Охарактеризуйте понятие скорость химической реакции: Понятие о скорости химических реакций

Содержание

Скорость химической реакции – влияющие факторы природы (8 класс)

4.2

Средняя оценка: 4.2

Всего получено оценок: 588.

4.2

Средняя оценка: 4.2

Всего получено оценок: 588.

С какой скоростью протекает та или иная химическая реакция зависит от множества факторов. Что же это за факторы, и как они влияют на химическую реакцию?

Скорость химической реакции

Скорость химической реакции определяется изменением концентрации одного из реагирующих веществ в единицу времени при неизменном объеме системы.

Выражение для средней скорости химической реакции имеет вид:

v=c₂-c₁/t₂-t₁, где

Рис. 1. формула скорости химической реакции.

с₁ – концентрация вещества в момент времени t₁,

с₂ – концентрация вещества в момент времени t₂ (t₂ больше t₁)

Если концентрация относится к веществу, расходующемуся в процессе реакции, то соблюдаются следующие условия:

с₂ больше с₁; дельта с = с₂-с₁ меньше 0

Если концентрация вещества относится к продукту реакции, то:

с₂ больше с₁; дельта с = с₂-с₁ ,больше 0

Скорость реакции всегда положительна, поэтому в уравнении для средней скорости реакции перед дробью ставится знак минус.

Концентрацию вещества обычно выражают в моль/л, а время в секундах

По мере взаимодействия веществ концентрации непрерывно меняются, меняется и скорость химической реакции. В химической кинетике пользуются понятием истинной скорости, то есть изменением концентрации вещества за бесконечно малый промежуток времени.

Истинная скорость выражается производной концентрации данного вещества во времени

v=dc/dt

Факторы

Существует несколько факторов, влияющих на скорость химических реакций. Скорость химической реакции зависит от влияния природы реагирующих веществ, от концентрации реагирующих веществ, от температуры, от присутствия катализаторов и ингибиторов, а для веществ в твердом состоянии – от поверхности реагирующих веществ и других условий:

природа реагирующих веществ. Химическая реакция протекает при соударении реагирующих частиц. Это соударение будет эффективным, если частица будет обладать определенным запасом энергии (энергия активации Еа). Значение Еа меньше у более активных веществ, в результате в реакцию вступает большее их число, реакция идет быстрее. Так, если реакция водорода с фтором или хлором будет протекать в темноте, то в случае с хлором скорость будет очень мала, а фтор будет реагировать со взрывом:

H₂+ F₂=2HF (взрыв)

H₂+Cl₂=2HCl (скорость очень мала) – хлороводород

Рис. 2. Хлороводород.

концентрация реагирующих веществ. Число столкновений частиц пропорционально числу частиц в единице объема, то есть концентрации. Зависимость выражается законом действия масс: скорость химической реакции пропорциональна концентрации реагирующих веществ. Закон действия масс действителен для реакций, протекающих в гомогенной (однофазной – жидкой или газовой) среде. Если реакция протекает в гетерогенной среде, то скорость зависит от состояния межфазной поверхности, на которой протекает реакция. При этом концентрация твердого вещества почти не изменяется и не учитывается уравнением закона действия масс.

Если в реакции участвуют газы, то скорость реакции зависит от давления: при увеличении давления пропорционально увеличиваются концентрации газов.

температура. при увеличении температуры число активных молекул возрастает, и скорость реакции увеличивается. Согласно эмпирическому правилу Я.Г. Вант-Гоффа, при увеличении температуры на 10 градусов скорость реакции возрастает в 2-4 раза.
катализаторы. Катализатор – это вещество, которое увеличивает скорость реакции, активно участвует в ней, но само в итоге не расходуется и химически не изменяется.

Бывают отрицательные катализаторы, замедляющие реакцию, их называют ингибиторами.

Рис. 3. Ингибиторы определение.

Роль катализатора – снижение энергии активации. Катализ бывает гомогенный (катализатор в той же фазе, что и реагенты) и гетерогенный (катализатор в другой фазе). В живых организмах процессы катализируются ферментами – биологическими катализаторами белковой природы.

