Серия уравнений химических реакций, которые нужно знать участникам ЕГЭ по химии
Серия уравнений химических реакций, которые нужно знать участникам ЕГЭ по химии:
Кислоты. Основания. Соли. Оксиды.
Кислотные оксиды (кроме SiO2) реагируют с водой, как амфотерным оксидом с образованием кислот:
P2O5 + 3H2O = 2H3PO4
SO3 + H2O = H2SO4
Для получения азотной кислоты азот оксид азота (IV) должен быть доокислен, например кислородом воздуха:
4NO2 + O2 + 2H2О = 4HNO3
Лабораторный способ получения хлороводорода: к твердому хлориду натрия приливают концентрированную серную кислоту:
NaCl + H2SO4 = NaHSO4 + HCl
Для получения бромоводорода из бромида натрия, концентрированная серная кислота не подойдет, так как выделяющийся бромоводород будет загрязнен парами брома. Можно использовать концентрированную фосфорную кислоту:
NaBr+ H3PO4 = NaH2PO4 + HBr
Кислоты реагируют с металлами, стоящими в ряду напряжений до водорода:
Fe + 2 HCl = FeCl2 + H2
Fe2O3 + 6HCl = 2FeCl3 + 3H2O
Обратите внимание на валентность переходных элементов в солях.
Щелочные и щелочноземельные металлы взаимодействуют с водой:
K + H2O = KOH + Ѕ H2
В условиях избытка кислоты могут образовываться и кислые соли:
2Н3РО4 + 2Na = 2NaH2PO4 + Н2
Органические кислоты также проявляют кислотные свойства:
2СН3СООН + 2Na = 2CH3COONa + Н2
СНзСООН + NaOH = CH3COONa + Н2О
Комплексные гидроксиды реагируют с кислотами с образованием солей и воды:
Na[Al(OH)4] + HCl = AlCl3 + 4H2O + NaCl
LiOH + HNO3 = LiNO3 + H2O
Многоосновные кислоты в реакции с гидроксидами могут образовывать кислые соли:
Н3РО4 + КОН = КН2РО4 + Н2О
Продуктом реакции аммиака с фосфорной кислотой может также быть кислая соль:
NH3 + H3PO4 = NH4H2PO4
Обратим внимание на свойства оснований, их взаимодействие с кислотами:
2Н3РО4 + ЗСа(ОН)2 = Са3(РО4)2Ї + 6Н2О
с кислотными оксидами:
Ca(OH)2 + CO2 = CaCO3Ї + H2O
Реакция гидроксидов с кислотными оксидами может приводить и к кислым солям:
KOH + CO2 = KHCO3
Основные оксиды реагируют с амфотерными оксидами:
CaO + H2O = Ca(OH)2
Средние соли в воде реагируют с кислотными оксидами с образованием кислых солей:
CaCO3 + CO2 + H2O = Ca(HCO3)2
Более сильные кислоты вытесняют более слабые из их солей:
CH3COONH4 + HCl = CH3COOH + NH4Cl
K2CO3 + H2SO4 = K2SO4 + H2O + CO2
Кислоты в присутствии серной кислоты реагируют со спиртами с образованием сложных эфиров:
CH3COOH + C2H5OH = CH3COOC2H5 + H2O
Более сильное основание вытесняет более слабое из его солей:
AlCl3 + 3NaOH = Al(OH)3 + 3NaCl
MgCl2 + KOH = MgOHCl + KCl
NH4С1 + NaOH = NaCl + NH3 + H2O
Чтобы получить из основной соли получить среднюю соль нужно подействовать кислотой:
MgOHCl + HCl = MgCl2 + H2O
Гидроксиды металлов (кроме щелочных металлов) разлагаются при нагревании в твердом виде до оксидов:
2Al(OH)3 = Al2O3 + 3H2O
2Fe(OH)3 = Fe2O3 + 3H2O
Гидрокарбонаты при нагревании разлагаются до карбонатов:
2KHCO3 = K2CO3 + H2O + CO2
