Скорость химических реакций

ФГОУ СПО «Красноярский медико-фармацевтический колледж»
Министерства здравоохранения и социального развития РФ

Ростовцева Лидия Вениаминовна,
преподаватель химии высшей категории

Методическая разработка теоретического занятия

по теме: Скорость химической реакции. Химическое равновесие.

Цели:
образовательные:
Сформировать понятие о скорости химической реакции; факторах, влияющих на скорость химической реакции: природа реагирующих веществ, температура, концентрация, поверхность соприкосновения реагирующих веществ, катализаторы и ингибиторы.
Актуализировать, расширить и углубить знания о химическом равновесии и условиях его смещения.
развивающие:
Продолжить развивать у учащихся умение связывать уже имеющиеся знания с вновь приобретенными, умение анализировать и выделять главное в изученном материале.
воспитательные:
Воспитание ответственного отношения к учебе, стремления к творческой, познавательной деятельности.

Тип: изучение нового материала
Вид: лекция
Метод: объяснительно-иллюстративный с элементами беседы
Оснащение: компьютерная презентация

План проведения занятия

1. Организационный момент

2. Мотивация
Как и всякие другие процессы, химические реакции происходят во времени и поэтому характеризуются той или иной скоростью. Раздел химии, в котором изучаются скорости и механизмы химических реакций, называется химической кинетикой. Что такое скорость химической реакции и почему скорость разных реакций не одинакова, как можно увеличить или замедлить скорость реакции, как сместить равновесие для обратимых реакций – вот основные вопросы, на которые нам предстоит дать ответ.


3. Изложение учебного материала по плану
План лекции:
1. Понятие о скорости химической реакции.
2. Факторы, влияющие на скорость химической реакции.
3. Химическое равновесие. Факторы, влияющие на смещение равновесие.
Принцип Ле Шателье.

4. Домашнее задание
Литература:
Основная
1. Ерохин Ю.М. Химия, М, 2001, гл. 5
2. Габриелян О.С., Лысова Г.Г. Химия, 11 класс, гл.3, § 11 - 14

Дополнительная
Егоров А.С. Химия, Пособие-репетитор, Феникс, 1999, раздел 4, § 4.3 – 4.4


Лекция по теме:
Скорость химических реакций. Химическое равновесие

План:
1. Понятие о скорости химической реакции.
2. Факторы, влияющие на скорость химической реакции.
3. Химическое равновесие. Факторы, влияющие на смещение равновесие. Принцип Ле-Шателье.

1. Понятие о скорости химической реакции
Химические реакции протекают с разными скоростями. Очень быстро протекают реакции в водных растворах. Например, если слить растворы хлорида бария и сульфата натрия, то тут же немедленно выпадает белый осадок сульфата бария. Быстро, но не мгновенно этилен обесцвечивает бромную воду. Медленно образуется ржавчина на железных предметах, появляется налет на медных и бронзовых изделиях, гниет листва.
Изучением скорости химической реакции, а также выявлением её зависимости от условий проведения процесса занимается наука - химическая кинетика.

(слайд 3.)
Если реакции протекают в однородной среде, например, в растворе или газовой фазе, то взаимодействие реагирующих веществ происходит во всем объёме. Такие реакции называются гомогенными.
Если реакция идет между веществами, находящимися в разных агрегатных состояниях (например, между твердым веществом и газом или жидкостью) или между веществами, не способными образовывать гомогенную среду (например, между двумя несмешивающимися жидкостями), то она проходит только на поверхности соприкосновения веществ. Такие реакции называются гетерогенными.

(слайд 4, 5)

· гомогенной реакции определяется изменением количества вещества в единицу в единице объёма:


· =
· n /
·t
·V

где
· n – изменение числа молей одного из веществ (чаще всего исходного, но может быть и продукта реакции), (моль);

·t – интервал времени (с, мин);
V – объем газа или раствора (л)
Поскольку
· n / V =
·C (изменение концентрации), то


· =
· С /
·t ( моль/л
· с)
(слайд 6)

· гетерогенной реакции определяется изменением количества вещества в единицу времени на единице поверхности соприкосновения веществ.


