Химическая реакция протекает согласно уравнению aa bb

Химическая реакция протекает согласно уравнению: А+2В → С. Исходные концентрации А – 0,80моль/л В – 1,00моль/л Спустя

Ваш ответ

решение вопроса

Похожие вопросы

• Все категории
• экономические 43,299
• гуманитарные 33,630
• юридические 17,900
• школьный раздел 607,256
• разное 16,836

Популярное на сайте:

Как быстро выучить стихотворение наизусть? Запоминание стихов является стандартным заданием во многих школах.

Как научится читать по диагонали? Скорость чтения зависит от скорости восприятия каждого отдельного слова в тексте.

Как быстро и эффективно исправить почерк? Люди часто предполагают, что каллиграфия и почерк являются синонимами, но это не так.

Как научится говорить грамотно и правильно? Общение на хорошем, уверенном и естественном русском языке является достижимой целью.

Химическая реакция протекает согласно уравнению aa bb

Химическим равновесием называется такое состояние обратимой химической реакции

при котором с течением времени не происходит изменения концентраций реагирующих веществ в реакционной смеси. Состояние химического равновесия характеризуется константой химического равновесия:

, (9.1)

где C_i – концентрации компонентов в равновесной идеальной смеси.

Константа равновесия может быть выражена также через равновесные мольные доли X_i компонентов:

. (9.2)

Для реакций, протекающих в газовой фазе, константу равновесия удобно выражать через равновесные парциальные давления P_i компонентов:

. (9.3)

Константа равновесия связана с _rG o химической реакции:

(9.5)

(9.6)

Изменение _rG или _rF в химической реакции при заданных (не обязательно равновесных) парциальных давлениях P_i или концентрациях C_i компонентов можно рассчитать по уравнению изотермы химической реакции (изотермы Вант-Гоффа):

. (9.7)

. (9.8)

Согласно принципу Ле Шателье, если на систему, находящуюся в равновесии, оказать внешнее воздействие, то равновесие сместится так, чтобы уменьшить эффект внешнего воздействия. Так, повышение давления сдвигает равновесие в сторону уменьшения количества молекул газа. Добавление в равновесную смесь какого-либо компонента реакции сдвигает равновесие в сторону уменьшения количества этого компонента. Повышение (или понижение) температуры сдвигает равновесие в сторону реакции, протекающей с поглощением (выделением) теплоты.

Количественно зависимость константы равновесия от температуры описывается уравнением изобары химической реакции (изобары Вант-Гоффа)

(9.9)

и изохоры химической реакции (изохоры Вант-Гоффа)

. (9.10)

Интегрирование уравнения (9.9) в предположении, что _rH реакции не зависит от температуры (что справедливо в узких интервалах температур), дает:

(9.11)

(9.12)

где C – константа интегрирования. Таким образом, зависимость ln K_P от 1/Т должна быть линейной, а наклон прямой равен – _rH /R.

(9.13)

(9.14)

По этому уравнению, зная константы равновесия при двух разных температурах, можно рассчитать _rH реакции. Соответственно, зная _rH реакции и константу равновесия при одной температуре, можно рассчитать константу равновесия при другой температуре.

ПРИМЕРЫ

Пример 9-1. Рассчитать константу равновесия для реакции

при 500 K. _fG o для CO(г) и CH₃OH(г) при 500 К равны –155.41 кДж . моль –1 и –134.20 кДж . моль –1 соответственно.

Решение. G o реакции:

_rG o = _fG o (CH₃OH) – _fG o (CO) = –134.20 – (–155.41) = 21.21 кДж . моль –1 .

= 6.09 10 –3 .

Пример 9-2. Константа равновесия реакции

равна K_P = 1.64 10 –4 при 400 o C. Какое общее давление необходимо приложить к эквимолярной смеси N₂ и H₂, чтобы 10% N₂ превратилось в NH₃? Газы считать идеальными.

Решение. Пусть прореагировало моль N₂. Тогда

0

N2(г)	+	3H2(г)	=	2NH3(г)
Исходное количество	1	1
Равновесное количество	1–	1–3	2 (Всего: 2–2 )
Равновесная мольная доля:

Следовательно, K_X = и K_P = K_{X .} P –2 = .

Подставляя = 0.1 в полученную формулу, имеем

1.64 10 –4 =, откуда P = 51.2 атм.

Пример 9-3. Константа равновесия реакции

при 500 K равна K_P = 6.09 10 –3 . Реакционная смесь, состоящая из 1 моль CO, 2 моль H₂ и 1 моль инертного газа (N₂) нагрета до 500 K и общего давления 100 атм. Рассчитать состав равновесной смеси.

Решение. Пусть прореагировало моль CO. Тогда

CO(г)	+	2H2(г)	=	CH3OH(г)
Исходное количество:	1	2	0
Равновесное количество:	1–	2–2
Всего в равновесной смеси:	3–2 моль компонентов + 1 моль N2 = 4–2 моль
Равновесная мольная доля

Следовательно, K_X = и K_P = K_{X .} P –2 = .