Нитраты обычно разлагаются до оксидов (обратите внимание на повышение степени окисления переходного элемента находящегося в промежуточной степени окисления):
2Fe(NO3)2 = Fe2O3 + 4NO2 + 0,5O2
2Fe(NO3)3 ® Fe2O3 + 6NO2 + 1,5 O2
2Cu(NO3)2 = 2CuO + 4NO2 + О2
Нитраты щелочных металлов разлагаются до нитритов:
NaNO3 = NaNO2 + Ѕ O2
Карбонаты металлов (кроме щелочных) разлагаются до оксидов:
CaCO3 = CaO + CO2
При составлении уравнений реакций ионного обмена пользуйтесь таблицей растворимости:
K2SO4 + BaCl2 = BaSO4Ї + 2KCl
[C6H5-NH3]C1 + AgNО3 = [C6H5NH3]NO3 + AgClЇ
Электролиз расплавов солей:
Электролиз растворов солей металлов, стоящих в ряду напряжения после водорода:
2HgSO4 + 2H2O = 2Hg + О2 + 2H2SO4
1) на катоде: Hg2+ + 2e = Hg°
2) на аноде: 2Н2О – 4е = О2 + 4Н+
Электролиз раствора сульфата натрия
1) на катоде: 2H2O + 2e = H2 + 2OH–
2) на аноде: 2H2O – 4e = O2 + 4H+
3) Составлено общее уравнение электролиза:
СаI2 + 2Н2О = Н2 + I2 + Са(ОН)2
1) на катоде: 2Н2О + 2e = 2ОН + Н2
2) на аноде: 2I — — 2e = I2
Сравните свойства одноэлементных и кислородсодержащих анионов.
Химические реакции, возможные при электролизе сульфата хрома (III):
Электролиз водных растворов солей карбоновых кислот:
2CH3COONa + 2H2O = CH3CH3 + 2CO2 + H2 + 2NaOH
Пример взаимного гидролиза солей:
A12(SO4)3 + 3K2CO3 + 3H2O = 2A1(OH)3 + 3CO2 + 3K2SO4
Амфотерные гидроксиды растворяются в водных растворах щелочей:
A1(OH)3 + 3KOH = K3[A1(OH)6]
A1(OH)3 + KOH = K[Al(OH)4]
реагируют с твердыми щелочами при сплавлении:
Al(OH)3 + KOH 
KAlO2 + 2H2O
Амфотерные металлы реагируют с водными растворами щелочей:
Al + NaOH + 3H2O = Na[Al(OH)4] + 3/2 H2
Продукт сплавления амфотерного гидроксида со щелочью легко разлагается водой:
KAlO2 + 2H2O = KOH + Al(OH)3Ї
Комплексные гидроксиды реагируют с кислотами:
K[Al(OH)4] + HCl =KCl + Al(OH)3Ї + H2O
СаО + 3С = СаС2 + СО
Бинарные соединения реагируют с кислотами:
Al2S3 + 3H2SO4 := Al2(SO4)3 + 3H2S
Mg3N2 + 8HNO3 = Mg(NO3)2 + 2NH4NO3
A14C3 + 12Н2О = 4А1(ОН)3 + ЗСН4
PCl3 + H2O = 3H3PO3 + 3HCl
Азотная кислота является сильным окислителем:
ЗР + 5HNO3 + 2Н2О = Н3РО4 + 5NO
P + 5HNO3 = H3PO4 + 5NO2 + H2O
Cu + 4HNO3 = Cu(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O
4Mg + 10HNO3 = 4Mg(NO3)2 + N2O + 5H2O
оксиды переходных металлов в промежуточных степенях окисления:
3Cu2O + 14HNO3 = 6Cu(NO3)2 + 2NO+ 7H2O (возможно выделение NО2)
оксиды азота также проявляют окислительные свойства:
5N2O + 2P = 5N, + P2O
но по отношению к кислороду являются восстановителями:
Азот реагирует с некоторыми простыми веществами:
обычно проявляют окислительные свойства:
PH3 + 4Br2 + 4Н2О = Н3РО4 + 8НВг
2P + 5Cl2 = 2PCl5
2P + 3PCl5 = 5PCl3
PH3 + 4Br2 + 4H2O = H3PO4 + 8HBr
2HCl + F2 = 2HF + Cl2
2NH3 + 3Br2 = N2 + 6HBr
Галогены в растворах щелочей диспропорционируют при комнатной температуре:
Cl2 + 2KOH = KCl + H2O + KClO
и при нагревании:
Cl2 + 6KOH = 5KCl + KClO3 + 3H2O
Окислительные свойства перманганата калия:
5Н3РО3 + 2КМnО4 + 3H2SO4 = K2SO4 + 2MnSO4 + 5Н3РО4 + ЗН2О
2NH3 + 2KMnO4 = N2 + 2MnO2 + 2KOH + 2H2O
реагирует с простыми веществами:
оксид серы (IV) может быть доокислен кислородом:
2SO2 + O2 + 2H2O = 2H2SO4
и выступать в роли окислителя:
SO2 + 2H2S = 3S + 2H2O
Концентрированная серная кислота проявляет окислительные свойства:
Cu + H2SO4 = CuSO4 + SO2 +2H2O
4Mg + 5H2SO4 = 4MgSO4 + H2S + 4H2O
Са3(Р04)2 + 5С + 3SiO2 = 3CaSiO3 + 5СО + 2Р
реагируют с галогенами:
2Fe + 3Cl2 = 2FeCl3
Алюминий без оксидной пленки растворяется в воде:
Al (без оксидной пленки) + Н2О = Al(OH)3 + 3/2 H2
методы получения металлов:
Fe2O3 + CO = 2FeO + CO2
FeO + CO = Fe + CO2
CuO + H2 = Cu + H2O
Гидроксид железа (II) может быть легко доокислен пероксидом водорода:
2Fe(OH)2 + H2O2 = 2Fe(OH)3
2FeS2 + O2 = Fe2O3 + 4SO2
Горение органических веществ
2С10Н22 + 31O2 = 20CО2 + 22H2О
Методы получения алканов из простых веществ:
сплавлением солей щелочных металлов с щелочами:
СН3СООК + КОН ® СН4 + К2СО3
Химические свойства алканов — промышленное окисление метана:
CH4 + O2 = CH2O + H2O
Взаимодействие алканов с галогенами:
С2Н6 + Сl2 
С2Н5Сl + НСl
Реакция со спиртовыми растворами щелочей:
С6Н5-СНВг-СН3 + КОН 
С6Н5СН=СН2 + КВг + Н2О
с водными растворами щелочей:
С6Н5-СНВг-СН3 + КОН (водн.) ® С6Н5-СНОН-СН3 + KBr
C6H5Br + KOH ® C6H5OH + KBr
По правилу Зайцева водород отщепляется от наименее гидрированного атома
Из дигалогеналканов можно получить алкины:
СН2=СН2 + Н2О ® СН3СН2ОН
С водным раствором перманганата калия без нагревания образуют гликоли (двухатомные спирты)
ЗС6Н5СН=СН2 + 2КМnО4 + 4Н2О ® ЗС6Н5СН(ОН)-СН2ОН + MnO2Ї + 2KOH
промышленный способ получения ацетилена
2СН4 ® С2Н2 + ЗН2
карбидный способ получения ацетилена:
CaC2 + 2H2O = Ca(OH)2 + C2H2
реакция Кучерова — альдегид можно получить только из ацетилена:
С2Н2 + Н2О 
СН3СНО
Реакция алкинов с концевой тройной связью с аммиачным раствором оксида серебра:
2CH3-CH2-CєCH + Ag2O 
2CH3-CH2-CєCAg +H2O
использование полученных продуктов в органическом синтезе:
CH3-CH2-CєCAg + C2H5Br ® CH3-CH2-CєC-C2H5 + AgBr
Бензол и его производные
Получение бензола из алкенов:
3C2H2 
C6H6
Нитрование бензола и его производных в присутствие серной кислоты
C6H6 + HNO3 ® C6H5-NO2 + H2O
карбоксильная группа является ориентантом второго рода
реакция бензола и его производных с галогенами:
C6H6 + Cl2 
C6H5Cl + HCl
С6Н5С2Н5 + Вг2 
С6Н5-СНВг-СН3 + НВг
C6H6 + С2Н5С1 
C6H5C2H5 + НС1
C6H6 + CH2=CH-CH3 ® C6H5-CH(CH3)2
Окисление бензола перманганатом калия в присутствии серной кислоты при нагревании:
5C6H5-CH3 + 6KMnO4 + 9H2SO4 = 5C6H5-COOH + 3K2SO4 + 6MnSO4 + 14H2O
Промышленный способ получения метанола:
при нагревании с серной кислотой в зависимости от условий могут образовываться простые эфиры:
2С2Н5OH 
C2Н5ОС2Н5 + Н2О
2С2Н5OH 
CH2=CH2 + H2O