Что мы узнали?

В 8 классе по химии важной темой является «Скорость химической реакции». Скорость химической реакции определяется изменением концентрации реагирующих веществ или продуктов реакции за единицу времени. Факторами, влияющими на эту скорость являются температура, давление, природа веществ, катализаторы.

Тест по теме

Доска почёта

Чтобы попасть сюда — пройдите тест.

Александр Котков
10/10
Алла Степченко
8/10

Оценка доклада

4.2

Средняя оценка: 4.2

Всего получено оценок: 588.

А какая ваша оценка?

Скорость химических реакций и факторы от которых она зависит

В жизни мы сталкиваемся с разными химическими реакциями. Одни из них, как ржавление железа, могут идти несколько лет. Другие, например, сбраживание сахара в спирт, — несколько недель. Дрова в печи сгорают за пару часов, а бензин в моторе — за долю секунды.

Чтобы уменьшить затраты на оборудование, на химических заводах повышают скорость реакций. А некоторые процессы, например, порчу пищевых продуктов, коррозию металлов, — нужно замедлить.

Скорость химической реакции можно выразить как изменение количества вещества (n, по модулю) в единицу времени (t) — сравните скорость движущегося тела в физике как изменение координат в единицу времени: υ = Δx/Δt. Чтобы скорость не зависела от объема сосуда, в котором протекает реакция, делим выражение на объем реагирующих веществ (v), т. е. получаем изменение количества вещества в единицу времени в единице объема, или изменение концентрации одного из веществ в единицу времени:

n₂ − n₁ Δn
υ = –––––––––– = –––––––– = Δс/Δt (1)
(t₂ − t₁) • v Δt • v

где c = n / v — концентрация вещества,

Δ (читается «дельта») — общепринятое обозначение изменения величины.

Если в уравнении у веществ разные коэффициенты, скорость реакции для каждого из них, рассчитанная по этой формуле будет различной. Например, 2 моль серни́стого газа прореагировали полностью с 1 моль кислорода за 10 секунд в 1 литре:

2SO₂ + O₂ = 2SO₃

Скорость по кислороду будет: υ = 1 : (10 • 1) = 0,1 моль/л·с

Скорость по серни́стому газу: υ = 2 : (10 • 1) = 0,2 моль/л·с — это не нужно запоминать и говорить на экзамене, пример приведен для того, чтобы не путаться, если возникнет этот вопрос.

Скорость гетерогенных реакций (с участием твердых веществ) часто выражают на единицу площади соприкасающихся поверхностей:

Δn
υ = –––––– (2)
Δt • S

Гетерогенными называются реакции, когда реагирующие вещества находятся в разных фазах:

твердое вещество с другим твердым, жидкостью или газом,
две несмешивающиеся жидкости,
жидкость с газом.

Гомогенные реакции протекают между веществами в одной фазе:

между хорошо смешивающимися жидкостями,
газами,
веществами в растворах.

Условия, влияющие на скорость химических реакций

1) Скорость реакции зависит от природы реагирующих веществ. Проще говоря, разные вещества реагируют с разной скоростью. Например, цинк бурно реагирует с соляной кислотой, а железо довольно медленно.

2) Скорость реакции тем больше, чем выше концентрация веществ. С сильно разбавленной кислотой цинк будет реагировать значительно дольше.

3) Скорость реакции значительно повышается с повышением температуры. Например, для горения топлива необходимо его поджечь, т. е. повысить температуру. Для многих реакций повышение температуры на 10° C сопровождается увеличением скорости в 2–4 раза.

4) Скорость гетерогенных реакций увеличивается с увеличением поверхности реагирующих веществ. Твердые вещества для этого обычно измельчают. Например, чтобы порошки железа и серы при нагревании вступили в реакцию, железо должно быть в виде мелких опилок.

Обратите внимание, что в данном случае подразумевается формула (1)! Формула (2) выражает скорость на единице площади, следовательно не может зависеть от площади.

