|
|
ОглавлениеХимическая термодинамика. Термохимия Осмотическое давление растворов Давление пара разбавленных растворов неэлектролитов. Первый закон Рауля Температура кипения и замерзания растворов Свойства растворов сильных электролитов Электрическая проводимость растворов электролитов Электродные потенциалы и электродвижущая сила (ЭДС) Поверхностные явления и адсорбция Коллоидные системы и их свойства. Коагуляция коллоидов Растворы высокомолекулярных соединений и их свойства Для бесплатного чтения доступна только часть главы! Для чтения полной версии необходимо приобрести книгуХимическая кинетикаРаздел физической химии, изучающий скорости химических реакций и факторы, влияющие на эту скорость, называется химической кинетикой. Количественно скорость химической реакции принято характеризовать изменением концентрации реагирующих веществ в единицу времени. Задачей химической кинетики является управление химическим процессом с целью обеспечения небходимой скорости реакции и максимального выхода продукта. Среднюю скорость химической реакции Vср за данный промежуток времени t определяют по уравнению: Vср = ±(c2 – c1)/(t2 – t1), (1) где c1 – концентрация одного из участвующих в реакции веществ, соответствующая времени t1; с2 – концентрация этого же вещества, соответствующая времени t2. Истинная скорость химической реакции выражает изменение концентрации к бесконечно малому промежутку времени: V = ±dc/dt. (2) Зависимость скорости реакции от концентрации определяется законом действующих масс и пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ. Так для реакции mA + nB +… скорость будет выражена V = К × cmA × cnB, (3) где К – константа скорости. Порядок реакции равен сумме показателей степеней в уравнении, выражающем зависимость скорости реакции от концентрации реагирующих веществ. Для реакций первого порядка константа скорости определяется по уравнению: K = 2,303/t × lga/(a – x), (4) где t – время, в течение которого концентрация исходного вещества уменьшается до (a – x). Если время выражать в пределах от t1 до t2, тогда: К = 2,303/(t2 – t1) = (a – x1)(a – x2). (5) Константу скорости химической реакции легко вычислить, если известно время, в течение которого прореагировала половина взятого количества вещества. Это время называется временем полупревращения (полураспада). К = 2,303/t ∙ lgc0/c. Если c = c0/2, тогда: K = 2,303/t1/2lgc0/c0/2; и наоборот, время полураспада: t1/2 = 0,693/K. (6) Для реакции второго порядка константа скорости равна: К = 1/t × x/a(a – x). (7) Подставляя в уравнения (4, 5, 7) начальную концентрацию реагирующего вещества и убыль концентрации к определенному времени, можно рассчитать порядок реакции. Порядок реакции принимается тот, по формуле которого получается наиболее постоянная величина К. Порядок реакции может быть определен также по периоду полураспада. Если t1 – время, в течение которого концентрация реагирующего вещества с1 изменяется на 50%, а t2 – время, в течение которого концентрация того же вещества с2 также изменится на 50%, тогда: t1/t2 = c2β – 1/c1β – 1, где β – порядок реакции. Влияние температуры на скорость реакции. Энергия активации Температурный коэффициент скорости реакции при повышении температуры на 10 °С определяется по уравнению Вант-Гоффа: γ = (kt + 10)/kt, где kt – константа скорости при t о; γ – температурный коэффициент, имеющий значение в пределах 2–4 на 10°. Более строгим является уравнение Аррениуса: k = k0 × e–Ea/RT, или: переходя к десятичным логарифмам, получаем lgk = –Ea/(2,3 × R) × 1/T + lgk0, где Ea – энергия активации; T – абсолютная температура; R – газовая постоянная; k0 – постоянная; k – константа скорости химической реакции. Существуют два метода определения энергии активации. Первый – графический. Строят график зависимости экспериментальных величин lgk от 1/T. При этом прямая линия на графике отсекает на оси ординат отрезок, равный lgk0 (откуда можно определить k0) и имеет тангенс наклона, равный –E/2,3R (откуда можно определить Ea). Второй метод: измеряется скорость реакции при двух температурах. При температурах T1 и T2 имеем k1 = k0e–Ea/(RT1) и Исключаем множитель k0: k1/k2 = (e–Ea/(RT1))/(e–Ea/(RT2)) = eEa/(RT1) – Ea/(RT2) или ln(k1/k2) = Еа/R /[(T1 – T2)/T1 ∙ T2] Решение типовых задач Пример 1. Вычисление скорости химической реакции по концентрациям реагирующих веществ. Реакция между веществами А и В протекает по уравнению 2А + В = С; концентрация вещества А равна 6 моль/л, а вещества В – 5 моль/л. Константа скорости реакции равна 0,5 л2·моль–2·с–1. Вычислите скорость химической реакции в начальный момент и в тот момент, когда в реакционной смеси останется 45% вещества В. Внимание! Авторские права на книгу "Физическая и коллоидная химия. Задачи и упражнения. Учебное пособие" (Под ред. Белопухова С.Л.) охраняются законодательством! |
||||||||||||||||||||||