спирты реагируют с щелочными металлами:
С2Н5OH + Na ® C2H5ONa + Ѕ H2
СН3СН2ОН + НСl ® CH3CH2Cl + H2O
с оксидом меди (II):
СН3СН2ОН + СuO ® CH3CHO + Cu + H2O
более сильная кислота вытесняет более слабые из их солей:
C2H5ONa + HCl ® C2H5OH + NaCl
при нагревании смеси спиртов с серной кислотой образуются несимметричные простые эфиры:
Образуют с аммиачным раствором оксида серебра серебряное зеркало:
CH3CHO + Ag2O 
CH3COONH4 + 2Ag
реагируют со свежеосажденным гидроксидом меди (II):
CH3CHO + 2Cu(OH)2 ® CH3COOH + 2CuOH + H2O
могут быть восстановлены до спиртов:
CH3CHO + H2 ® CH3CH2OH
окисляются перманганатом калия:
ЗСН3СНО + 2КМnО4® 2СН3СООК + СН3СООН + 2МnО2 + Н2О
можно получить восстановлением нитросоединений в присутствии катализатора:
C6H5-NO2 + 3H2 = C6H5-NH2 + 2H2O
реагируют с кислотами:
C6H5-NH2 + HC1 =[C6H5-NH3]C1
Глюкозу можно получить гидролизом крахмала или целлюлозы:
(С6Н10О5)n + n H2O = nC6H12O6
Для глюкозы характерно спиртовое брожение:
C6H12O6 ® 2C2H5OH + 2CO2
реакция серебряного зеркала:
C6H12O6+Ag2O 
2AgЇ+C6H12O7
Аминокислоты реагируют как с кислотами:
H2N-CH-COOH+HCl ® Cl — H3N+-CH-COOH
так и c щелочами:
соли аминокислот также способны участвовать в реакциях обмена в водном растворе:
Cl — H3N+-CH-COOH+NaOH ® H2N-CH-COOH +NaCl + H2O
Cl — H3N+-CH-COOH+2NaOH ® H2N-CH-COONa +NaCl + 2H2O
H2N-CH-COONa+HCl ® H2N-CH-COOH +NaCl
H2N-CH-COONa+2HCl ® Cl — H3N+-CH-COOH +NaCl
Классификация реакций
Существует несколько классификаций реакций, протекающих в неорганической и органической химии.
По характеру процесса
- Соединения
Так называют химические реакции, где из нескольких простых или сложных веществ получается одно сложное вещество. Примеры:
В результате реакции разложения сложное вещество распадается на несколько сложных или простых веществ. Примеры:
В ходе реакций замещения атом или группа атомов в молекуле замещаются на другой атом или группу атомов. Примеры:
К реакциям обмена относятся те, которые протекают без изменения степеней окисления и выражаются в обмене компонентов между веществами. Часто обмен происходит анионами/катионами:
AgF + NaCl = AgCl↓ + NaF
Окислительно-восстановительные реакции (ОВР)
Это те химические реакции, в процессе которых происходит изменение степеней окисления химических элементов, входящих в состав исходных веществ. ОВР подразделяются на:
- Межмолекулярные — атомы окислителя и восстановителя входят в состав разных молекул. Примеры:
Внутримолекулярные — атомы окислителя и восстановителя в составе одного сложного вещества. Примеры:
Диспропорционирование — один и тот же атом является и окислителем, и восстановителем
Замечу, что окислителем и восстановителем могут являться только исходные вещества (а не продукты!) Окислитель всегда понижает свою СО, принимая электроны в процессе восстановления. Восстановитель всегда повышает свою СО, отдавая электроны в процессе окисления.
