Презентация, доклад по химии на тему Скорость химической реакции

скорость гомогенной реакции
Скорость гетерогенной реакции
Факторы, влияющие на скорость химической реакции
Природа реагирующих веществ
Концентрация
Температура
Катализатор, ингибитор, промотор
Давление
Площадь соприкосновения
Задачи
Тест
Литература

Содержание презентации

зависимость от различных факторов

Быстрые химические процессы: взрывы, ионные реакции в растворах, передача нервного импульса

суток
Неорганическая основа костных тканей за 4-7 лет

процессы, сопровождающие нас в повседневной жизни: коррозия металлов, хранение продуктов питания и т. д.
При производстве любого вещества от скорости реакции зависят:
Размеры аппаратуры
Количество вырабатываемого продукта

Что даёт знание
скорости химической реакции

FeS(тв)

Идут на поверхности
раздела фаз
CaCO3(тв)↔CaO(тв) + CO2(г)
CO2(г)+С(тв) = 2СО(г)
4H2O(ж)+3Fe(тв)↔4H2(г)+Fe3O4(тв)

Классификация реакций
по фазовому составу

в единице объёма

Отношение количества вещества к объёму – молярная концентрация.
Скорость гомогенной реакции определяется изменением концентрации одного из веществ в единицу времени

«+» - если скорость определяется по продукту реакции; «-» - если по исходному веществу

или образовавшегося в результате реакции за единицу времени на единице поверхности

Взаимодействие происходит только на поверхности раздела между веществами

S – площадь поверхности

при столкновении молекул реагирующих веществ, её скорость определяется количеством столкновений и их силой (энергией)

Давление

веществ с ионной и ковалентной полярной связью (неорганические вещества)
скорость меньше у веществ с ковалентной малополярной и неполярной связью (органические вещества)

υ(Zn + HCl = H2 + ZnCl2) > υ(Zn + CH3COOH = H2 + Zn(CH3COO)2

их строением
скорость больше у металлов, которые легче отдают электроны (с большим радиусом атома)
скорость больше у неметаллов, которые легче принимают электроны (с меньшим радиусом атома)

υ(2K + 2H2O = H2 + 2KOH) > υ(2Na + 2H2O = H2 + 2NaOH)

частиц реагирующих веществ в единице объёма, т.е. их молярным концентрациям.

Закон действующих масс:
Скорость элементарной химической реакции пропорциональна произведению молярных концентраций реагирующих веществ, возведённых в степени равные их коэффициентам:

1867 г. К.Гульдберг и П.Вааге сформулировали закон действующих масс

С.Аррениусом. К реакции приводит не каждое столкновение молекул реагентов, а только наиболее сильные столкновения. Лишь молекулы, обладающие избытком кинетической энергии, способны к химической реакции.
С.Аррениус рассчитал долю активных (т.е. приводящих к реакции) соударений реагирующих частиц , зависящую от температуры.

молекула - энергетически выгодное образование
химические вещества на энергетической диаграмме занимают положение в "ямках"
для превращения этих веществ в другие, им надо сообщить энергию, достаточную для того, чтобы они выбрались из "ямки", перевалили через "барьер" (энергию активации)

Температура

столкновений в секунду.
Например, среднее время между двумя соударениями в Н2 всего 5·10-9 с.
Если бы все столкновения приводили к реакции,
то любая реакция между газами происходила бы мгновенно!

A2 (г) + B2 (г) = 2AB (г)

Активация – процесс превращения неактивных частиц в активные для преодоления энергетического барьера
Энергия, которую надо сообщить частицам реагирующих веществ, чтобы превратить их в активные, называют энергией активации (Еа)

Правило Вант-Гоффа (сформулировано на основании экспериментального изучения реакций) В интервале температур от 0°С до 100°С при повышении температуры на каждые 10 градусов скорость химической реакции возрастает в 2-4 раза:

Правило Вант-Гоффа не имеет силу закона. Лабораторная техника была несовершенна, поэтому:
оказалось, что температурный коэффициент в значительном температурном интервале непостоянен
невозможно было изучать как очень быстрые реакции (протекающие за миллисекунды), так и очень медленные (для которых требуются тысячи лет)
реакции с участием больших молекул сложной формы (например, белков) не подчиняются правилу Вант-Гоффа

v = v0·∆τ/10

- температурный коэффициент Вант-Гоффа

Нобелевская премия
«в признание работ по катализу»

вещества, изменяющие скорость химической реакции за счёт изменения энергии активации, но сами при этом не расходующиеся. Процесс в присутствии катализатора – катализ. Реакция с катализатором – каталитическая.