5) Скорость реакции зависит от наличия катализаторов или
ингибиторов.

Катализаторы — вещества, ускоряющие химические реакции, но сами при этом не расходующиеся. Пример — бурное разложение перекиси водорода при добавлении катализатора — оксида марганца (IV):

2H₂O₂ = 2H₂O + O₂↑

Оксид марганца (IV) остается на дне, его можно использовать повторно.

Ингибиторы — вещества, замедляющие реакцию. Например, для продления срока службы труб и батарей в систему водяного отопления добавляют ингибиторы коррозии. В автомобилях ингибиторы коррозии добавляются в тормозную, охлаждающую жидкость.

Еще несколько примеров:

Условия	Примеры
Природа реагирующих веществ	Многие вещества хранятся годами, а перекись водорода разлагается: 2Н₂О₂ = 2Н₂О + О₂↑
Их концентрация	Чистая перекись водорода разлагается со взрывом, а в растворе — за несколько месяцев
Температура	В прохладном месте раствор Н₂О₂ сохраняется довольно долго
Присутствие катализаторов и ингибиторов	Раствор Н₂О₂, поступающий в продажу, содержит ингибиторы, чтобы лучше хранился. Но если к нему добавить щепотку MnO₂ в качестве катализатора — происходит бурное выделение кислорода

автор: Владимир Соколов

2.5.2: Скорость химической реакции

Последнее обновление
Сохранить как PDF

Идентификатор страницы: 1439

Скорость химической реакции равна изменению концентрации в течение изменить во времени.

Введение

Скорость химической реакции представляет собой изменение концентрации по сравнению с изменением времени и является показателем «скорости», с которой происходит химическая реакция, и может быть определена с помощью двух наблюдаемых величин:

Скорость исчезновения реагентов \[-\dfrac{\Delta[Reactants]}{\Delta{t}} \nonumber \] Обратите внимание, что это отрицательное значение, поскольку оно измеряет скорость исчезновения реагентов.
Скорость образования продуктов \[\dfrac{\Delta{[Products]}}{\Delta{t}} \nonumber \] Это скорость образования продуктов.

Они оба связаны сбалансированными химическими реакциями и могут использоваться для измерения скорости реакции.

Внешние ссылки

http://en.Wikipedia.org/wiki/Reaction_rate
www.chm.davidson.edu/vce/kinetics/ReactionRates.html (этот веб-сайт позволяет вам поиграть со скоростью реакции и поможет вам понять)
goldbook. iupac.org/R05156.html
www.youtube.com/watch?v=FfoQsZa8F1c Видео на YouTube очень быстрой экзотермической реакции.

Ссылки

Petrucci et al. Общая химия: принципы и современные приложения, 9 ^th Edition . Нью-Джерси: Prentice-Hall Inc., 2007.

Коннорс, Кеннет. Химическая кинетика: изучение скоростей реакций в растворах . Нью-Йорк: VCH Publishers, Inc., 19.{-6} м/с\). Какая Концентрация будет [A] через 3 минуты?
Рассмотрим реакцию \(A + B \longrightarrow C\). Скорость реакции 1,23*10-4. [A] изменится от концентрации 0,4321 М до 0,4444 М за какой промежуток времени?
Напишите скорость химической реакции относительно переменных для данного уравнения. \[2A+3B \стрелка вправо C+2D \номер\]
Верно или неверно: средняя скорость и мгновенная скорость равны друг другу.
Как скорость образования продукта связана со скоростью исчезновения реагентов.

Авторы

Альберт Лоу, Виктория Бланшар, Дональд Ле

Наверх

Была ли эта статья полезной?

Тип изделия
Раздел или Страница
Лицензия
CC BY-NC-SA
Версия лицензии
4,0
Показать страницу TOC
№ на стр.
Теги

2.