От обилия информации можно запутаться. Я рекомендую сформулировать четко: «Окислитель — понижает СО, восстановитель — повышает СО». Запомнив эту информацию таким образом, вы не будете путаться.
ОВР уравнивают методом электронного баланса, с которым мы подробно познакомимся в разделе «Решения задач».
Обратимые и необратимые реакции
Обратимые реакции — такие химические реакции, которые протекают одновременно в двух противоположных направлениях: прямом и обратном. При записи реакции в таких случаях вместо знака «=» ставят знак обратимости «⇆».
Классическим примером обратимой реакции является синтез аммиака и реакция этерификации (из органической химии):
Необратимые реакции протекают только в одном направлении, до полного расходования одного из исходных веществ. Главное отличие их от обратимых реакций в том, что образовавшиеся продукты реакции не взаимодействуют между собой с образованием исходных веществ.
Иногда сложно бывает отличить обратимую реакцию от необратимой, однако я дам несколько советов, которые советую взять на вооружение. В результате необратимых реакций:
- Образуются малодиссоциирующие вещества (например — вода, однако есть исключения — реакция этерификации)
- Реакция сопровождается выделение большого количества тепла
- В ходе реакции образуется газ или выпадает осадок
Примеры необратимых реакций:
NaOH + HCl = NaCl + H2O (образуется вода)
2Na + 2H2O = 2NaOH + H2 (сопровождается выделением большого количества тепла)
Реакции и агрегатное состояние фаз
Фазой в химии называют часть объема равновесной системы, однородную во всех своих точках по химическому составу и физическим свойствам и отделенную от других частей того же объема поверхностью раздела. Фаза бывает жидкой, твердой и газообразной.
Все реакции можно разделить на гетеро- и гомогенные. Гетерогенные реакции (греч. heterogenes — разнородный) — реакции, протекающие на границе раздела фаз, в неоднородной среде. Скорость таких реакций зависит от площади соприкосновения реагирующих веществ.
К гетерогенным реакциям относятся следующие реакции (примеры): жидкость + газ, газ + твердое вещество, твердое вещество + жидкость. Примером такой реакции может послужить взаимодействие твердого цинка и раствора соляной кислоты:
Гомогенные реакции (греч. homogenes — однородный) — реакции, протекающие между веществами, находящимися в одной фазе.
К гомогенным реакциям относятся (примеры): жидкость + жидкость, газ + газ. Примером такой реакции может служить взаимодействие между растворами уксусной кислоты и едкого натра.
Реакции и их тепловой эффект
Все реакции можно разделить на те, в ходе которых тепло поглощается, или, наоборот, тепло выделяется. Представьте пробирку, охлаждающуюся или нагревающуюся в вашей руке — это и есть тот самый тепловой эффект. Иногда тепла выделяется так много, что реакции сопровождаются воспламенением или взрывом (натрий с водой).
Экзотермические реакции (греч. exo — вне) — химические реакции, сопровождающиеся потерей энергии системой и выделением тепла (той самой энергии) во внешнюю среду. При написании химических реакций в конце экзотермических ставят «+ Q» (Q — тепло), иногда бывает указано точное количество выделяющегося тепла. Например:
2Mg + O2 = 2MgO + Q
NaOH + HCl = NaCl + H2O + 56 кДж
К экзотермическим реакциям часто относятся реакции горения, соединения.
Исключением является взаимодействие азота и кислорода, при котором тепло поглощается:
Как уже было отмечено выше, если тепло выделяется во внешнюю среду, значит, система реагирующих веществ потеряло это тепло. Поэтому не должно казаться противоречием, что внутренняя энергия веществ в результате экзотермической реакции уменьшается.