Положительные катализаторы – ускоряют реакцию, уменьшая Еа
Отрицательные катализаторы (ингибиторы) – замедляют реакцию, увеличивая Еа

A + K = AK (1) AK + B = AB + K (2)
Суммарная реакция
A + B = AB
Но вместо энергетического барьера этой реакции преодолеваются более низкие барьеры реакций (1) и (2): E1 и E2

3H2 + N2 ↔ 2NH3
Катализатор - Fe, который в качестве промоторов
содержит оксид алюминия (Al2O3) и оксид калия (K2O)

2. Взаимодействие угарного газа с водородом

СО + 3Н2 ↔ СН4 + Н2О

Катализатор – Ni, промотор церий Ce.

оно непосредственно определяет их концентрации.
В уравнении Менделеева-Клапейрона:
pV = nRT
перенесем V в правую часть, , а RT - в левую учтем p/RT = n/V
учтём, что n/V = c
p/RT = c
Давление и молярная концентрация газа связаны прямо пропорционально.

Клапейрон Бенуа Поль Эмиль
(1799 - 1864 г.)

Менделеев Дмитрий Иванович
(1834 - 1907 г.)

измельчении и перемешивании увеличивается поверхность
соприкосновения реагирующих веществ, при этом возрастает скорость реакции

Скорость гетерогенной реакции зависит от: а) скорости подвода реагентов к границе раздела фаз; б) скорости реакции на поверхности раздела фаз, которая зависит от площади этой поверхности; в) скорости отвода продуктов реакции от границы раздела фаз.
Стадии (а) и (в) называются диффузионными, а стадия (б) – кинетической. Та стадия, которая протекает наиболее медленно, называется лимитирующей – именно она определяет скорость реакции в целом.

начала реакции концентрация веществ составляла 0,05 моль/л, а через 40 с – 0,04 моль/л.

Дано:
τ1 = 20c
τ2 = 40c
c1 = 0,05моль/л
с2 = 0,04моль/л
Найти: v

Расчёт ведём по исходному веществу,
значит перед формулой ставим знак «-»
υ = -∆с/∆τ
υ = -(с2-с1)/(τ2- τ1)
υ = -(0,04-0,05)/(40-20) = 0,0005 (моль/(л∙с))

Ответ: средняя скорость реакции 0,0005моль/(л∙с)

= 2
Найти: v2/v1

2. Как изменится скорость химической реакции 2СО + О2 = 2СО2, если уменьшить объем газовой смеси в 2 раза?

2СО + О2 = 2СО2
1) Запишем выражение закона действующих
масс для исходной смеси и после сжатия
v1 = k · c(СО)2 · c(О2)
v2 = k · c(2СО)2 · c(2О2) =
= k · 4c(СО)2 · 2c(О2) =
= 8k · c(СО)2 · c(О2)
2) Найдём отношение скоростей:
v2/v1 = (8k · c(СО)2 · c(О2))/ (k · c(СО)2 · c(О2)) = 8
Ответ: скорость реакции возрастёт в 8 раз

данной
реакции:
v = k∙с(A)∙ с(B)2
2) Найдём начальную скорость реакции:
v1 = k · c(А) · c(В)2 = k · 1 ∙ 9 = 9k
3) Найдём новые концентрации веществ:
с2(А) = 0,5 ∙ с1(А) = 0,5 ∙ 1 = 0,5(моль/л)
с2(В) = 3 – 2 ∙ с1(А) = 3 – 0,5 ∙ 1 = 2(моль/л)
4) Найдём конечную скорость реакции:
v2 = k · c2(А) · c2(В)2 = k · 0,5 ∙ 4 = 2k
5) Найдём отношение скоростей:
v1/v2 = 9k/2k = 4,5

Ответ: скорость уменьшится в 4,5 раза.

