Презентация, доклад по химии на тему Химическая кинетика

химической реакции
2. Факторы, влияющие на скорость химической реакции:
природа реагирующих веществ,
концентрация
температура
катализаторы
3. Катализ
4. Упражнения


Домашнее задание: В.Е. Липатников, К.М. Казаков. Физическая и коллоидная химия – М., Высшая школа, 2000, гл. IV §10, 11, задача 25 стр. 222

время
t2- время окончания эксперимента

Изменение концентрации реагирующих веществ во времени

и их строением. Вещества с ионными и полярными ковалентными связями взаимодействуют друг с другом с большими скоростями, чем соединения с малополярными и неполярными связями. Поэтому реакции между органическими веществами (они построены по типу малополярных и неполярных связей) протекают более медленно, чем между неорганическими (они построены преимущественно по типу ионных связей).
Например, выделение водорода цинком из раствора хлороводорода происходит значительно быстрее, чем из раствора уксусной кислоты. Связь Н—С1 в молекуле хлороводорода более полярна, чем связь О—Н в молекуле СН3СООН, поэтому концентрация ионов водорода в растворе НСl больше (сильный электролит) по сравнению с раствором уксусной кислоты (слабый электролит).

реагирующих веществ, взятых в степенях, равных их стехиометрическим коэффициентам.
Этот закон сформулирован норвежскими учеными К. Гульдбергом и П. Вааге в 1867 г.
Например, для элементарной гомогенной реакции, записанной в общем виде;
аА + bВ = сС + dD
математически закон выражается соотношением:
v = k[A]a•[B]ь,
где v — скорость реакции; [А] и [В] — молярные концентрации реагирующих веществ; а и b — стехиометрические коэффициенты; k — константа скорости реакции. Она зависит от природы реагирующих веществ, температуры, катализатора, но не зависит от концентрации реагирующих веществ.
Значение k численно равно скорости реакции (v = k) при концентрации реагирующих веществ, равной 1 моль/л

Реакция происходит при столкновении молекул реагирующих веществ, ее скорость определяется количеством столкновений и их силой (энергией).
. Количественно зависимость скорости реакции от концентрации реагирующих веществ выражают законом действующих масс:

то столкновение между частицами газа и твердого вещества происходит лишь на поверхности раздела, и скорость реакции зависит только от концентрации газообразного вещества. Твердое вещество не входит в уравнение закона действующих масс.
Например, для гетерогенной реакции горения серы:
S(тв)+О2=SO2
закон действующих масс имеет следующее выражение:
v= k[О2],
т. е. скорость реакции пропорциональна только концентрации кислорода.
Для гетерогенных реакций скорость прямо пропорциональна поверхности соприкосновения реагирующих веществ.
Твердое вещество необходимо измельчить, если возможно растворить в воде (измельчить до молекул)

2NO2
если повысить концентрацию NО в два раза.
Решение
1. Согласно закону действия масс:
v = k [NO]2 • [О2]. (1)
2. Обозначим концентрацию NО через а, концентрацию О2 — через b, тогда уравнение (1) примет вид (скорость реакции до изменения концентрации):
v = k  а2b
3. Определяем скорость реакции при увеличении концентрации NO в два раза:
[NO]=2а, [О2]= b, тогда v2= k(2а)2b = k 4а2b
4. Находим отношение скоростей:

Ответ: скорость реакции увеличивается в четыре раза.

основных уравнений химической термодинамики, в частности эмпирическое правило, названное его именем.
Первый лауреат Нобелевской премии по химии

термодинамике. Совместно с норвежским ученым П. Вааге (1833— 1900) установил закон действующих масс и разработал его молекулярно кинетическую интерпретацию.
Нашел уравнения для вычисления коэффициента расширения тел, теплот плавления и теплоемкостей

г. в России.
Открыл (1785) и изучил адсорбцию растворенных веществ древесным углем, образование пересыщенных растворов.
Изучил теорию катализа.
Впервые получил ледяную уксусную кислоту (1789) и многие другие соединения.

воды из водорода и кислорода (2Н2 + О2 = 2 Н2О ) практически не происходит, настолько мала скорость реакции при этой температуре; при температуре 400 °С она протекает очень медленно, при 500 "С — быстрее, а при температуре 700 °С осуществляется мгновенно, со взрывом.
Зависимость скорости реакции от температуры выражается правилом Вант-Гоффа:

ПОВЫШЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ НА КАЖДЫЕ 10 ГРАДУСОВ УВЕЛИЧИВАЕТ СКОРОСТЬ БОЛЬШИНСТВА РЕАКЦИЙ В 2—4 РАЗА.

этой теории в химическое взаимодействие вступают только активные молекулы, обладающие энергией, достаточной для осуществления данной реакции. Молекулы можно сделать активными, если им сообщить дополнительную энергию. Этот процесс называется АКТИВАЦИЕЙ.
Один из способов повышения активности молекул – повышение температуры. Энергия, которую надо сообщить молекулам реагирующих веществ, чтобы превратить их в активные, называется ЭНЕРГИЕЙ АКТИВАЦИИ Еа.
Значение энергии активации зависит от природы реагирующих веществ. При одинаковых условиях наибольшую скорость имеют те реакции, для которых энергия активации меньше. Если энергия активации при комнатной температуре меньше 40 кДж/моль, то большая часть соударений частиц реагирующих веществ приводит к взаимодействию. Реакции ионного обмена протекают практически мгновенно, так как взаимодействие происходит между разноименно заряженными ионами
Чем выше энергия активации, тем меньше доля активных молекул. Если энергия активации реакции больше 120 кДж/моль, то в такой реакции лишь ничтожная доля столкновений между взаимодействующими частицами приводит к взаимодействию. Скорость таких реакций очень мала. Реакцией с высокой энергией активации является синтез аммиака из азота и водорода. Протекание этой реакции при комнатной температуре практически невозможно.
Реакции с промежуточными значениями энергии активации (40—120 кДж/моль) протекают со средней скоростью (взаимодействие цинка с раствором серной кислоты, обесцвечивание бромной воды этиленом и др.).

