Решение

a) Поскольку в данной реакции все вещества находятся в газообразном состоянии, то данная система будет являться гомогенной и в формулу закона для прямой реакции будут входить концентрации всех компонентов:

=[N₂][H₂]³;

для обратной реакции

=[NH₃]².

b) Поскольку в данной реакции вещества находятся в газообразном и кристал-лическом состоянии, то данная система будет являться гетерогенной и в формулу закона для прямой реакции будут входить концентрации только газообразных веществ ([C]не учитывается, т. к. углерод находится в кристаллическом состоянии, а концентрации кристаллических веществ равны единице.):

=[О₂];

для обратной реакции

=[CO]².

Температура. Многочисленные опыты показывают, что при повышении температуры скорость большинства химических реакций существенно увеличивается, причем для реакций в гомогенных системах при нагревании на каждые десять градусов скорость реакции возрастает в 2—4 раза (правило Вант-Гоффа). Это правило связано с понятием температурного коэффициента скорости реакции и определяется соотношением

При увеличении температуры от t₁доt₂изменение скорости реакции можно рассчитать по формуле

,

где t₂иt₁- скорости реакции при температурахt₂иt₁соответственно; - температурный коэффициент скорости данной реакции, показывающий, во сколько раз изменяется скорость реакции при изменении температуры на 10⁰С.

С одной стороны, увеличение температуры приводит к увеличению скорости движения молекул и, как следствие, к более частым столкновениям. Но этот фактор не вызывает увеличение скорости даже в 2а раза, т. к. не все столкновения оказываются эффективными. Реакция начнётся только в том случае, если энергия молекул превысит некоторую величину, достаточную для преодоления барьера отталкивания. В этом случае происходит сближение взаимодействующих частиц, при котором становиться возможным образование химической связи. При этом возникает активированный комплекс- единое образование из столкнувшихся молекул, находящихся в состоянии перераспределения электронной плотности. Такие молекулы называютсяактивными, а энергия, которой должны обладать эти сталкивающиеся молекулы, чтобы их столкновение привело к химическому превращению, называютэнергией активации. Отсюда следует, что при увеличении температуры увеличивается доля активных, т. е. способных к взаимодействию молекул, и скорость реакции увеличивается. Этот факт может быть доказан с помощью графика:

N

T₂> T₁

T₁

T₂

N₂

N₂> N₁

N₁

Кинетическая энергия

Рисунок 2. - График зависимости доли активных молекул от температуры

N – доля молекул с данной энергией;

Т – температура.

Правило Вант-Гоффа применимо только в узком интервале температур. Более точным является уравнение Аррениуса

k = A ∙ e ^√Ea/RT , где

A- постоянная, зависящая от природы реагирующих веществ;R- универсальная газовая постоянная [8,314 Дж/(моль ∙ К) = 0,082 л ∙_═атм/(моль ∙ К)];Ea- энергия активации.

 Показательно, что для экзотермической реакции( идущей с выделением теплоты) энергия активации перекрывается тепловым эффектом реакции.

 

Экзотермическая реакция	Эндотермическая реакция

  Рисунок 3. - Энергетическая диаграмма химической реакции.

А - реагенты,

В - активированный комплекс (переходное состояние),

С - продукты.

Чем больше энергия активации Ea, тем сильнее возрастает скорость реакции при увеличении температуры.

Поверхность соприкосновения реагирующих веществ. Для гетерогенных систем (когда вещества находятся в разных агрегатных состояниях), чем больше поверхность соприкосновения, тем быстрее протекает реакция. Поверхность твердых веществ может быть увеличена путем их измельчения, а для растворимых веществ - путем их растворения.

Катализ - процесс, заключающийся в изменении скорости химических реакций в присутствии веществ, называемых катализаторами.Катализаторы– вещест-ва, изменяющие скорость химической реакции, которые могут входить в состав промежуточных продуктов, но не входят в состав конечных продуктов реакции и после окончания реакции остаются неизменными.

Каталитические реакции- реакции, протекающие в присутствии катализато-ров.Положительным называют катализ, при котором скорость реакции возрастает,отрицательным(ингибированием) - при котором она убывает. Примером положительного катализа может служить процесс окисления аммиака на платине при получении азотной кислоты. Примером отрицательного - снижение скорости коррозии при введении в жидкость, в которой эксплуатируется металл, нитрита натрия, хромата и дихромата калия. Катализаторы, замедляющие химическую реакцию, называютсяингибиторами.В зависимости от того, находится катализатор в той же фазе, что и реагирующие вещества, или образует самостоятельную фазу, говорят огомогенномилигетерогенномкатализе. Примеромгомогенногокатализа является разложение пероксида водорода в присутствии ионов йода. Реакция протекает в две стадии:

Н₂ О₂ + I₂ = H₂ O + I₂O;

Н₂ O₂ + I₂O = Н₂ O + O₂ + I_2.

При гомогенном катализе действие катализатора связано с тем, что он вступает во взаимодействие с реагирующими веществами с образованием промежуточных соединений, это приводит к снижению энергии активации. При гетерогенном катализе ускорение процесса обычно происходит на поверхности твердого тела - катализатора, поэтому активность катализатора зависит от величины и свойств его поверхности. На практике катализатор обычно наносят на твердый пористый носитель. Механизм гетерогенногокатализа сложнее, чем у гомогенного.

Механизм гетерогенного катализа включает пять стадий, причем все они обратимы: 1-я- диффузия реагирующих веществ к поверхности твердого вещества;2-я- физическая адсорбция на активных центрах поверхности твердого вещества реагирующих молекул и затем хемосорбция их;3-я- химическая реакция между реагирующими молекулами;4-я - десорбция продуктов с поверхности катализатора;5-я- диффузия продукта с поверхности катализатора в общий поток.

Примером гетерогенного катализа является окисление SO₂в SO₃ на катализаторе V₂O₅ при производстве серной кислоты (контактный метод).

Промоторы (или активаторы) - вещества, повышающие активность катализатора. При этом промоторы могут сами и не обладать каталитическими свойствами.

Каталитические яды- посторонние примеси в реакционной смеси, приводящие к частичной или полной потере активности катализатора. Так, следы мышьяка, фосфора вызывают быструю потерю катализатором V₂O₅активности (контактный метод производства H₂SO₄).