Энтальпией называют (обозначение Н), количество термодинамической (тепловой) энергии, содержащееся в веществе. Иногда с целью «запутывания» в реакции вместо явного +Q при экзотермической реакции могут написать ΔH 0, так как внутренняя энергия веществ увеличивается. Например:
CaCO3 = CaO + CO2↑ ; ΔH > 0 (значит реакция эндотермическая, так как внутренняя энергия увеличивается)
Замечу, что не все реакции разложения являются эндотермическими. Широко известная реакция разложения дихромата аммония («вулканчик») является примером экзотермического разложения, при котором тепло выделяется.
© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2022
Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.
Химическая кинетика. Скорость химических реакций
Темы кодификатора ЕГЭ: Скорость реакции. Ее зависимость от разных факторов.
Скорость химической реакции показывает, как быстро происходит та или иная реакция. Взаимодействие происходит при столкновении частиц в пространстве. При этом реакция происходит не при каждом столкновении, а только когда частица обладают соответствующей энергией.
Скорость реакции – количество элементарных соударений взаимодействующих частиц, заканчивающихся химическим превращением, за единицу времени.
Определение скорости химической реакции связано с условиями ее проведения. Если реакция гомогенная – т.е. продукты и реагенты находятся в одной фазе – то скорость химической реакции определяется, как изменение концентрации вещества в единицу времени:
υ = ΔC / Δt
Если реагенты, или продукты находятся в разных фазах, и столкновение частиц происходит только на границе раздела фаз, то реакция называется гетерогенной, и скорость ее определяется изменением количества вещества в единицу времени на единицу реакционной поверхности:
υ = Δν / (S·Δt)
Факторы, влияющие на скорость химической реакции
1. Температура
Самый простой способ изменить скорость реакции – изменить температуру . Как вам, должно быть, известно из курса физики, температура – это мера средней кинетической энергии движения частиц вещества. Если мы повышаем температуру, то частицы любого вещества начинают двигаться быстрее, а следовательно, сталкиваться чаще.
Однако при повышении температуры скорость химических реакций увеличивается в основном благодаря тому, что увеличивается число эффективных соударений. При повышении температуры резко увеличивается число активных частиц, которые могут преодолеть энергетический барьер реакции. Если понижаем температуру – частицы начинают двигаться медленнее, число активных частиц уменьшается, и количество эффективных соударений в секунду уменьшается. Таким образом, при повышении температуры скорость химической реакции повышается, а при понижении температуры — уменьшается .
Обратите внимание! Это правило работает одинаково для всех химических реакций (в том числе для экзотермических и эндотермических). Скорость реакции не зависит от теплового эффекта. Скорость экзотермических реакций при повышении температуры возрастает, а при понижении температуры – уменьшается. Скорость эндотермических реакций также возрастает при повышении температуры, и уменьшается при понижении температуры.
Более того, еще в XIX веке голландский физик Вант-Гофф экспериментально установил, что скорость большинства реакций примерно одинаково изменяется (примерно в 2-4 раза) при изменении температуры на 10 о С.
Правило Вант-Гоффа звучит так: повышение температуры на 10 о С приводит к увеличению скорости химической реакции в 2-4 раза (эту величину называют температурный коэффициент скорости химической реакции γ).
Точное значение температурного коэффициента определяется для каждой реакции.
здесь v2 — скорость реакции при температуре T2,
v1 — скорость реакции при температуре T1,
γ — температурный коэффициент скорости реакции, коэффициент Вант-Гоффа.
В некоторых ситуациях повысить скорость реакции с помощью температуры не всегда удается, т.к. некоторые вещества разлагаются при повышении температуры, некоторые вещества или растворители испаряются при повышенной температуре, т.е. нарушаются условия проведения процесса.
2. Концентрация
Также изменить число эффективных соударений можно, изменив концентрацию реагирующих веществ . Понятие концентрации, как правило, используется для газов и жидкостей, т.к. в газах и жидкостях частицы быстро двигаются и активно перемешиваются. Чем больше концентрация реагирующих веществ (жидкостей, газов), тем больше число эффективных соударений, и тем выше скорость химической реакции.