· =
· n /
·t
· S

где
· n – изменение количества вещества (реагента или продукта), (моль);

·t – интервал времени (с, мин);
S – площадь поверхности соприкосновения веществ (см2, м2)

(слайд 7.)
Почему скорость разных реакций не одинакова?
Для того чтобы началась химическая реакция, молекулы реагирующих веществ должны столкнуться. Но не каждое их столкновение приводит к химической реакции. Для того чтобы столкновение привело к химической реакции, молекулы должны иметь достаточно высокую энергию. Частицы, способные при столкновении, вступать в химическую реакцию, называются активными. Они обладают избыточной энергией по сравнению со средней энергией большинства частиц – энергией активации Еакт. Активных частиц в веществе намного меньше, чем со средней энергией, поэтому для начала многих реакций системе необходимо сообщить некоторую энергию (вспышка света, нагревание, механический удар).
Энергетический барьер (величина Еакт) разных реакций различен, чем он ниже, тем легче и быстрее протекает реакция.

2. Факторы, влияющие на
· (количество соударений частиц и их эффективность).

(слайд 8.)
1) Природа реагирующих веществ: их состав, строение => энергия активации

· чем меньше Еакт, тем больше
·;

(слайд 9.)
Если Еакт < 40 кДж/моль, то это значит, что значительная часть столкновений между частицами реагирующих веществ приводит к их взаимодействию, и скорость такой реакции очень большая. Все реакции ионного обмена протекают практически мгновенно, т.к. в этих реакциях участвуют разноименнозаряженные частицы, и энергия активации в этих случаях ничтожно мала.

(слайд 10.)
Если Еакт > 120 кДж/моль, то это означает, что лишь ничтожная часть столкновений между взаимодействующим частицами приводит к реакции. Скорость таких реакций очень мала. Например, ржавление железа, или
протекание реакции синтеза аммиака при обычной температуре заметить практически невозможно.

(слайд 11.)
Если Еакт имеют промежуточные значения (40 – 120 кДж/моль), то скорость таких реакций будут средними. К таким реакциям можно отнести взаимодействие натрия с водой или этанолом, обесцвечивание этиленом бромной воды и др.

(слайд 12 - 13.)
2) Температура: при t на каждые 100 С,
· в 2-4 раза (правило Вант-Гоффа).


·2 =
·1
·
·
·t/10

При t, количество активных частиц (с Еакт) и их активных соударений.

(слайд 14.)
Задача 1. Скорость некоторой реакции при 00С равна 1 моль/л
· ч, температурный коэффициент реакции равен 3. Какой будет скорость данной реакции при 300С?
Решение:

·2 =
·1
·
·
·t/10


·2 =1
·3 30-0/10= 33=27 моль/л
·ч

(слайд 15- 16.)
3) Концентрация: чем больше, тем чаще происходят соударения и
· . При постоянной температуре для реакции mA + nB = C по закону действующих масс:


· = k
· СAm
· CBn
где k – константа скорости;
С – концентрация (моль/л)

Закон действующих масс:
Скорость химической реакции пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ, взятых в степенях, равных их коэффициентам в уравнении реакции.
З.д.м. не учитывает концентрации реагирующих веществ, находящихся в твердом состоянии, т.к. они реагируют на поверхности и их концентрации обычно остаются постоянными.

(слайд 17.)
Задача 2. Реакция идет по уравнению А +2В С. Во сколько раз и как изменится скорость реакции, при увеличении концентрации вещества В в 3 раза?
Решение:
· = k
· СAm
· CBn

· = k
· СA
· CB2

·1 = k
· а
· в2

·2 = k
· а
· 3 в2

·1/
·2 = а
· в2 / а
· 9 в2 = 1/9
Ответ: увеличится в 9 раз

(слайд 18.)
Для газообразных веществ скорость реакции зависит от давления
Чем больше давление, тем выше скорость.

(слайд 19.)
4) Катализаторы – вещества, которые изменяют механизм реакции, уменьшают Еакт =>
· .

· Катализаторы остаются неизменными по окончании реакции

· Ферменты – биологические катализаторы, по природе белки.