расходуются в результате ее протекания.
Химические реакции, которые протекают в присутствии катализаторов, называют КАТАЛИТИЧЕСКИМИ.
Изучением каталитических реакций занимался немецкий ученый Ловиц Товий.
Действие катализатора объясняется тем, что он снижает энергию активации, необходимую для протекания реакции. При окислении SO2 до SO3 на катализаторе V2O5 последний снижает энергию активации с 240 до 60 кДж/моль.
Снижение энергии активации, необходимой для протекания реакции, является главной причиной ускоряющего действия катализаторов. С участием катализатора реакции протекают при температуре более низкой, чем без него.

Катализаторы

для другой.
Особенно высокой специфичностью отличаются ферменты
Биологические катализаторы, являющиеся продуктами деятельности живых организмов и ускоряющие биохимические процессы, называются ферментами.
Реакцию в присутствии ферментов можно сравнить с замком, а фермент с ключом, который подходит только к этому замку. Например, для гидролиза различных углеводов необходимы различные ферменты: для крахмала – амилаза, для сахарозы – сахараза, для мальтозы – мальтаза.
Ферменты имеют огромное значение, так как природные биохимические процессы в основном имеют ферментативный характер. Ферментативные процессы используются при изготовлении спирта, пива, кваса, хлеба, квашенной капусты и т. д.
В хлебопечении особенное значение играют амилазы. Расщепляющие крахмал, и протеазы, расщепляющие белок. От активности амилаз зависит скорость брожения теста. В спиртовой и пивоваренной промышленности используются амилазы, источником которых могут быть солод и микробные препараты. В виноделии и при ферментации табака применяется фермент полифенолоксидаза, от активности которой зависит букет и цвет вина и сортовые качества табака.

ферменты

и гетерогенный катализ.

— катализатор и реагирующее вещество находятся в разных фазах (обычно катализатор — твердое вещество, реагирующие вещества — газы или жидкости).
Например реакции гидрирования, окисления аммиака в присутствии платины.
Все реакции при гетерогенном катализе протекают на поверхности катализатора. Поэтому активность твердого катализатора зависит от размера, химического состава, строения и состояния его поверхности.
Поверхность катализатора неоднородна. Полагают, что на ней существуют активные центры, на которых главным образом и протекают каталитические реакции. При этом реагирующее вещество, например водород, адсорбируется на этих центрах, в результате чего у адсорбированных молекул ослабевают связи между атомами и увеличиваются расстояния они становятся более реакционноспособными. Для того чтобы реакция началась, потребуется меньшая энергия активации, чем для той же реакции, но без катализатора

Гетерогенный катализ

или жидкая) и между ними отсутствует поверхность раздела.
Например окисление SO2 до SO3 в присутствии N0 или образование простых и сложных эфиров в присутствии минеральных кислот.
Механизм действия гомогенного катализа объясняется теорией промежуточных соединений, согласно которой в присутствии катализатора реакция протекает в несколько стадий.
Реакция (А + В = АВ) без катализатора протекает медленно вследствие большой энергии активации этой реакции.
Катализатор К вступает во взаимодействие с одним из исходных веществ А, образуя промежуточное соединение АК (А + К = АК). Эта реакция протекает быстро, так как ее энергия активации имеет небольшое значение.
Образовавшееся промежуточное соединение АК по той же причине легко реагирует со вторым исходным веществом В,
Образуется конечный продукт АВ и катализатор К, который может участвовать в новой реакции.
Схематически действие катализатора NО можно представить на примере окисления SO2 до SO3
SO2 + 1/2O2= SO3 (без катализатора реакция идет медленно)
NO + 1/2O2= NO2 (NO2— промежуточное соединение)
NO2 + SO2 = SO3 + NO (катализатор NO после реакции оказывается в неизменном виде)
Ускорение реакции происходит благодаря тому, что скорость отдельных стадий во много раз больше скорости реакции: SO2 + 1/2O2= SO3

химических реакций:
а) СН4 + СО2 = 2СО + 2Н2; в) 2NO2 = N2О4;
б) С(тв) + СО2 (г) = 2СО(г); г) СuО (тв) + H2 (г) = Сu (тв) + H2O (г).

2. В системе Н2+J2  2HJ установилось равновесие.
Как изменится скорость прямой реакции, если концентрацию Н2 увеличить в 3 раза?

3. Вычислите, как изменится скорость химической реакции
2NO + О2 = 2NO2
а) при уменьшении концентрации исходных веществ в три раза;
б) при увеличении давления в три раза.

4. Вычислите, как изменится скорость прямой реакции, если концентрацию аммиака увеличить в 3 раза.