3. Во сколько раз уменьшится скорость простой реакции А + 2В = С, когда прореагирует половина вещества А, по сравнению с начальной скоростью? Начальные концентрации: 1 моль/л вещества А и 3 моль/л вещества В.

давление системы увеличить в 5 раз?

Дано:
Давление системы
увеличили в 5 раз
c2(Cl2)/с1(Cl2) = 5
Найти: v2/v1

2Fe + 3Cl2 = 2FeCl3
1) Запишем выражение закона действующих
масс для исходной смеси и после сжатия
(только для газов)
v1 = k · c(Cl2)3
v2 = k · c(5Cl2)3 = 125 ∙ k ∙ c(Cl2)3
2) Найдём отношение скоростей:
v2/v1 = 125 ∙ k ∙ c(Cl2)3/k · c(Cl2)3 = 125

Ответ: скорость реакции возрастёт в 125 раз

= υ1 ∙ γ∆τ/10
2) Найдём отношение скоростей:
v2/v1 = γ∆τ/10 = 2(350-300)/10 = 25 = 32

Ответ: скорость реакции возрастёт в 32 раза

5. Во сколько раз увеличится скорость химической реакции при повышении температуры от 300° до 350 °С, если температурный коэффициент равен 2?

Дано:
τ1 = 300°С
τ2 = 350°С
γ = 2
Найти: v2/v1

За какое время закончится эта реакция при τ = 70 °C, если температурный коэффициент равен 3?

Дано:
τ1 = 50°С
∆t1 = 2,25 мин
τ2 = 70°С
γ = 3
Найти: ∆t2

1) Находим, во сколько раз возрастёт скорость
реакции при повышении температуры с 50°С
до 70°С:
vτ2/vτ1 = γ∆t/10 = 3(70-50)/10 = 32 = 9 (раз)
2) Находим время, за которое закончится эта
реакция при температуре 70°С:
∆t2 = 2,25мин : 9 = 0,25мин (15с)

Ответ: реакция закончится за 15 секунд.

в 4 раза. Найти температурный коэффициент скорости реакции.

Дано:
τ1 = 80°С
τ2 = 60°С
v1/v2 = 4
Найти: γ

Найдём отношение скоростей реакций:
v2/v1 = γ∆τ/10
Составим и решим уравнение:
4 = γ(80°-60°)/10
4 = γ2
γ = 2

Ответ: температурный коэффициент равен 2.

№1

1)

2)

3)

4)

веществ
использование катализатора
использование ингибитора
объём реакционного сосуда

кислоты
измельчение железа
температура реакционной смеси
увеличение давления

Задание №3

если
концентрацию вещества В уменьшить в 2
раза:
увеличится в 4 раза
уменьшится в 2 раза
уменьшится в 4 раза
увеличится в 2 раза

Задание №4

вещества А в 3 раза:
скорость увеличится в 3 раза
скорость уменьшится в 9 раз
скорость уменьшится в 3 раза
скорость не изменится

Задание №5

в гранулах
большим куском цинка
цинком, покрытым медью
цинком в порошке

Задание №6

и CH3COOH(10% раствор)
Zn(порошок) и HCl(10% раствор)
Zn(гранулы) и HCl(10% раствор)
Zn(порошок) и CH3COOH(10% раствор)

Задание №7

γ = 3:
возрастёт в 3 раза
возрастёт в 9 раз
уменьшится в 3 раза
уменьшится в 9 раз

Задание №8

температуру
понизить температуру

Задание №9

кислоты
объёма колбы

Задание №10

М., Дрофа, 2010
И.И.Новошинский, Н.С.Новошинская. Химия. 10 класс. Учебник для общеобразовательных учреждений, М., «ОНИКС 21 век»; «Мир и Образование», 2004
О.С.Габриелян, Г.Г.Лысова, А.Г.Введенская. Настольная книга учителя химии. 11 класс. М., Дрофа. 2004
К.К.Курмашева. Химия в таблицах и схемах. М., «Лист Нью». 2003
Н.Б.Ковалевская. Химия в таблицах и схемах. М., «Издат-школа 2000». 1998
П.А.Оржековский, Н.Н.Богданова, Е.Ю.Васюкова.Химия. Сборник заданий. М.»Эксмо», 2011
Фотографии: http://www.google.ru/

Литература: