 1-ого порядка А ® В      CH3OCH3® CH4 + H2 + CO

      Кинетическое уравнение реакции первого порядка: .

,     lnC – lnC0 = -kt Þ lnC = lnC0 - kt

С0 – исходная концентрация, С - концентрация в момент времени t                                     

 [ k] =[с-1]   Для реакций 1-ого порядка зависимость lgC от t линейная:  

                        lgC

                      lgCo

                                                    

 

                                                                          t, с

период полупревращения τ1/2:время, за которое прореагировала половина исходного количества вещества

C = 0,5C0 Þ -не зависит от Со для n=1   

   Реакции 2-ого порядка A + B → продукты или 2А ® продукты

  если C0A = C0B                                                 

 [л×моль-1×с-1]

Для реакции 2-ого порядка зависимость 1/С от t линейная                                          

C

                                                a                  tga = k

                1/C0                             

                                                                                                       

                                                                          t                                                 

Период полупревращения для реакций 2-ого порядка C = ½ C0

t ½ - обратно пропорционально начальной С0

                          

Реакции 0-го – порядка:С = С0 - kt; t1/2 = С0 /2k,  [k]= [моль л-1 с-1]

Реакции 3-его порядка:   ; [k]= [моль-2 л2 с-1]

Задача 2.

В реакции второго порядка А + В ® D за 1 час концентрации веществ А и В уменьшились по сравнению с начальной с0 А = с0 В = 0,2 моль/л на 30 %. Определите константу скорости и скорость реакции в начальный момент времени и через час после начала реакции.

Решение. Концентрации веществ А и В за 1 час уменьшились на 0,3×с0 = 0,06моль/л. Отсюда, через час концентрации составят сА = сВ = 0,2 – 0,06 = 0,14(моль/л).

Для реакции II-го порядка

 

Отсюда

 

Задача 3.

Во сколько раз изменится скорость реакции 2СО(г) + О2(г) ® 2СО2(г)

при увеличении давления в системе в 10 раз? Температура системы поддерживается постоянной.

Решение. Предположим, что рассматриваемая реакция является элемен­тарной, т. е. для нее справедлив закон действующих масс: υ = k×с2(СО)×с2).

 

Rонцентрация и парциальное давление связаны прямо пропорциональной зависимостью рi = сi×RT, получим, что υ= k×р2(СО)×р2).

После увеличения давления в системе в 10 раз парциальное давление каж­дого из реагентов реагентов возрастет тоже в 10 раз,

Отсюда υ¢/υ = 1000. Следовательно, скорость реакции увеличится в 1000 раз.


Дата добавления: 2018-02-15; просмотров: 184; ЗАКАЗАТЬ РАБОТУ