2.2.2. Влияние температуры.

1. Каким правилом выражается зависимость скорости химической реакции от температуры v = f(t⁰C)? Что называют температурным коэффициентом скорости реакции? Какие он может иметь значения для обычных химических реакций?

Зависимость скорости реакции от температуры предложил Аррениус:

Уравнение Аррениуса в дифференциальной форме:

Зависимость константы скорости от температуры в нешироком интервале температур в большинстве случаев подчиняется уравнению:

d lnk/dT=E/RT2

где k – константа скорости химической реакции;

T – температура, K;

E – константа, которая называется энергией активации

химической реакции, Дж/моль.

После интегрирования (при условии, что E = const) уравнение легко привести к виду :

Уравнение Аррениуса в интегральной форме

k=Ae-Ea/RT

где k-константа скорости реакции

e - основание скорости логарифма

Ea – энергия активации

R-универсальная газовая постоянная

T- температура по шкале Кельвина

А-коэф-т пропорциональности

Возрастание скорости реакции с ростом температуры принято характеризовать температурным коэффициентом скорости реакции , числом, показывающим, во сколько раз возрастает скорость данной реакции при повышении температуры системы на 10°С. Температурный коэффициент различных реакций различен.

При обычных температурах его значение для большинства реакций находится в пределах от 2... 4.

2. Напишите математическое выражение правила Вант-Гоффа, которое показывает, что влияние температуры на скорость химической реакции связано с изменением константы скорости реакции. Охарактеризуйте каждую из входящих в выражение величин.

Скорости большинства химических реакций повышаются с ростом температуры. Для некоторых реакций в области умеренных температур выполняется эмпирическое правило Вант-Гоффа, согласно которому:

Правило Вант-Гоффа:

при повышении температуры на 10 градусов скорость

реакции увеличивается в 2 – 4 раза:

K_t+m*10/K_Т= γ^m

где K_t,K_t+m*10– константы скорости при температуре T и повышен-

ной в m раз на 10 градусов температуре T + 10⋅m,

γ – температурный коэффициент реакции (γ ≈2÷4).

3. Перечислите основные положения теории активных столкновений и дайте определения и иллюстрации следующим понятиям:

• энергия активации реакции,

• энергетическая диаграмма реакции с указанием величины энергии активации данной реакции,,

• переходный (активный) комплекс,

• активные молекулы.

Основные положения теории активных столкновений:

• Протекание реакции обусловлено столкновениями между реагирующими частицами

• Каждое столкновение может приводить к реакции только в том случае, если ее энергия превосходит некоторую min энергию

• Каждое столкновение приводит к реакции, если сталкивающиеся частицы определенным образом ориентированны одна по отношению к другой

Концентрация и теория столкновений

• Скорость хим. реакции обычно возрастает при увеличении концентрации одного или нескольких реагентов

• В случае гетерогенных реакций, скорость будет определяться частотой столкновений реагирующих частиц на границе раздела двух сред

Энергия активации реакции - минимальное количество энергии, которое требуется сообщить системе, чтобы произошла реакция, т. е. для преодоления барьера на поверхности потенциальной энергии, отделяющего реагенты от продуктов реакции.

Энергетическая диаграмма реакции с указанием величины энергии активации данной реакции :

Переходный (активный) комплекс - критическая конфигурация, которую имеют молекулы в момент достижения максимума энергии

Активные молекулы - частицы, которые обладают достаточной энергией для преодоления потенциального барьера реакции и ориентированы в пространстве друг относительно друга.

4. Покажите схематически распределение молекул в газовой системе по энергиям при разных температурах (распределение Максвелла-Больцмана). Какие выводы можно сделать на основании этого распределения?

5. Что представляет собой уравнение Аррениуса? Напишите его математическое выражение и объясните, между какими кинетическими характеристиками реакции устанавливает зависимость это уравнение? Что следует из этого уравнения? Как можно экспериментально определить значение энергии активации данной реакции?

Уравнение Аррениуса - температурная зависимость константы скорости к элементарной химической реакции:

где A-предэкспоненциальныи множитель, Еа -энергия активации, Т-абс. температура, k-постоянная Больцмана.

Согласно микроскопич. кинетич. интерпретации Аррениуса уравнения, наличие предэкспоненц. множителя А обусловлено равновесным максвелл-больцмановским распределением реагирующих частиц, а Также тем, что зависимость вероятности р-ции от энергии Е этих частиц имеет пороговый характер. Последнее означает, что вероятность р-ции начинает быстро возрастать, как только Е достигает нек-рой величины Е0. В такой ситуации к выражается уравнением, в котором Еа заменено на Eo, а А является ф-цией т-ры. Следовательно, Аррениуса уравнение-аппроксимация температурной зависимости истинной константы скорости в ограниченном температурном интервале.

Для определения необходимо построить график. График представляет собой кривую линию; если его используют для определения величин А и Еа, необходимо указывать соответствующие концентрационный и температурный интервалы.

6. Нарисуйте энергетическую диаграмму обратимой химической реакции. Укажите на диаграмме величины энергий активации для прямой и обратной реакций соответственно. Одинаковы или различны константы скоростей прямой и обратной реакции? Как они будут изменяться при увеличении температуры?

Обратимые реакции - химические реакции, протекающие одновременно в двух противоположных направлениях.

Дельта H-энергия активации.

Химическое равновесие - состояние системы, в котором скорость прямой реакции (V1) равна скорости обратной реакции (V2).

Увеличение температуры смещает положение равновесия в сторону эндотермической реакции (т.е. в сторону реакции, протекающей с поглощением теплоты)