5: Скорость реакции — Химия LibreTexts

Последнее обновление
Сохранить как PDF

Идентификатор страницы: 1438

В ходе реакции, показанной ниже, расходуются реагенты A и B, а концентрация продукта AB увеличивается. Скорость реакции можно определить, измерив, насколько быстро уменьшается концентрация А или В или насколько быстро увеличивается концентрация АВ.

\[ \ A + B \longrightarrow AB \номер\]

Рисунок \(\PageIndex{1}\): На приведенном выше рисунке показан гипотетический профиль реакции, в котором концентрация реагентов (красный цвет) уменьшается по мере увеличения концентрации продуктов (синий цвет).

Для стехиометрически сложной реакции:

\[ aA + bB \longrightarrow cC + dD \label{1} \]

\[ \text{Скорость} = \dfrac{-1}{a}\dfrac{d[A]}{dt} = \dfrac{-1}{b} \dfrac{d[B]}{dt} = \dfrac{1}{c}\dfrac{d[C]}{dt} = \dfrac{1}{d}\dfrac{d[D]}{dt} \nonumber \]

Глядя на рисунок \(\PageIndex{1}\) выше, мы видим, что скорость может быть измерена либо по реагенту (A или B), либо по любому продукту (C или D). Не все переменные необходимы для определения скорости. Следовательно, если у вас есть значение «А», а также значение «а», вы можете найти скорость реакции.

Вы также можете заметить из уравнения \ref{1}, что изменение реагентов по сравнению с изменением во времени должно стоять перед ними со знаком минус. Причина этого в том, что количество реагентов уменьшается с течением времени, поэтому скорость будет отрицательной (потому что это обратная скорость). Таким образом, если перед переменной поставить знак минус, решение будет иметь положительную скорость.

Химические реакции сильно различаются по скорости, с которой они происходят. Некоторые из них сверхбыстрые, в то время как другим могут потребоваться миллионы лет, чтобы достичь равновесия.

Определение скорости реакции

Скорость реакции для данной химической реакции является мерой изменения концентрации реагентов или изменения концентрации продуктов в единицу времени. Скорость химической реакции можно определить как изменение концентрации вещества, деленное на интервал времени, в течение которого наблюдается это изменение:

\[ \text{скорость}=\dfrac{\Delta \text{концентрация}}{\Delta \text{время}} \label{2-1} \]

Для реакции вида \(A + B \rightarrow C\), скорость может быть выражена через изменение концентрации любого из ее компонентов

\[\text{rate}=-\dfrac{\Delta [A]}{\Delta t} \nonumber \]

\[\text{rate}=-\dfrac{\Delta [B]}{\Delta t} \nonumber \]

\[\text{rate}=\dfrac{\Delta [C ]}{\Delta t} \nonumber \]

где \(Δ[A]\) — разница между концентрациями \(A\) за интервал времени \(t_2 – t_1\):

\[ \Delta [A] = [A]_2 – [A]_1 \label{2-2} \]

Обратите внимание на знаки минус в первых двух примерах выше. Концентрация реагента всегда уменьшается со временем, поэтому \(\Delta [A]\) и \(\Delta [A]\) оба отрицательны. Поскольку отрицательные скорости не имеют особого смысла, скорости, выраженные в терминах концентрации реагента, равны , всегда перед ставится знак минус, чтобы скорость была положительной.

Рассмотрим теперь реакцию, в которой коэффициенты разные:

\[A + 3B \rightarrow 2D \nonumber \]

Понятно, что \([B]\) убывает в три раза быстрее, чем \([A]\), поэтому во избежание двусмысленности при выражении скорости по разным компонентам принято делить каждое изменение концентрации на соответствующий коэффициент:

\[\text{rate}= -\dfrac{\Delta [A]}{\Delta t} = -\dfrac {\Delta [B]}{3\Delta t} = \dfrac{\Delta [D]}{2\Delta t} \label{2-3} \]

Пример \(\PageIndex{1}\) : Окисление аммиака

При окислении аммиака

\[\ce{4 Nh4 + 3O2 -> 2 N2 + 6 h3O} \номер \]

установлено, что скорость образования N ₂ составляет 0,27 моль л ^–1 с ^–1 .

