Химическая кинетика. Методические указания к практическим занятиям

ХИМИЯ

Методические указания к практическим занятиям

И для самостоятельной подготовки студентов

Всех специальностей дневной и заочной форм обучения

Химическая кинетика

И химическое равновесие

Могилев 2010

УДК 54

ББК 24

Х 46

Рекомендовано к опубликованию

учебно-методическим управлением

ГУ ВПО «Белорусско-Российский университет»

Одобрено кафедрой «Технологии металлов» «14» сентября 2010 г., протокол № 11

Составители: ст. преподаватель В. Ф. Пацей;

канд. биол. наук, ст. преподаватель И. А. Лисовая

ст. преподаватель Н. Л. Николаева

Рецензент канд. хим. наук, доцент И. М. Лужанская

В методических указаниях приведены основные понятия химической кинетики и химического равновесия. Рассмотрено влияние на скорость химических реакций таких факторов, как концентрация реагирующих веществ, температура и катализаторы. Приведены способы расчета изменения скорости химической реакции, а также способы определения направления смещения химического равновесия по принципу Ле Шателье.

Учебное издание

ХИМИЯ

Ответственный за выпуск Д. И. Якубович

Технический редактор А. А. Подошевко

Компьютерная верстка Н. П. Полевничая

Подписано в печать. Формат 60x84/16. Бумага офсетная. Гарнитур Таймс. Печать трафаретная. Усл-печ. л.. Уч.-изд. л.. Тираж 180 экз. Заказ №

Издатель и полиграфическое исполнение

Государственное учреждение высшего профессионального образования

«Белорусско-Российский университет»

ЛИ № 02330/375 от 29.06.2004 г.

212000, г. Могилев, пр. Мира, 43

© ГУ ВПО «Белорусско-Российский

университет», 2010

Химическая кинетика

Химическая термодинамика позволяет предсказать принципиальную возможность или невозможность самопроизвольного протекания химических реакций. Например, термодинамическая вероятность реакции

2H_{2 (Г)} + O_{2 (Г)} = 2H₂O _(Г) ; Δ G⁰₂₉₈ = -456, 5 кДж

значительно выше, чем реакции:

2NO _(Г) + O_{2 (Г)} = 2NO_{2 (Г)}; Δ G⁰₂₉₈ = -150 кДж

вследствие более отрицательной величины Δ G⁰₂₉₈. В то же время первая реакция при стандартных условиях без катализатора, открытого пламени или освещения ультрафиолетом практически не идет, а вторая протекает с заметной скоростью. Быстрота реакции зачастую не связана со значением ее энергии Гиббса.

Знание скоростей химических реакций имеет большое научное и практическое значение. Например, в химической промышленности от скорости реакции зависят размеры и производительность аппаратуры, количество получаемого продукта и др. Весьма важно не только знать, с какой скоростью протекает реакция при тех или иных условиях, но и как нужно изменить эти условия, чтобы реакция протекала с требуемой скоростью. Всем этим занимается химическая кинетика.

Химическая кинетика – учение о скорости химических процессов и их зависимости от различных факторов, а также о механизмах их протекания.

Основные понятия химической кинетики

Система – совокупность находящихся во взаимодействии веществ или частиц, мысленно или фактически обособленная от окружающей среды. Все, что находится вне системы, называется внешней средой.

Компонент – химически однородная составная часть системы, которая может быть выведена из нее. Например, смесь азота и кислорода состоит из двух компонентов (N₂ и O₂), а водный раствор NaCl и KCl – из трех компонентов (NaCl, KCl и H₂O).

Фаза – это часть системы, однородная во всех точках по составу и свойствам и отделённая от других частей системы поверхностью раздела. Наличие поверхности раздела, переходя через которую свойства меняются скачком, подтверждает, что система состоит из нескольких фаз. Возможно существование многофазных систем, состоящих из одного компонента. Например, система, состоящая только из жидкой воды, является и однокомпонентной, и однофазной; система, состоящая из жидкой и газообразной (парообразной) воды все также однокомпонентная, но уже двухфазная; а если кроме жидкой и газообразной присутствует и твердая вода (лед), то мы имеем однокомпонентную трехфазную систему. Возможно также существование однофазных систем, состоящих из нескольких компонентов. Если смесь кристалликов поваренной соли и сахара (две фазы и два компонента) растворить в воде, то получится однофазная система (так как во всех точках состав и свойства одинаковы и нет поверхности раздела, где происходит изменение свойств), состоящая из трех компонентов.

В зависимости от количества фаз все системы и реакции в них делятся на гомогенные и гетерогенные .Системы, состоящие из одной фазы, иреакции, протекающие в таких системах, называются гомогенными (например, реакции между газами или растворами). Гомогенные реакции протекают по всему объему системы. Пример гомогенной реакции:

Cl_{2 (Г)} + H_{2 (Г)} = 2HCl _(Г).

Системы, состоящие из двух или более фаз, иреакции, протекающие в таких системах, называются гетерогенными. Гетерогенные реакции протекают на поверхности раздела фаз. Пример гетерогенной реакции:

С _(Т) + О_{2 (Г)} = СО_{2 (Г)}.