- •Конспект лекций по дисциплине «химия»
- •Иркутск 2012 содержание
- •Введение
- •1. Основные понятия и законы химии Основные понятия
- •Основные законы
- •2. Классы неорганических соединений
- •3 Строение атома
- •Квантовые числа
- •Принципы распределения электронов в атоме
- •4. Периодический закон и периодическая система
- •Периодические свойства элементов
- •5. Энергетика химических процессов
- •Внутренняя энергия
- •Первое начало термодинамики. Энтальпия
- •Второе начало термодинамики. Энтропия
- •Энергия Гиббса
- •6. Скорость химической реакции
- •1. Природа реагирующих веществ.
- •2. Концентрация.
- •3. Температура.
- •4. Поверхность соприкосновения реагирующих веществ.
- •5. Катализаторы.
- •7. Химическое равновесие
- •Факторы, влияющие на смещение равновесия
- •1. Давление (характерно для газов).
- •2. Температура.
- •3. Концентрация.
- •4. Катализаторы.
- •8. Растворы
- •Энергетика процесса растворения
- •Растворимость
- •1. Природа растворяемого вещества.
- •2. Природа растворителя
- •3. Температура
- •4. Давление
- •9. Способы выражения концентрации растворов
- •10. Разбавленные растворы неэлектролитов
- •Давление пара растворов. Закон Рауля
- •Замерзание и кипение растворов
- •12. Растворы электролитов
- •Степень диссоциации
- •Слабые электролиты. Константа диссоциации
- •Кислоты, основания, соли с точки зрения теории электролитической диссоциации
- •Реакции обмена в растворах электролитов
- •Диссоциация воды. Водородный показатель
- •12. Гидролиз солей
- •13. Окислительно-восстановительные реакции
- •Важнейшие окислители и восстановители
- •Составление уравнений овр
- •Типы овр
- •14. Электродные потенциалы
- •Ряд напряжений металлов
- •Гальванические элементы
- •15. Коррозия металлов
- •Защита металлов от коррозии
- •16. Электролиз
- •Электролиз раствора CuCl2 с инертным анодом
- •Электролиз раствора NiSo4 с никелевым анодом
- •Законы электролиза
- •Библиографический список
3. Температура.
При повышении температуры увеличивается скорость движения молекул, что приводит в свою очередь к увеличению числа столкновений между ними. Чтобы реакция осуществлялась, сталкивающиеся молекулы должны обладать определенным избытком энергии. Избыточная энергия, которой должны обладать молекулы для того, чтобы их столкновение могло привести к образованию нового вещества, называется энергией активации. Энергию активации (Еа) выражают в кДж/моль. Ее величина зависит от природы реагирующих веществ, т.е. для каждой реакции своя энергия активации. Молекулы, обладающие энергией активации, называют активными. Повышение температуры увеличивает число активных молекул, и, следовательно, увеличивает скорость химической реакции.
Зависимость скорости химической реакции от температуры выражается правилом Вант-Гоффа: при повышении температуры на каждые 10 °C скорость реакции возрастает в 2-4 раза.
,
где υ2 и υ1 – скорости реакций при температурах t2 и t1,
γ – температурный коэффициент скорости реакции, показывающий во сколько раз увеличивается скорость реакции при повышении температуры на 10 0С.
4. Поверхность соприкосновения реагирующих веществ.
Для гетерогенных систем, чем больше поверхность соприкосновения, тем быстрее протекает реакция. Поверхность твердых веществ может быть увеличена путем их измельчения, а для растворимых веществ – путем их растворения.
5. Катализаторы.
Вещества, которые участвуют в реакциях и увеличивают ее скорость, оставаясь к концу реакции неизменными, называются катализаторами. Изменение скорости реакции под действием катализаторов называется катализом. Различают катализ гомогенный и гетерогенный.
К гомогенному относятся такие процессы, в которых катализатор находится в том же агрегатном состоянии, что и реагирующие вещества.
2SO2(г) + O2(г) 2SO3(г)
Действие гомогенного катализатора заключается в образовании более или менее прочных промежуточных активных соединений, из которых он затем полностью регенерируется.
К гетерогенному катализу относятся такие процессы, в которых катализатор и реагирующие вещества находятся в различных агрегатных состояниях, а реакция протекает на поверхности катализатора.
N2(г) + 3H2(г) 2NH3(г)
Механизм действия гетерогенных катализаторов сложнее гомогенных. Значительную роль в этих процессах играют явления поглощения газообразных и жидких веществ на поверхности твердого вещества – явления адсорбции. В результате адсорбции увеличивается концентрация реагирующих веществ, повышается их химическая активность, что приводит к увеличению скорости реакции.
7. Химическое равновесие
Химические реакции делятся на необратимые и обратимые. Необратимые протекают только в прямом направлении (до полного израсходования одного из реагирующих веществ), обратимые протекают как в прямом, так и в обратном направлениях (при этом ни одно из реагирующих веществ не расходуется полностью). Рассмотрим следующую реакцию:
aA + bB dD + fF
Согласно закону действия масс скорости прямой υпр и обратной υобр реакций будут соответственно равны:
υпр = υобр =
В момент смешивания веществ А и В скорость прямой реакции будет максимальной. Затем вещества А и В постепенно расходуются и скорость прямой реакции уменьшается. Получившиеся вещества D и F начнут реагировать друг с другом, и скорость обратной реакции будет непрерывно возрастать по мере увеличения концентрации веществ D и F. В определенный момент времени скорость прямой реакции станет равна скорости обратной реакции.
Состояние системы, при котором скорость прямой реакции (υ1) равна скорости обратной реакции (υ2), называется химическим равновесием. Концентрации реагирующих веществ, которые устанавливаются при химическом равновесии, называются равновесными.
Для обратимых процессов закон действия масс может быть сформулирован в следующем виде: отношение произведения концентраций продуктов реакции в степенях, равных стехиометрическим коэффициентам, к произведению концентраций исходных веществ в степенях, равных стехиометрическим коэффициентам, является величиной постоянной при данной температуре. Эта величина называется константой равновесия. Равновесные концентрации принято обозначать не символом «СА», а формулой вещества, помещенной в квадратные скобки, например, , а константу равновесия, выражаемую через концентрации – КС. Для обратимой реакции aA+bB dD+fF математическое выражение закона действия масс имеет вид: .
Для конкретной гомогенной реакций: 2СО + О2 ↔ 2СО2
Для гетерогенной реакции СО2(г) + С(к) = 2СО(г) . В математическое выражение ЗДМ для гетерогенных систем твердая фаза не входит.
Химическое равновесие остается неизменным до тех пор, пока условия равновесия (концентрация, температура, давление), при которых оно установилось, сохраняются постоянными. При изменении условий равновесие нарушается. Через некоторое время в системе вновь наступает равновесие, характеризующееся новым равенством скоростей и новыми равновесными концентрациями всех веществ. Переход системы из одного равновесного состояния в другое называется смещением равновесия.
Направление смещения равновесия определяется принципом Ле Шателье: если на систему, находящуюся в равновесии, оказывать внешнее воздействие, то равновесие смещается в направлении, которое ослабляет эффект внешнего воздействия.