Таким образом, 6.09 10 –3 = .

Решая это уравнение, получаем = 0.732. Соответственно, мольные доли веществ в равновесной смеси равны: = 0.288, = 0.106, = 0.212 и = 0.394.

Пример 9-4. Для реакции

при 298 К K_P = 6.0 10 5 , а _fH o (NH₃) = –46.1 кДж . моль –1 . Оценить значение константы равновесия при 500 К.

Решение. Стандартная мольная энтальпия реакции равна

_rH o = 2 _fH o (NH₃) = –92.2 кДж . моль –1 .

Согласно уравнению (9.14), =

= ln (6.0 10 5 ) + = –1.73, откуда K₂ = 0.18.

Отметим, что константа равновесия экзотермической реакции уменьшается с ростом температуры, что соответствует принципу Ле Шателье.

ЗАДАЧИ

Указание: во всех задачах считать газы идеальными.

При 1273 К и общем давлении 30 атм в равновесной смеси

содержится 17% (по объему) CO₂. Сколько процентов CO₂ будет содержаться в газе при общем давлении 20 атм? При каком давлении в газе будет содержаться 25% CO₂?

При 2000 o C и общем давлении 1 атм 2% воды диссоциировано на водород и кислород. Рассчитать константу равновесия реакции

Константа равновесия реакции

при 500 o C равна K_p = 5.5. Смесь, состоящая из 1 моль CO и 5 моль H₂O, нагрели до этой температуры. Рассчитать мольную долю H₂O в равновесной смеси.

Константа равновесия реакции

при 25 o C равна K_p = 0.143. Рассчитать давление, которое установится в сосуде объемом 1 л, в который поместили 1 г N₂O₄ при этой температуре.

Сосуд объемом 3 л, содержащий 1.79 10 –2 моль I₂, нагрели до 973 K. Давление в сосуде при равновесии оказалось равно 0.49 атм. Считая газы идеальными, рассчитать константу равновесия при 973 K для реакции

при 250 o C _rG o = –2508 Дж . моль –1 . При каком общем давлении степень превращения PCl₅ в PCl₃ и Cl₂ при 250 o C составит 30%?

константа равновесия K_P = 1.83 10 –2 при 698.6 К. Сколько граммов HI образуется при нагревании до этой температуры 10 г I₂ и 0.2 г H₂ в трехлитровом сосуде? Чему равны парциальные давления H₂, I₂ и HI?

Сосуд объемом 1 л, содержащий 0.341 моль PCl₅ и 0.233 моль N₂, нагрели до 250 o C. Общее давление в сосуде при равновесии оказалось равно 29.33 атм. Считая все газы идеальными, рассчитать константу равновесия при 250 o C для протекающей в сосуде реакции

Константа равновесия реакции

при 500 K равна K_P = 6.09 10 –3 . Рассчитать общее давление, необходимое для получения метанола с 90% выходом, если CO и H₂ взяты в соотношении 1: 2.

ln K = –1.04 –1088 /T +1.51 10 5 /T 2 .

Рассчитать _rG o , _rH o и _rS o реакции при 400 К.

Сервер создается при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований
Не разрешается копирование материалов и размещение на других Web-сайтах
Вебдизайн: Copyright (C) И. Миняйлова и В. Миняйлов
Copyright (C) Химический факультет МГУ
Написать письмо редактору

Скорость химических реакций

Скорость химических реакций

Цель работы: на основании экспериментальных данных выявить зависимость скорости химической реакции от концентрации

1 ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1.1 Закон действия масс

Различные химические реакции протекают с различными скоростями: быстро – выпадение осадка в реакциях ионного обмена; мгновенно – взаимодействие водорода и кислорода, происходит взрывообразно; медленно – коррозия металлов, которая протекает годами.

Под скоростью химической реакции понимают изменение концентрации реагирующих веществ с течением времени:

В уравнении знак «+» показывает, что с течением времени концентрация продуктов реакции увеличивается, знак «–», что с течением времени концентрация исходных веществ становится меньше. Время, как правило, выражается в секундах.

Рис. 1. Зависимость концентрации веществ от времени протекания реакции.

а – исходные вещества; б – продукты реакции.

Для изучения кинетики химических реакций, большое значение имеет не только определение скорости реакции, но и определение механизма протекания реакции.

Уравнения химических реакций указывают только начальное и конечное состояние системы и являются символическим выражением материального баланса (закона сохранения массы веществ). В действительности реакция может протекать через ряд промежуточных стадий, так называемых элементарных актов реакции. Например, реакция окисления иодоводорода пероксидом водорода записывается следующим образом:

2HI + H2O2 ® I2 + 2H2O

Механизм этой реакции представлен следующими стадиями:

1) HI + H2O2 ® HIO + H2O (медленная стадия)

2) HIO + HI ® I2 + H2O (быстрая стадия)

Скорость и общий порядок реакции определяется медленной стадией — лимитирующая стадия реакции. Такие реакции называются сложными.

