Элементы

Элементы

вариант

вариант

1

К, Си

9

Be, 0

2

Са, Zn

10

Mg, Zn

3

Sc, Ga

11

Al, Sc

4

Ti, Ge

12

Si, Ti

5

P. V

13

V, As

6

Cr, Se

14

Cr, S

7

Mn, Br

15

Cl, Mn

8

B, Sc

15. По разности относительной электроотрицательности атомов элементов, образующих соединения: а) определите характер связи в молекулах (ионная, ковалентная полярная, ковалентная неполярная); б) расположите приведенные молекулы в порядке усиления степени ионности связи.

ВеС12, BeS, Be3P2, Ве2С

Н2О, Н2S, Н2Sе, Н2Те

СаО, СаН2, CaS, СаС12

РС13, РН3, Са3Р2, PF3

NaCl, NаH, Na2S, Na2О

CH4, CCI4, CBr4, CI4

Al2О3, A1N, A14C3, A1C13

NH3, Mg3N2, NCl3, Са3N2

Li2О, LiH, LiCl, Li3 Р

K2S, K3As, KH, K2О2

SnO2, SnF4, SnS, Sn3Р2

CaF2, BeF2, MgF2, A1F3

SnCl2, СаС12, КС1, MgCl2

LiC1, CCI4, SnCl4, A1C13

NH3, PH3, AsH3, SbH3

Практическое занятие № 3. Расчет скоростей химических реакций. Упражнения на смещение химического равновесия

Цель: научиться производить расчет скоростей химических реакций. Выполнять упражнения на смещение химического равновесия.

Как и всякие другие процессы, химические реакции происходят во времени и поэтому характеризуются той или иной скоростью.

Чтобы судить о скорости химической реакции, надо знать, как изменяется концентрация в определенные промежутки времени. Концентрацию в данном случае выражают количеством вещества (моль), содержащихся в одном литре раствора.

Если в течение промежутка времени (t) концентрация с одного из реагирующих веществ уменьшилась от с1 до с2, то средняя скорость v реакции за этот промежуток времени была

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

v=— — моль/(л-с).

Например, реакция между оксидом углерода(П) и хлором протекает с образованием фосгена по уравнению

СО + С12 -> СОС12

В одном из опытов была определена начальная концентрация хло­ра, которая оказалась равной 0,0187 моль/л, а спустя 2 мин, т. е. 120 с, концентрация хлора оказалась равной 0,0133 моль/л.

Для определения скорости реакции нет необходимости следить за изменением концентрации всех реагирующих веществ, достаточно проследить за изменением концентрации одного из них, так как все вещества расходуются и образуются в эквивалентных количествах. Так, в указанном примере расход 0,0054 моль хлора (0,0187 - 0,0133) соответствует убыли такого же количества оксида углерода (II), это видно из уравнения реакции, так как при образовании фосгена на одну молекулу хлора требуется одна молекула оксида углерода (II).

Скорость химических реакций зависит от концентрации участ­вующих в них веществ, температуры, катализатора, природы реаги­рующих веществ, величины поверхности соприкосновения веществ. Давление влияет на скорость химических реакций не непосредственно, а через увеличение концентрации реагирующих веществ, находящихся в газообразном состоянии.

Чем больше концентрация реагирующих веществ, тем больше мо­лекул находится в единице объема, тем чаще они сталкиваются, пре­вращаясь в продукты реакции, и, следовательно, тем скорее протекает реакция. С течением времени скорость химической реакции уменьша­ется, это вызвано тем, что в растворе становится все меньше и меньше реагирующих молекул; столкновение будет происходить реже, меньше образуется новых веществ. Зависимость скорости химической реакции от концентрации реагирующих веществ можно выразить математи­ческим уравнением, согласно закону:

При постоянной температуре скорость химической реакции пря­мо пропорциональна произведению молярных концентраций реа­гирующих веществ.

Этот закон, открытый Гульдбергом и Вааге в 1867 г., получил на­звание закона действующих масс.

Так, для реакции А + В = С скорость v = k[A] • [В], где k - коэффи­циент пропорциональности или константа скорости - величина по­стоянная для данной реакции. Она не зависит от времени и концен­трации, а зависит от природы реагирующих веществ и температуры. Если во взаимодействие вступает несколько частиц какого-либо веще­ства, то его концентрация должна быть возведена в степень с показа­телем, численно равным коэффициенту при формуле вещества в хими­ческом уравнении.

Пример 1. Как изменится скорость реакции: ЗН2 + N2 = 2NH3, если концентрацию водорода увеличить в 3 раза?

Решение. После увеличения концентрации водорода в 3 раза

v 2 = k (3[Н2 ])3 • [N2 ] = 27/с[Н2 ]3 • [N2 ]. Следовательно, скорость реакции возрастает в 27раз

Рассмотренные выражения закона действующих масс относятся к гомогенным системам, когда все компоненты находятся в одинаковом физическом состоянии - в газообразном или растворенном. Если наряду с ними в реакции участвуют также и твердые вещества, то скорость реакции изменяется только в зависимости от концентрации газов или растворенных веществ. Например, скорость горения фосфора кислороде (4Р + 5О2 = 2Р2О5) пропорциональна только концентрации кислорода: v = k[O2]5.