· Ингибиторы – вещества, которые
·

(слайд 20.)
5) Для гетерогенных реакций
· зависит также:

· от состояния поверхности соприкосновения реагирующих веществ.

Сравните: в 2 пробирки налили одинаковые объёмы раствора серной кислоты и одновременно опустили в одну – железный гвоздь, в другую – железные опилки. Измельчение твердого вещества приводит к увеличению числа его молекул, которые могут одновременно вступить в реакцию. Следовательно, во второй пробирке скорость реакции будет больше, чем в первой.

3. Химическое равновесие. Факторы, влияющие на смещение равновесие. Принцип Ле-Шателье.

(слайд 21.)
Химические реакции по направлению их протекания можно разделить

· Необратимые реакции протекают только в одном направлении (реакции ионного обмена с , , мдс, горения и некоторые др.)
Например, AgNO3 + HCl AgCl + HNO3

· Обратимые реакции при одних и тех же условиях протекают в противоположных направлениях ().
Например, N2 + 3H2 2NH3

(слайд 22.)
Состояние обратимой реакции, при котором
· =
· называется химическим равновесием.
Химическое равновесие – динамическое.
Чтобы реакция на химических производствах проходила как можно полнее, необходимо сместить равновесие в сторону продукта. Для того, чтобы определить, как тот или иной фактор изменит равновесие в системе, используют принцип Ле Шателье (1844 г.):

(слайд 23-24.)
Принцип Ле Шателье: Если на систему, находящуюся в состоянии равновесия, оказать внешнее воздействие (изменить t, р, С), то равновесие сместится в ту сторону, которая ослабит это воздействие.

Равновесие смещается:

(слайд 25.)
1) при Среаг ,
при Спрод ;

(слайд 26.)
2) при p (для газов) - в сторону уменьшения объема,
при р – в сторону увеличения V;
если реакция протекает без изменения числа молекул газообразных веществ, то давление не влияет на равновесие в данной системе.

(слайд 27.)
3) при t – в сторону эндотермической реакции (- Q),
при t – в сторону экзотермической реакции (+ Q).
Катализатор не смещает равновесие, но ускоряет его достижение.

(слайд 28.)
Задача 3. Как надо изменить концентрации веществ, давление и температуру гомогенной системы PCl5 PCl3 + Cl2 – Q , чтобы сместить равновесие в сторону разложения PCl5 ()
Решение:
С (PCl5)
С (PCl3) и С (Cl2)
р
t

(слайд 29.)
Задача 4. Как сместиться химическое равновесие реакции 2СО + О2 2СО2 + Q при
а) повышении температуры;
б) повышении давлении
Ответ:
а)
б)

(слайд 30.)
Литература









HYPER13PAGE HYPER15


HYPER13PAGE HYPER147HYPER15






HYPER15Основной шрифт абзаца


Чтобы посмотреть презентацию с оформлением и слайдами, скачайте ее файл и откройте в PowerPoint на своем компьютере.
Текстовое содержимое слайдов:

