8. Химическая кинетика
(задачи №№ 176 – 200).
Литература:
1. Глинка Н.Л. "Общая химия". - Л.: Химия, 1986, гл. 6, с.163-181.
2. Кожевникова Н.Ю., Коробейникова Е.Г., Кутуев Р.Х., Малинин В.Р., Решетов А.П. "Общая химия". Учебное пособие. - Л.: ЛВПТШ, 1991, тема 7, с.54-65.
3. Глинка Н.Л. "Задачи и упражнения по общей химии". - Л.: Химия, 1987, гл 5, с. 89-105.
4. Коробейникова Е.Г., Кожевникова Н.Ю. "Сборник задач и упражнений по общей химии" ч. 2. Энергетика химических реакций. Химическая кинетика. - Л.: ЛВПТШ, 1991, с.15-31.
Для усвоения материала данной темы необходимо изучить следующие вопросы. Основные понятия химической кинетики. Гомогенные и гетерогенные системы, гомогенные и гетерогенные реакции. Скорость гомогенной и гетерогенной реакции.
Влияние концентрации реагирующих веществ на скорость химической реакции. Закон действия масс. Константа скорости химической реакции. Молекулярность реакции. Порядок реакции.
Влияние температуры на скорость химической реакции. Эмпирическое правило Вант-Гоффа. Уравнение Аррениуса. Энергия активации химического процесса.
Влияние катализаторов на скорость химической реакции. Гомогенный и гетерогенный катализ. Механизм действия катализаторов.
Пример 8.1. Как изменится скорость реакции получения аммиака при уменьшении давления в системе в 2 раза?
Решение:
1. Запишем выражение для скорости данной реакции
N2 + 3H2 = 2NH3
V = k [N2][H2]3
2. При уменьшении давления в системе в 2 раза концентрация реагирующих веществ также уменьшается в 2 раза. Выражение для скорости прямой реакции в этом случае будет
V/
= k [
N2][
H2]3
=
k [N2][H2]3
Ответ:скорость реакции уменьшится в 16 раз.
Пример 8.2. Как изменится скорость реакции, протекающей в газовой фазе, при повышении температуры от 160 до 1900, если температурный коэффициент скорости реакции равен=2?
Решение:
Для решения задачи воспользуемся формулой Вант-Гоффа:
Тогда в нашем случае
Ответ:скорость реакции увеличится в 8 раз.
9. Химическое равновесие
(задачи №№ 201 – 225).
Литература:
1. Глинка Н.Л. "Общая химия". - Л.: Химия, 1986, гл. 6, с.163-181.
2. Кожевникова Н.Ю., Коробейникова Е.Г., Кутуев Р.Х., Малинин В.Р., Решетов А.П. "Общая химия". Учебное пособие. - Л.: ЛВПТШ, 1991, тема 7, с.54-65.
3. Глинка Н.Л. "Задачи и упражнения по общей химии". - Л.: Химия, 1987, гл 5, с. 89-105.
4. Коробейникова Е.Г., Кожевникова Н.Ю. "Сборник задач и упражнений по общей химии" ч. 2. Энергетика химических реакций. Химическая кинетика. - Л.: ЛВПТШ, 1991, с.15-31.
Виды химических реакций. Константа равновесия обратимой реакции. Влияние температуры, давления, концентрации реагирующих веществ, добавок инертных газов и катализаторов на химическое равновесие. Принцип Ле Шателье и управление реакциями горения.
Характеристика цепных реакций. Цепные реакции как основа процессов окисления. Неразветвленные и разветвленные цепные реакции. Цепные реакции с вырожденным разветвлением.
Пример 9.1.Какими способами можно увеличить выход конечного продукта в следующей обратимой реакции:2SO2 + O2 + Q 2SO3. Реакция протекает в газовой фазе.
Решение:
Увеличение выхода конечного продукта SO3возможно в том случае, если равновесие в данной обратимой реакции будет смещено в сторону образования продукта реакции, т.е. вправо.
Влияние различных условий на смещение равновесия описывается принципом Ле Шателье.
1. Влияние температуры. Данная прямая реакция идет с поглощением тепла, т.е. является эндотермической.
Принцип Ле Шателье: увеличениетемпературысмещает равновесие в сторонуэндотермическихреакций (нагрев способствует протеканию эндотермической реакции);
уменьшение температурысмещает равновесие в сторонуэкзотермическихреакций (охлаждение уменьшает выход продуктов эндотермической реакции).
Для увеличения выхода SO3 (для смещения равновесия вправо) необходимнагревреакционной системы.
2. Влияние давления (учитываются только газообразные вещества).
Реакция протекает в газовой фазе. Исходные вещества занимают больший объем
(3 V). Конечные вещества SO3 только 2V.
Принцип Ле Шателье: повышение давления (сжатие) сдвигает равновесие в сторону веществ, занимающих меньший объем, т.е. в прямом направлении. Понижение давления (расширение системы) в сторону веществ, занимающих больший объем.
В нашем случае реакция идет с уменьшением объема, следовательно, процесс нужно проводить при высоком давлении. В этом случае выходSO3увеличится.
3. Влияние концентрации реагирующих веществ.
Принцип Ле Шателье:
Увеличение концентрации исходных веществ увеличивают выход продуктов реакции (сдвигают равновесие в сторону прямой реакции).
Уменьшение концентрации конечных веществ (т.е. отвод продуктов реакции из системы) увеличивает выход продуктов реакции (сдвигают равновесие в сторону прямой реакции).
Увеличение концентрации конечных веществ сдвигает равновесие в сторону обратной реакции (не способствует выходу продуктов реакции).
В данной задаче для увеличения выхода SO3необходимо увеличить концентрации исходныхSO2 и O2, и уменьшить концентрациюSO3(т.е. обеспечить отвод продуктов реакции).