На основании большого числа экспериментов в 1867 году в работах норвежских ученых П. Гульденберга и П. Вааге и, независимо от них, в 1865 году русским ученым Н.И. Бекетовым был выведен основной закон химической кинетики, устанавливающий зависимость скорости химической реакции от концентрации реагирующих веществ:
Скорость химической реакции прямо пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ в степенях, равных их коэффициентам в уравнении химической реакции.
Для химической реакции вида: aA + bB = cC + dD закон действующих масс записывается так:
здесь v — скорость химической реакции,
CA и CB — концентрации веществ А и В, соответственно, моль/л
k – коэффициент пропорциональности, константа скорости реакции.
Например , для реакции образования аммиака:
закон действующих масс выглядит так:
Константа скорости реакции k показывает, с какой скоростью будут реагировать вещества, если их концентрации равны 1 моль/л, или их произведение равно 1. Константа скорости химической реакции зависит от температуры и не зависит от концентрации реагирующих веществ.
В законе действующих масс не учитываются концентрации твердых веществ, т.к. они реагируют, как правило, на поверхности, и количество реагирующих частиц на единицу поверхности при этом не меняется.
В большинстве случаев химическая реакция состоит из нескольких простых этапов, в таком случае уравнение химической реакции показывает лишь суммарное или итоговое уравнение происходящих процессов. При этом скорость химической реакции сложным образом зависит (или не зависит) от концентрации реагирующих веществ, полупродуктов или катализатора, поэтому точная форма кинетического уравнения определяется экспериментально, или на основании анализа предполагаемого механизма реакции. Как правило, скорость сложной химической реакции определяется скоростью его самого медленного этапа (лимитирующей стадии).
3. Давление
Концентрация газов напрямую зависит от давления . При повышении давления повышается концентрация газов. Математическое выражение этой зависимости (для идеального газа) — уравнение Менделеева-Клапейрона:
pV = νRT
Таким образом, если среди реагентов есть газообразное вещество, то при повышении давления скорость химической реакции увеличивается, при понижении давления — уменьшается .
Например. Как изменится скорость реакции сплавления извести с оксидом кремния:
при повышении давления?
Правильным ответом будет – никак, т.к. среди реагентов нет газов, а карбонат кальция – твердая соль, нерастворимая в воде, оксид кремния – твердое вещество. Газом будет продукт – углекислый газ. Но продукты не влияют на скорость прямой реакции.
4. Катализатор
Еще один способ увеличить скорость химической реакции – направить ее по другому пути, заменив прямое взаимодействие, например, веществ А и В серией последовательных реакций с третьим веществом К, которые требуют гораздо меньших затрат энергии (имеют более низкий активационный энергетический барьер) и протекают при данных условиях быстрее, чем прямая реакция. Это третье вещество называют катализатором .
Катализаторы – это химические вещества, участвующие в химической реакции, изменяющие ее скорость и направление, но не расходующиеся в ходе реакции (по окончании реакции не изменяющиеся ни по количеству, ни по составу). Примерный механизм работы катализатора для реакции вида А + В можно представить так:
A + K = AK
AK + B = AB + K
Процесс изменения скорости реакции при взаимодействии с катализатором называют катализом. Катализаторы широко применяют в промышленности, когда необходимо увеличить скорость реакции, либо направить ее по определенному пути.
По фазовому состоянию катализатора различают гомогенный и гетерогенный катализ.
Гомогенный катализ – это когда реагирующие вещества и катализатор находятся в одной фазе (газ, раствор). Типичные гомогенные катализаторы – кислоты и основания. органические амины и др.