К сложным реакциям также относятся цепные реакции (простые и разветвленные), например, реакция образования хлороводорода из простых веществ, которая на свету сопровождается взрывом:

H2 + Cl2 2HCl.

Для цепных реакций характерны 3 стадии:

1) стадия зарождения цепи

Cl2 2Cl·

2) стадия развития цепи

H2 + Cl· ® HCl + H·

H· + Cl2 ® HCl +Cl· и т. д.

3) стадия обрыва цепи

К сложным относятся и параллельные реакции:

4KCl + 6O2

4KClO3

Рис. 2. Зависимость концентрации продуктов реакции от времени протекания реакции.

1 – обычная реакция; 2 – цепная реакция; I – первая стадия; II – вторая стадия; 3 – III – третья стадия.

Число молекул, участвующих в одном элементарном акте реакции, называется молекулярностью реакции. Одностадийная реакция, в которой участвует только одна молекула, называется мономолекулярной. Реакция, в которой участвуют две молекулы – бимолекулярная, реакции в которых участвуют три молекулы – тримолекулярная (так как вероятность одновременного столкновения трех разных молекул мала, то и тримолекулярные реакции очень редки).

Факторами, влияющими на скорость реакции, являются природа и концентрация реагирующих веществ, температура, давление (для газовой фазы), а для гетерогенной реакции еще и площадь соприкосновения.

Зависимость скорости реакции от концентрации выражается законом действия масс (здм), сформулированным в 1867 г. Гульдбергом и Вааге:

Скорость химической реакции пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ, возведенных в степень, равную коэффициентам в уравнении реакции.

Так, для гомогенной реакции

u = k∙∙ ,

где СA, CB – текущие концентрации исходных веществ A и B;

a, b – коэффициенты в уравнении химической реакции;

k – константа скорости реакции, она равна скорости реакции при концентрациях веществ равных единице.

Константа скорости не зависит от концентрации реагирующих веществ, а определяется только природой реагирующих веществ и условиями протекания процесса.

Если эта реакция протекает в газовой фазе, то закон действия масс записывается следующим образом:

u = k∙∙,

где pA, pB – текущие парциальные давления компонентов A и B.

Порядок реакции – это показатель степени, в которой входит концентрация этого вещества в уравнение скорости реакции. Но, как правило, порядок реакции и стехиометрические коэффициенты совпадает лишь для некоторых простых реакций. Для сложных реакций порядок реакции определяется экспериментально. Порядок реакции — величина формальная. Он может быть положительным, отрицательным, дробным, нулевым — это свидетельствует о многоступенчатом характере протекающей реакции.

1.2 Влияние площади соприкосновения на скорость реакции

Различают гомогенные и гетерогенные реакции.

Гомогенные химические реакции — это реакции, протекающие в гомогенных (однофазных) системах, т. е. системах, в которых нет границы раздела между фазами. Гомогенные реакции протекают во всем объеме.

Гетерогенные химические реакции — это реакции, протекающие в гетерогенных (многофазных) системах, т. е. системах, в которых есть граница раздела между фазами. Гетерогенные реакции протекают на границе раздела фаз, поэтому скорость химической реакции зависит от площади соприкосновения. Твердая фаза в явном виде не входит в закон действия масс. Так, для гетерогенной реакции

в выражение здм не входит кристаллическое вещество B:

υ = k∙C = k΄∙p.

Константы скорости k и k΄ учитывают влияние твердой фазы, т. к. k и k΄ определяются поверхностью соприкосновения фаз, которая меняется в ходе реакции.

1.3 Влияние температуры на скорость реакции

Зависимость скорости реакции от температуры, в общем виде, представлена эмпирическим правилом Вант-Гоффа:

При повышении температуры на 10° скорость реакций возрастает в 2-4 раза:

=

Повышение температуры приводит к увеличению константы скорости химической реакции. Эта зависимость выражается уравнением Аррениуса:

,

где R – универсальная газовая постоянная, R=8,314 Дж/моль∙К;

T – абсолютная температура, K;

ko – константа скорости при T→∞;

Ea – энергия активации химической реакции.

Не каждое соударение молекул или других частиц приводит к химическому взаимодействию, так, например, число соударений в газовой фазе при нормальных условиях достигает порядка 1028 соударений в минуту, при этом реакция синтеза иодоводорода заканчивалась бы за 10-10 сек, но в действительности она протекает со скоростью в 1014 раз меньше. Можно сделать вывод, что для осуществления химического взаимодействия, молекулы должны обладать определенным запасом энергии – энергией активации. Энергии активации химических реакций изменяются в пределах от 40 до 400 кДж/моль. Реакции, для которых энергия активации больше 150 кДж/моль не протекают, даже если DGреакц. 0. Катализатор ускоряет те реакции, для которых DG