Скорость химических реакций.Химическое равновесие. Автор Ростовцева Л.В., 2010 г. ФГОУ СПО «КРАСНОЯРСКИЙ МЕДИКО-ФАРМАЦЕВТИЧЕСКИЙ КОЛЛЕДЖ»МИНИСТЕРСТВА ЗДРАВООХРАНЕНИЯ И СОЦИАЛЬНОГО РАЗВИТИЯ РФ План лекции:1. Понятие о скорости химической реакции2. Факторы, влияющие на скорость химической реакции3. Химическое равновесие. Факторы, влияющие на смещение равновесие. Принцип Ле Шателье Понятие о скорости химической реакции Реакции Гомогенные Реакции протекают в однородной среде N2 (газ) + 3H2 (газ) ↔ 2NH3 NaOH(р-р) + HCl(р-р) → NaCl + H2O Гетерогенные Реакция идет между веществами, находящимися в разных агрегатных состояниях или между веществами, не способными образовывать гомогенную средуC (тв.) + O2(газ) → CO2Zn(тв.) + 2HCl(р-р) → ZnCl2 + H2↑ Скорость гомогенной реакции (υгомог.) определяется изменением количества вещества в единицу времени в единице объёма υгомог. =где Δ n – изменение числа молей одного из веществ, (моль);Δt – интервал времени (с, мин);V – объем газа или раствора (л) Понятие о скорости химической реакции Δ n Δt ∙V ΔC ΔC – изменение концентрации Понятие о скорости химической реакции Скорость гомогенной реакции (υгомог.) определяется изменением концентрации одного из веществ в единицу времени υгомог. = ΔC Δt моль [ ] л · с Скорость гетерогенной реакции (υгетер.) определяется изменением количества вещества в единицу времени на единице поверхности соприкосновения веществ Понятие о скорости химической реакции υгетер. Δt ∙ S Δ n = где Δ n – изменение количества вещества (реагента или продукта), (моль);Δt – интервал времени (с, мин);S – площадь поверхности соприкосновения веществ (см2, м2) Энергия активации Еакт - минимальный избыток энергии, который должна иметь частица (или пара частиц), чтобы произошло эффективное соударение Почему протекают химические реакции? 2. Факторы, влияющие на скорость химической реакции Природа реагирующих веществ: их состав, строение => энергия активации ▪ чем меньше Еакт, тем больше υ; Если Еакт < 40 кДж/моль, скорость такой реакции очень большая. FeCl3 + K4[Fe(CN)6] → Fe4[Fe(CN)6]3берлинская лазурь Если Еакт > 120 кДж/моль, скорость таких реакций очень мала. 4Fe + 2Н2О + ЗО2 = 2(Fe2O3 • Н2О) ржавление железа Если Еакт имеют промежуточные значения (40 – 120 кДж/моль), то скорость таких реакций будет средней. бромная вода + С2Н4 → Факторы, влияющие на скорость химической реакции Якоб Хендрик Вант-Гофф1852 – 1911г.г.Голландский химик. Один из основателей физической химии и стереохимии. Предложил классификацию химических реакций. Установил, что повышении температуры на каждые 100С скорость реакции увеличивается в 2-4 раза. Факторы, влияющие на скорость химической реакции 2. Температура: при ↑ t на каждые 100 С, υ ↑ в 2-4 раза (правило Вант-Гоффа)При ↑ t, ↑ количество активных частиц (с Еакт) и их активных соударений. Дано:υt1 = 1 моль/л ∙ чγ =3t1 = 00Сt2 = 300СНайти: υt2 Факторы, влияющие на скорость химической реакции Задача 1. Скорость некоторой реакции при 00С равна 1 моль/л ∙ ч, температурный коэффициент реакции равен 3. Какой будет скорость данной реакции при 300С? Решение:υt2 = υt1 ∙ γ Δt/10υt2 =1∙330 - 0/10 = 33 = 27 моль/л∙ч Ответ: Скорость данной реакции при 300С будет равна 27 моль/л∙ч 3. Концентрация: чем ↑ С, тем чаще происходят соударения и υ ↑. Факторы, влияющие на скорость химической реакции Закон действующих масс (з. д. м.):Скорость химической реакции (υх.р.) прямо пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ, взятых в степенях их коэффициентов в уравнении реакции Для реакции mA + nB = C по закону действующих масс: υ = k ∙ СAm ∙ CBnгде k – константа скорости;С – концентрация (моль/л) Факторы, влияющие на скорость химической реакции * З.д.м. не учитывает концентрации реагирующих веществ, находящихся в твердом состоянии, т.к. они реагируют на поверхности и их концентрации обычно остаются постоянными. Задача 2. Реакция идет по уравнению А +2В → С. Во сколько раз и как изменится скорость реакции, при увеличении концентрации вещества В в 3 раза? Факторы, влияющие на скорость химической реакции Решение: А +2В → СПо з.д.м. υ = k ∙ СA ∙ CB2 Пусть СА = а, СВ = в, тогда υ1 = k ∙ а ∙ в2υ2 = k ∙ а ∙ 3в2υ1/ υ2 = а ∙ в2 / а ∙ 9в2 = 1/9 Дано:↑СВ в 3 раза Найти:Как изменитьсяυх.р. Ответ: скорость реакции увеличится в 9 раз Факторы, влияющие на скорость химической реакции Для газообразных веществ υ х.р. зависит от давления (что аналогично изменению концентрацииреагирующих веществ) Чем ↑ р, тем ↑ υ Катализаторы – вещества, которые изменяют механизм реакции, уменьшают Еакт => υ ↑.▪ Катализаторы остаются неизменными по окончании реакции▪ Ферменты – биологические катализаторы, по природе белки▪ Ингибиторы – вещества, которые ↓ υ Факторы, влияющие на скорость химической реакции Для гетерогенных реакций υ зависит:▪ от состояния поверхности соприкосновения реагирующих веществ. Факторы, влияющие на скорость химической реакции р-р H2SO4 1. Железный гвоздь 2. Железные опилки H2SO4 + Fe = FeSO4 + Cu Обратимые реакции при одних и тех же условиях протекают в противоположных направлениях (↔). N2 + 3H2 ↔ 2NH3 3. Химическое равновесие. Факторы, влияющие на смещение равновесие. Принцип Ле Шателье Химические реакции по направлению их протекания Необратимые реакции протекают только в одном направлении (→) AgNO3 + HCl → AgCl↓ + HNO3 Химическое равновесие Состояние обратимой реакции, при котором υпр. = υ обр. называется химическим равновесием → ← Анри Луи Ле Шателье1850 – 1936 г.г.Французский физико-химик. Член парижской Академии наук,почетный член Петербургской академии наук (с 1913г.) и Академии наук СССР (с 1926г.)В 1884 г. сформулировал принцип смещения равновесия, названный его именем. Химическое равновесие. Факторы, влияющие на смещение равновесие. Принцип Ле Шателье Принцип Ле Шателье (1844 г.)Если на систему, находящуюся в состоянии равновесия, оказать внешнее воздействие (изменить t, р, С), то равновесие сместится в ту сторону, которая ослабит это воздействие Химическое равновесие. Факторы, влияющие на смещение равновесие. Принцип Ле Шателье Влияние концентрации на смещение химического равновесия Равновесие смещается при ↑ Среаг.в-в. → при ↑ Спрод .р-ции ← Равновесие смещается при ↑ p (для газов) - в сторону уменьшения объема (V) газообразных веществ при ↓ р – в сторону увеличения V; * если реакция протекает без изменения числа молекул газообразных веществ, то давление не влияет на равновесие в данной системе Влияние давления на смещение химического равновесия Равновесие смещается при ↑ t – в сторону эндотермической реакции (- Q) при ↓ t – в сторону экзотермической реакции (+ Q) Влияние температуры на смещение химического равновесия Задача 3.Как надо изменить концентрации веществ, давление и температуру гомогенной системы PCl5 ↔ PCl3 + Cl2 – Q , чтобы сместить равновесие в сторону разложения PCl5 (→)Решение:↑ С реаг. в-в (PCl5)↓ С прод. р-ции (PCl3) и С (Cl2)↓ р (реакция идет с увеличением V)↑ t (реакция эндотермическая – Q ) Химическое равновесие. Факторы, влияющие на смещение равновесие. Принцип Ле Шателье PCl5(тв.) ↔ PCl3(тв.) + Cl2(газ) – Q → 1V Задача 4. Как сместиться химическое равновесие реакции 2СО + О2 ↔ 2СО2 + Q приа) повышении температуры;б) повышении давленииОтвет: 2V 1V 2VQ - 2СО + О2 ↔ 2СО2 + Qа) ← б) → Литература Основная1. Ерохин Ю.М. Химия, М, 2001, гл. 52. Габриелян О.С., Лысова Г.Г. Химия, 11 класс, гл.3, § 11 - 14 Дополнительная Егоров А.С. Химия, Пособие-репетитор, Феникс, 1999, раздел 4, § 4.3 – 4.4 Компьютерное сопровождение подготовлено преподавателем химии Ростовцевой Л.В. (2010.)

Приложенные файлы

  • doc file1
    Размер файла: 62 kB Загрузок: 2
  • ppt file2
    Размер файла: 796 kB Загрузок: 3