Гетерогенный катализ – это когда реагирующие вещества и катализатор находятся в разных фазах. Как правило, гетерогенные катализаторы – твердые вещества. Т.к. взаимодействие в таких катализаторах идет только на поверхности вещества, важным требованием для катализаторов является большая площадь поверхности. Гетерогенные катализаторы отличает высокая пористость, которая увеличивает площадь поверхности катализатора. Так, суммарная площадь поверхности некоторых катализаторов иногда достигает 500 квадратных метров на 1 г катализатора. Большая площадь и пористость обеспечивают эффективное взаимодействие с реагентами. К гетерогенным катализаторам относятся металлы, цеолиты — кристаллические минералы группы алюмосиликатов (соединений кремния и алюминия), и другие.
Пример гетерогенного катализа – синтез аммиака:
В качестве катализатора используется пористое железо с примесями Al2O3 и K2O.
Сам катализатор не расходуется в ходе химической реакции, но на поверхности катализатора накапливаются другие вещества, связывающие активные центры катализатора и блокирующие его работу (каталитические яды). Их необходимо регулярно удалять, путем регенерации катализатора.
В биохимических реакция очень эффективными оказываются катализаторы – ферменты. Ферментативные катализаторы действуют эффективно и избирательно, с избирательностью 100%. К сожалению, ферменты очень чувствительны к повышению температуры, кислотности среды и другим факторам, поэтому есть ряд ограничений для реализации в промышленных масштабах процессов с ферментативным катализом.
Катализаторы не стоит путать с инициаторами процесса и ингибиторами.
Например , для инициирования радикальной реакции хлорирования метана необходимо облучение ультрафиолетом. Это не катализатор. Некоторые радикальные реакции инициируются пероксидными радикалами. Это также не катализаторы.
Ингибиторы – это вещества, которые замедляют химическую реакцию. Ингибиторы могут расходоваться и участвовать в химической реакции. При этом ингибиторы не являются катализаторами наоборот. Обратный катализ в принципе невозможен – реакция в любом случае будет пытаться идти по наиболее быстрому пути.
5. Площадь соприкосновения реагирующих веществ
Для гетерогенных реакций одним из способов увеличить число эффективных соударений является увеличение площади реакционной поверхности . Чем больше площадь поверхности контакта реагирующих фаз, тем больше скорость гетерогенной химической реакции. Порошковый цинк гораздо быстрее растворяется в кислоте, чем гранулированный цинк такой же массы.
В промышленности для увеличения площади контактирующей поверхности реагирующих веществ используют метод «кипящего слоя».
Например , при производстве серной кислоты методом «кипящего слоя» производят обжиг колчедана.
6. Природа реагирующих веществ
На скорость химических реакций при прочих равных условиях также оказывают влияние химические свойства, т.е. природа реагирующих веществ.
Менее активные вещества будут имеют более высокий активационный барьер, и вступают в реакции медленнее, чем более активные вещества.
Более активные вещества имеют более низкую энергию активации, и значительно легче и чаще вступают в химические реакции.
Более стабильные вещества — это, например, те вещества, которые окружают нас в быту, либо существуют в природе.
Например , хлорид натрия NaCl (поваренная соль), или воды H2O, или металлическое железо Fe.
Более активные вещества мы можем встретить в быту и природе сравнительно редко.
Например , оксид натрия Na2O или сам натрий Na в быту и в природе не не встречаем, т.к. они активно реагируют с водой.
При небольших значениях энергии активации (менее 40 кДж/моль) реакция проходит очень быстро и легко. Значительная часть столкновений между частицами заканчивается химическим превращением. Например, реакции ионного обмена происходят при обычных условиях очень быстро.
При высоких значениях энергии активации (более 120 кДж/моль) лишь незначительное число столкновений заканчивается химическим превращением. Скорость таких реакций пренебрежимо мала. Например, азот с кислородом практически не взаимодействует при нормальных условиях.
При средних значениях энергии активации (от 40 до 120 кДж/моль) скорость реакции будет средней. Такие реакции также идут при обычных условиях, но не очень быстро, так, что их можно наблюдать невооруженным глазом. К таким реакциям относятся взаимодействие натрия с водой, взаимодействие железа с соляной кислотой и др.
Вещества, стабильные при нормальных условиях, как правило, имеют высокие значения энергии активации.
http://studarium.ru/article/160
http://chemege.ru/kinetika/