На скорость реакции влияет поверхность соприкосновения веществ. Так, из колбы, где находятся мелкие кусочки мела, при взаимодействии с соляной кислотой быстрее выделится оксид углерода(1У), чем из колбы, где находятся крупные куски мела.

Зависимость скорости реакции от температуры. Известно, что течение многих химических процессов значительно ускоряется при повы­шении температуры, рост которой усиливает скорость движения молекул, увеличивая тем самым число столкновений между ними.

Однако не каждое столкновение между молекулами приводит к их химическому взаимодействию. Чтобы реакция осуществлялась, сталкивающиеся молекулы должны обладать определенным избытком энергии. Такие молекулы называют активными. Повышение температуры увеличивает число активных молекул, а, следовательно, увеличивает скорость реакции. Как правило, в большинстве случаев с повышением температуры на 10°С скорость реакции увеличивается от двух до четырех раз (правило Вант-Гоффа).

Число, характеризующее ускорение реакции при нагревании на 10°С, называется температурным коэффициентом скорости.

Пример 2. Как возрастает скорость реакции при повышении температуры с 20 до 50°С, если температурный коэффициент реакции равен 3?

Ответ: в 27 раз

В тех случаях, когда число молекул газообразных веществ при хи­мической реакции не изменяется, изменение давления не вызывает смещения химического равновесия.

Большое значение при промышленном использовании обратимых химических реакций имеют катализаторы. Однако катализаторы ни­когда не смещают равновесия. Они уменьшают время, необходимое для достижения равновесия. Во сколько раз катализаторы ускоряют прямую реакцию, во столько же - и обратную.

Пример 3. При некоторой температуре равновесные концентрации в сис­теме 2SO2 + О2 = 2SO3 составили соответственно [SO2] = 0,04 моль/л, [О2] = 0,06 моль/л, [SO3] = 0,02 моль/л. Вычислите константу равновесия и исход­ные концентрации SO2 и О2.

Решение. Из уравнения реакции видно, что для образования 0,02 моль/л SO3 расходуется по 0,02 моль/л SO2 и 0,01 моль/л О2. Следовательно, исходная концентрация SO2 равна 0,02 моль/л + 0,04 моль/л = 0,06 моль/л, исходная концентрация О2 равна 0,01 моль/л + 0,06 моль/л = 0,07 моль/л.

К= [SO3]2 0,022

[SO2]2-[O2] 0,042-0,06=4,1

С развитием учения о химическом равновесии принимается, что реакция между ионами в растворе никогда не идет до конца. Конеч­ные продукты реакции представляют собой равновесную систему из молекул и ионов. Так, BaSO4 не является веществом, абсолютно рас­творимым в воде, в растворе останутся ионы Ва2+ и SO42- , но это ко­личество мало и практически не учитывается.

Произведение концентраций ионов водорода и гидроксид-ионов в воде называют ионным произведением воды.

Для измерения концентрации ионов водорода введена особая еди­ница, называемая водородным показателем.

Десятичный логарифм концентрации Н+-ионов, взятый с обратным знаком, называется водородным показателем и обозначается рН:

pH=-lg[H+].

Для чистой воды рН = - lg(10-7), т. е. рН = 7,0. При увеличении [Н+] рН уменьшается; при увеличении [ОН-] рН увеличивается.

В нейтральном растворе рН = 7,0; в кислой среде рН < 7,0; в щелочной рН > 7,0. Если рН = 4,0, то - lg[OH-] = 10,0.

Соотношения между реакцией среды, концентрациями ионов [Н+] и [ОН-] и значением водородного показателя выражают следующим образом:

[Н+] = [ОН-] = 10-7; рН = 7,0; среда нейтральная;

[Н+] > 10-7 > [ОН-]; рН < 7,0; среда кислая;

[Н+] < 10-7 < [ОН-]; рН > 7,0; среда щелочная.

Пример Концентрация ионов водорода в растворе равна 2,5*10-5 моль/л. Определите рН раствора.

Решение. рН = - lg(2,5*l0-5) = 4,6.

Для определения рН используют индикаторы - вещества органиче­ской природы, которые изменяют свою окраску в растворах в зависимости от реакции среды. Эти соединения, например фенолфталеин, метиловый оранжевый, представляют собой слабые кислоты или ос­нования, которым в молекулярной форме присуща окраска, не совпа­дающая с окраской их ионной формы.

Вопросы и задания

1. Чем измеряется скорость химических реакций?

2. Какие факторы влияют на скорость химических реакций?

3. Как зависит скорость химической реакции от концентраций реагирую­щих веществ? Напишите математические выражения для скоростей реакций,
протекающих по уравнениям:

a) 4NH3 + 5О2 = 4NO + 6H2О;

б) 2H2S + SO2 = 3S + 2H2O;

в) Fe3O4 + 4Н2 = 3Fe + 4Н2О.

4. Приведите примеры каталитических реакций. Можно ли с помощью катализаторов сместить химическое равновесие? Какова их роль при обратимых реакциях?

5. Чему равен температурный коэффициент реакции, если при увеличении
температуры на 60° скорость реакции возросла в 10 раз?

Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4