Упражнения

1. Рассчитать тепловой эффект (энтальпию) реакции

С₁₂Н₂₂О_11(к) + 12О_2(г) = 12СО_2(г) + 11Н₂О_(ж); ΔН - ?

при стандартных условиях.

2. Водяной газ состоит из равных объемов Н₂ и СО. Найти количество тепла, выделяющегося при сжигании 112 л водяного газа при нормальных условиях.

3. Возможна ли при стандартных условиях реакция:

СО_2(г) + 4Н_2(г) = СН_4(г) + 2Н₂О_(ж)

4. Возможна ли при стандартных условиях реакция TiO₂(к) + 2C(гр) = Ti(к) + 2CO(г) ? Возможна ли эта реакция при температуре 50ºС и 100ºС? При какой температуре наступает химическое равновесие?

5. Какое количество теплоты выделится при сжигании 1 м³ водорода, измеренного при стандартных условиях, если в результате реакции образуется жидкая вода.

6. Будет ли протекать реакция восстановления ZnO оксидом углерода(II) при стандартных условиях?

2.2. Химическая кинетика. Катализ

Вопросы для подготовки к занятию

1. Скорость химической реакции. Гомогенные и гетерогенные реакции.

2. Зависимость скорости от концентрации реагирующих веществ. Основной закон химической кинетики. Кинетическое уравнение. Константа скорости. Применение кинетического уравнения к гетерогенным системам.

3. Зависимость скорости от температуры. Правило Вант-Гоффа. Уравнение Вант-Гоффа. Температурный коэффициент. Расчеты по уравнению. Вант-Гоффа.

4. Каталитические реакции. Механизм действия катализаторов. Энергия активации.

5. Изучение влияния различных факторов (концентрации, температуры, катализаторов) на скорость химической реакции.

Для полного описания химической реакции необходимо знать не только принципиальную возможность ее осуществления (решается термодинамически), но и закономерности протекания во времени, т.е. ее скорость и механизм.

Химические реакции могут проходить в гомогенных и гетерогенных системах. Гомогенной называют систему, однородную по составу и свойствам. Гетерогенной называют систему, состоящую из двух или более однородных частей, отделенных друг от друга поверхностью раздела.

Скорость гомогенной химической реакции определяется изменением кон-центрации одного из исходных веществ или продуктов реакции в единицу времени при неизменном объеме системы.

где – скорость химической реакции, моль/(лс); C₁ – первоначальная концентрация вещества (в момент времени τ₁), моль/л; C₂ – концентрация вещества в момент времени τ₂ > τ₁, моль/л; ΔС – изменение концентрации вещества за время Δτ = τ₂ – τ₁; τ₁,– исходный момент времени, с; τ₂ – текущий момент времени, с; (τ₂ > τ₁).

В гетерогенных системах реакции идут на поверхности раздела отдель- ных частей системы. Скорость гетерогенной реакции определяют изменением количества вещества, вступившего в реакцию или образующегося в реакции в единицу времени на единице поверхности.

где – изменение количества вещества, моль за промежуток времени Δτ, с;

S – площадь поверхности раздела, м².

Скорость химической реакции зависит от природы реагирующих веществ и условий протекания реакции: концентрации, температуры, присутствия катализаторов.

Влияние концентрации реагирующих веществ

Скорость элементарной химической реакции прямо пропорциональна произведению молярных концентраций реагирующих веществ с учетом стехиометрических коэффициентов (закон действия масс К. Гульдберга и П.Вааге).

Элементарными называют реакции, протекающие в одну стадию. Математическое выражение зависимости скорости реакции от концентрации реагирующих веществ для других реакций получают экспериментально. Это уравнение называется кинетическим.

Например, для реакции H₂ + I₂ = 2 HI

Коэффициент пропорциональности называют константой скорости реакции. Физический смысл k – это скорость реакции при концентрации каждого из реагирующих веществ, равной 1 моль/л.

Влияние температуры

Зависимость скорости реакции от температуры определяется правилом Вант-Гоффа: при повышении температуры (Т) на каждые 10^о скорость большинства реакций увеличивается в 2 – 4 раза (температурный коэффициент):