С какой скоростью образовывалась вода?
С какой скоростью расходовался аммиак?

Раствор

а) Из уравнения стехиометрии Δ[H ₂ O] = 6/2 Δ[N ₂ ], поэтому скорость образования H ₂ O is

3 × (0,27 моль л ^–1 с ^–1 ) = 0,81 моль л ^–1 с ^–1 .

б) на каждые 2 моля образующегося N ₂ расходуется 4 моля NH ₃, поэтому скорость исчезновения аммиака составляет 063 ) = 0,54 моль л ^–1 с ^–1 .

Комментарий : Из-за того, как сформулирован этот вопрос, было бы приемлемо выразить это последнее значение как отрицательное число.

Мгновенные скорости

Большинство реакций замедляются по мере расходования реагентов. Следовательно, скорости, даваемые приведенными выше выражениями, имеют тенденцию терять свое значение при измерении на более длительных интервалах времени Δ t . Примечание. Мгновенные ставки также известны как дифференциальные ставки.

Таким образом, для реакции, протекание которой показано здесь, фактическая скорость (измеряемая увеличением концентрации продукта) непрерывно изменяется, достигая наибольшего значения в нулевой момент времени. мгновенная скорость реакции определяется наклоном касательной к кривой зависимости концентрации от времени.

Мгновенная скорость, полученная в начале реакции (t = 0), известна как начальная скорость (метка (1) здесь). Как мы вскоре увидим, начальные скорости играют важную роль в изучении кинетики реакций. Если вы изучали дифференциальное исчисление, то знаете, что эти наклоны касательных представляют собой производных , значения которых могут различаться в каждой точке кривой, так что эти мгновенные скорости на самом деле равны ограничение ставок определяется как

\[ \text{rate} = \lim_{\Delta t \rightarrow 0} \dfrac{-[A]}{\Delta T} \nonumber \]

Если вы не знаете исчисления, имейте в виду, что чем больше временной интервал Δ t , тем меньшей будет точность мгновенной скорости.

Законы скорости и константы скорости

Закон скорости – это выражение, связывающее скорость реакции с константой скорости и концентрациями реагентов. Константа скорости \(k\) является константой пропорциональности для данной реакции. Общий закон скорости обычно выражается как: 9t \label{2} \]

Как видно из уравнения \ref{2} выше, скорость реакции зависит от концентрации реагентов, а также от константы скорости. Однако есть и другие факторы, влияющие на скорость реакции. Эти факторы включают температуру и катализаторы. Когда вы можете написать уравнение закона скорости для определенной реакции, вы можете определить порядок реакции на основе значений s и t.

Порядок реакции

Скорость реакции для данной реакции является важным инструментом, который позволяет нам рассчитать конкретный порядок реакции. Порядок реакции важен, поскольку он позволяет нам легко и эффективно классифицировать конкретные химические реакции. Знание порядка реакции позволяет быстро понять многочисленные факторы реакции, включая закон скорости, единицы константы скорости, период полураспада и многое другое. Порядок реакции можно рассчитать из закона скорости, добавив экспоненциальные значения реагентов в закон скорости. 9t \label{4} \]

\[ \text{Порядок реакции} = s + t \label{5} \]

Важно отметить, что хотя порядок реакции можно определить из закона скорости, существует вообще, нет связи между порядком реакции и стехиометрическими коэффициентами в химическом уравнении.

ПРИМЕЧАНИЕ. Скорость реакции должна быть неотрицательной. Он может быть равен нулю и не обязательно должен быть целым числом.

Как показано в уравнении \ref{5}, полный порядок реакции равен сумме «s» и «t». Но что означает каждая из этих переменных? Каждая переменная представляет порядок реакции по отношению к реагенту, к которому она относится. В этой конкретной ситуации s — это порядок реакции по [A], а t — порядок реакции по [B].

Вот пример того, как вы можете посмотреть на это : Если порядок реакции по отношению к [A] равен 2 (s = 2), а [B] равен 1 (t = 1), то это в основном означает, что концентрация реагента A уменьшается в 2 раза, а концентрация [B] уменьшается в 1 раз.

Итак, если у вас нулевой порядок реакции (т. ), это в основном означает, что концентрация реагентов не влияет на скорость реакции. Вы можете удалить или добавить реагенты в смесь, но скорость не изменится.

Список различных уравнений скорости реакции для реакций нулевого, первого и второго порядка можно увидеть в таблице \(\PageIndex{1}\). Эта таблица также включает дополнительные уравнения, которые можно определить с помощью этого уравнения, когда известен порядок реакции (период полураспада, интегральный закон скорости и т. д.).

92}\)

Таблица \(\PageIndex{1}\): В таблице ниже представлены многочисленные значения и уравнения, используемые при наблюдении химической кинетики для различных типов реакций
Закон об интегрированных ставках	\(\ {[A]_t} = \ {-kt + [A]_0}\)	\(\ {ln[A]_t} = \ {-kt + ln[A]_0}\)	\(\dfrac{1}{[A]_t} = +kt + \dfrac{1}{[A]_0} \)
Единицы постоянной скорости (k):	\(\ {моль л^{-1} с^{-1}}\) 9{-1}}\)
Линейный график для определения (k):	\([A] \) в зависимости от времени	\(\ln [A] \) в зависимости от времени	\(\dfrac{1}{[A]}\) в зависимости от времени
Отношение постоянной скорости к наклону прямой:	\(\ {наклон} = \ {-k}\)	\(\ {наклон} = \ {-k}\)	\(\ {наклон} = \ {k}\)
Период полураспада:	\(\dfrac{[A]_0}{2k}\)	\(\dfrac{\ln2}{k}\)	\(\dfrac{1}{k[A]_0}\)

Примеры задач

1. Определите скорость реакции

2. ВЕРНО или НЕВЕРНО: изменения температуры или введение катализатора повлияют на константу скорости реакции

Для примеров задач 3-6 используйте Формула 6 для ответов на вопросы

\[ H_2O \longrightarrow 2H_2+ O_2 \label{6} \]

* Предположим, что реакция протекает при постоянной температуре

3. Для приведенной выше реакции сформулируйте закон скорости.

4. Укажите общий порядок реакции.

5. Найдите скорость, если k = 1,14 x 10 ^-2 и [H ₂ O] = 2,04M

6. Найдите период полураспада реакции.

Ответы

1. Скорость реакции является мерой изменения концентрации исчезновения реагентов или изменения концентрации появления продуктов в единицу времени.

2. НЕВЕРНО. Константа скорости не зависит от присутствия катализатора. Однако катализаторы могут влиять на общую скорость реакции.

3. \(\ {Скорость} = \ {k[H_2O]}\)

4. Первый — порядок

5. 2,33 x 10 ^-2 с ^-1

6. 60,8 с ( (t1/2 = ln 2 / k = ln 2 / 1,14 x 10 ^-2 ^{= 60,8 с). 25. Саусалито, CA: Университетские научные книги,}

Кроу, Джонатан, Брэдшоу, Тони, МонкПол. (2006) Химия для биологических наук: основные концепции . Оксфорд Пресс.

Айзекс, Н.С. (1995). Физическая органическая химия (Второе издание). Харлоу, Великобритания: Эдисон Уэсли Лонгман.

Кеннет Коннорс. (1990). Химическая кинетика . Издательство ВЧ.

Левин, Ира Н. (1988). Физическая химия (Третье издание). McGraw-Hill Inc.

Сегел, Ирвин. (1993). Энзим Кинетика . Библиотека классики Wiley.

Зумдал, Стивен С. и Зумдал, Сьюзан А. (2003) Химия (Шестое издание). Хоутон Миффлин Ко

Шагури, Ричард. Химия 1A Лекционный сборник. 4-е изд. Пользовательская публикация.

Охарактеризуйте понятие скорость химической реакции: Понятие о скорости химических реакций — урок. Химия, 9 класс.