Вплив температури на швидкість хімічної реакції
Головна | Про нас | Зворотній зв'язок
Швидкість хімічної реакції залежить від температури. Вплив температурина швидкість хімічної реакції визначається або наближеним емпіричним рівнянням Вант-Гоффа, або більш точним рівнянням Арреніуса.
Згідно з правилом Вант-Гоффа при підвищенні температури на 10 ° швидкість хімічної реакції (або константа швидкості) збіль-личивается в одне і те ж число раз
У цих формулах - температурний коефіцієнт, який для більшості низькотемпературних реакцій змінюється в межах від 2 до 4. Він показує, у скільки разів збільшиться швидкість реакції при підвищенні температурина кожні 10 °; - швидкості реакції при відповідних температурах Т1 і Т2; . - час протікання реакції при даних температурах.
Рівняння Арреніуса у вигляді інтегральних рівнянь
дозволяє визначати енергію активації даної реакції.
Приклад 4. Як зміниться швидкість реакції, що протікає в газовій фазі, при підвищенні температури від 20 до 60 ° С, якщо # 947; = 2?
Рішення. Використовуємо вираз (1), в яке підставляємо дані: T1 = 20 ° С; T2 = 60 ° C; # 947; = 2. Отримуємо
тобто при підвищенні температури на 40 ° С швидкість реакції зросла в 16 разів.
Приклад 5. Деяка реакція в газовій фазі при 100 ° С закінчується за 27 с. За скільки секунд закінчиться та ж реакція при температурі 130 ° С, якщо # 947; = 3?
Рішення. Час протікання реакції обернено пропорційно швидкості реакції. Тому в вираженні (1) використовуємо замість швидкості час. Підставляємо = 27с, Т1 = 100 ° С, а - час, необхідний для протікання реакції при Т2 = 130 ° С, # 947; = 3, тоді
Звідси = = 1с, тобто при температурі 130 ° С реакція закінчиться за 1с.
Оборотна хімічна реакція протікає не до повного витрачання вихідних речовин (або хоча б одного з них), а до стану хімічної рівноваги. коли в реакційній системі присутні всі учасники хімічної реакції. Під хімічним рівновагою розуміють такий стан системи, коли швидкість прямої реакції дорівнює швидкості зворотного процесу.
Кількісно характеристики рівноважного стану хімічної реакції визначаються константами рівноваги. вираженими через рівноважні тиску (pi) або рівноважні молярні концентрації учасників реакції (ci).
У загальному випадку для будь-якої газової реакції
a А + b B ↔ е Е + d D
константи рівноваги визначаються наступними виразами, які називаються законом діючих мас:
Співвідношення між так обумовленими константами рівноваги встановлюються з використанням виразу і має вигляд. = D + e - a - b. Якщо тиску (p) визначати в атм, а концентрацію в моль / л, то в цій формулі R = 0,082 л × атм / моль × K.
Для гетерогенних реакцій між чистими конденсованими (твердими або рідкими) речовинами і газовими сумішами закон діючих мас записується тільки з урахуванням кількісних характеристик рівноважної газової фази. Константи рівноваги немає залежать від вихідних концентрацій реагуючих речовин і залежать тільки від температури.
Приклад 6. Напишіть вираження констант рівноваги і для наступних реакцій:
Рішення. Константи рівноваги і для реакції 1:
Речовина C (к) знаходиться в твердому стані і його концентрація в рівняння закону діючих мас не входить.
Приклад 7. При нагріванні водню і йоду в замкнутому посудині протікає реакція H2 (г) + I2 (г) ↔ 2HI (г). Рівноважна суміш містить 5,64 моль / л HI, 0,12 моль / л I2 і 5,28 моль / л Н2. Обчисліть константу рівноваги зазначеної реак-ції і вихідні концентрації Н2 і I2.
Рішення . Дана реакція йде без зміни обсягу, і значення константи рівноваги буде однаково при всіх способах вираження концентрацій. Тому можна записати =. підставивши рівноважні концентрації речовин, отримаємо = = 50,19.
Визначаємо вихідні концентрації йоду і водню. За реакцією для освіти 2 моль HI витрачається 1 моль Н2 і 1 моль I2. До моменту досягнення рівноваги для отримання 5,64 моль / л HI прореагував 5,64 / 2 моль I2 і 5,64 / 2 моль Н2. За умовою завдання в рівноважної суміші залишилося не прореагували 0,12 моль / л I2 і 5,28 моль / л Н2. Знаходимо вихідні концентрації цих речовин:
Приклад 8. Константа рівноваги реакції FeO (к) + СО (г) ↔ Fe (к) + СО2 (г) при 1000 ° С дорівнює 0,5. Які рівноважні концентрації СО і СО2. якщо початкові концентрації цих речовин становили: [CO] o = 0,05 моль / л; [СО2] o = 0,01 моль / л?
Рішення. До взаємодії було 0,05 моль СО і 0,01 моль СО2. До моменту рівноваги в реакцію вступило х молей СО. Тоді, згідно з рівнянням реакції, утворилося х молей СО2. Таким чином, до моментудостіженіяравновесія, рівноважні концентрації [СО] = (0,05 - х) моль / л, [СО2] = (0,01+ х) моль / л.
Звідси =. Подставівв цей вислів = 0,5, отримаємо х = 0,01, а [СО] = 0,05 - 0,01 = 0,04 моль / л, [СО2] = 0,01 + 0,01 = 0,02 моль / л.