Механизм хим.реакции Типы реакций Скорость хим . реакции

Лекция. Основы химической
кинетики
Механизм хим.реакции
Типы реакций
Скорость хим. реакции
Энергия активации
Уравнение Аррениуса
25.08.2008
1
Химическая кинетика – раздел
химии, изучающий ___________и
_____________ химических
реакций
25.08.2008
2
Химические реакции
_______________
(ж+ж, г+г)
_______________
(г+ж, г+тв)
_____________:
NO + O2 = 2NO2
HCl + KOH = KCl + H2O
_______________: CaO + CO2 = CaCO3
Zn + H2SO4 = ZnSO4 + H2↑
25.08.2008
3
МЕХАНИЗМ
ХИМИЧЕСКОЙ РЕАКЦИИ
25.08.2008
4
Механизм хим.реакции – _________
реакции, т.е. подробное изменение
_____________частиц
_____________ и ______________ атомов
___________ молекул, их частей
___________хим. связей
_______________ новых хим. связей
….
25.08.2008
5
Кривая потенциальной энергии
(КПЭ)
Е
1 ________
2 ________
_____.
____.
Элементарная стадия – хим.реакция,
протекающая ________________________, с ________
25.08.2008
энергетическим барьером
6
Классификация:
1. Простые х.р. (в 1 стадию)
Простая =одностадийная =
__________________
Примеры простых реакций:
а) I2 → 2I
b) H+ + OH- → H2O
25.08.2008
7
Молекулярность – количество
частиц, которые ____________в
_________ элементарной стадии
+ bВ → продукт
(a + b) = 1 – ______________________
Для простой реакции: аА
(a + b) = 2 – _____________________
(a + b) = 3 – ____________________
(a + b) __ 3
25.08.2008
8
2. Сложные (с образованием
________________ продуктов)
2.1. Последовательные х.р.
А + В → C + D → … → продукты
_______________
__________
Лимитирующая стадия –
стадия, которая будучи _______________, протекала
бы ____________ других
25.08.2008
9
2.2. Параллельные х.р.
Состав продуктов и скорость (по убыли реагентов)
определяется ________________________, а в пределе –
самой __________________из параллельных реакций
25.08.2008
10
2.3. Сопряженные х.р.
(протекание одной реакции
______________параллельно
протекающей другой реакцией)
1) СО + ? О2 = СО2
2) Н2 + ? О2 = Н2О
Химическая индукция - 1-я х.р.
_____________ 2-ой или 2-я х.р.
_______________1-ю.
25.08.2008
11
2.4. Цепные (связанная система
сложных реакций, протекающих
___________________, ______________ и
__________________ с участием _____
_____________________)
Пример:
H2+Cl2 = _________
Cl2 = _____
H2 + Cl• = __________
H• + Cl2 = __________ и т.д.
25.08.2008
12
СКОРОСТЬ ХИМИЧЕСКОЙ
РЕАКЦИИ (СХР)
25.08.2008
13
СХР – число _____________________
____________ взаимодействия
веществ, происходящих в ед.
___________ и в ед. _________ (гом.)
или на ед. _______________ (гет.)
_____________:
N – _______
___________
_______________:
25.08.2008
dN 1
dττ V
dN 1
dττ S
= Vгом
= Vгет
14
аА + bВ
→
концентрация
продукты
концентрация
Под СХР понимают_____________
_______________ во времени
25.08.2008
15
Виды СХР
Средняя скорость: ν
=
(Скорости измеряют по отдельным
реагентам и продуктам)
Для: aA + bB = cC + dD
Мгновенная (истинная) скорость:
расходуются
25.08.2008
]
накапливаются
16
СХР зависит от :
Природы реагирующих веществ
Концентрации
Температуры, давления
Катализаторов/ингибиторов
Интенсивности света
Потенциалов электродов
Дозы излучения ….
25.08.2008
17
СХР И КОНЦЕНТРАЦИЯ.
КИНЕТИЧЕСКОЕ УРАВНЕНИЕ
25.08.2008
18
аА + bВ → продукты
А
«Какова вероятность того, что
частицы А и В столкнутся?»
Теория вероятностей:
А В
В
WAB ~ _______
WA –вероятность попадания молекул А в определённую точку,
она опропорциональна числу молекул __ (конц. ___ ), поэтому:
V =_________
25.08.2008
19
k – константа скорости х.р.
1 молекула А и 1 молекула В
V =____________________________
2 молекулы А и 1 молекула В
V =____________________________
2 молекулы А и 2 молекулы В
V =____________________________
25.08.2008
и так далее
20
Для ____________ реакции:
аА + bB = продукты
ν= k ⋅
Са
A
⋅
СbB
_______________
_______________
Закон действующих масс:
(____________________, 1856 г.)
a, b – ______________________
коэффициенты
a + b =m ___________________
реакции
25.08.2008
21
Для _______________ реакции:
аА + bB → … → … → продукты
ν = ___________
______________
____________
α, β – _______________________
по компонентам A и B
α+β=р
25.08.2008
– ______________
порядок реакции
22
ν = k ⋅ СαA ⋅ СβB
Простая х.р.
α_a
β_b
m = ____
(__________________)
Сложная х.р.
α_a
β_b
p = _____
(___________)
25.08.2008
23
Частные кинетические порядки
реакций (рХ) определяют _____________
__________ – при постоянных концентрациях
(СХ) всех реагентов ____________ (СА). Тогда:
k ⋅ CB ⋅ CC ⋅ CD ⋅ ⋅ ⋅ ___ = ________
ν=
При этом рХ можно определить
двумя способами:
25.08.2008
24
2.Вычислением р А
после логарифмирования:
pA =
Здесь VA и CA – величины
скорости и концентрации
при постоянной концентрации
_____________________________
25.08.2008
26
Смысл константы скорости (k)
ν
При СА=__, СВ=__
= __________ = k – ___________
скорость реакции
k зависит от: природы ___________
__________________
__________________
k не зависит от _______________
V
25.08.2008
= _____,
k = _______
27
СХР и ПРИРОДА
РЕАГИРУЮЩИХ ВЕЩЕСТВ:
Природа определяется
1) видом _________________________________
___________________реагирующих веществ
2) ______________ состояниями
3) ______________
25.08.2008
28
Агрегатное состояние:
1.
Для газов – важны________________________
Aг + Вг → продукты
V = k⋅ CAα⋅CBβ=___________
2.
Для растворов - среда (_____________) ,
______________________ постоянная
3.
Для твёрдых веществ- _____________________
________________________________
Aг + Втв → продукты
V = _____=____________
25.08.2008
29
ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ на
СХР. ЭНЕРГИЯ АКТИВАЦИИ
25.08.2008
30
Эмпирическое Правило Вант-Гоффа
γ - температурный
V2
=γ
V1
коэффициент СХР
lgγ =
При _____________ Т на
каждые 10° СХР
_____________ в ____ раза
25.08.2008
31
Эмпирическое Правило Вант-Гоффа
Правило ____________________
интервале Т (∆ Т __100 °С)
γ _________
Не имеет ______________
____________________
25.08.2008
32
Теория активных столкновений
1. Для хим.взаимодействия
необходимо (но не
достаточно) _________________
2. Доля «_____________»
столкновений зависит от:
_________, которой обладают молекулы
________________ столкновений
_____________ реагирующих молекул
26.08.2008
33
Энергия активации – __________энергия,
которой должны обладать __________________
для протекания хим.реакции
Т1
Т2
Т3
T1 _ T2 _ Т3
Распределение
Максвелла-Больцмана
и ______________ х-р
реакции
25.08.2008
Em1 Em2 E
m3
34
Уравнение ______________
k=
k – константа СХР,
k0 – ________________________
множитель
R = 8,31 Дж/( моль*К)
T – температура, ____
Ea – ___________________, Дж/моль
25.08.2008
35
Логарифмическая форма
уравнения Аррениуса
lnk = ___________________
lnk
(y = a + b⋅ x)
α
-tgα =
25.08.2008
36
Для двух температур
k2=
k1 =
k2
k1 =
=
Ea =
25.08.2008
37
Теория активированного комплекса.
Связь кинетики и ТМД
Активированный комплекс (АК) –
_______________________________
соединение реагентов:
∆Ηисх __ ∆ΗАК __∆Ηпрод
Еа= ∆ΗАК – ______________________ АК
∆Ηх.р. = ___________________
25.08.2008
E
38
∆ Нх.р. __ 0
E
∆ Нх.р. __ 0
__
__
∆Н( прод.)
∆Н( реаг.)
.
∆Н( прод.)
.
∆Н( реаг.)
координата реакции
25.08.2008
39
Катализ
25.08.2008
40
Катализ – это явление ______________
реакции под действием веществ не
расходующихся в реакции
Каталитические реакции – это реакции, в
которых ___________________ при
неизменных ____________________
25.08.2008
41
Катализатор – это вещество, которое
многократно участвует в _____________
________________ реакции, но выходит
из нее химически ________________
Еа промежуточных стадий с участием
катализатора __________, чем Еа р-ции
без катализатора
25.08.2008
42
Энергетический профиль реакции
А + В = АВ (без катализатора)
А+ В + К→
→ [AK] + В→
→ [AKB] → AB + K (с кат.)
25.08.2008
43
2HI = H2+ I2;
Еа=184 кДж/моль
Еак = 69 кДж/моль в присутствии
кат-ра (Pt), тогда при 500 К:
k ′
=
k
25.08.2008
44
Гомогенный катализ
(катализатор и реагент образуют одну фазу)
Пример: получение SO3 окислением SO2 в
технологии получения H2 SO 4 Катализатор NO 2 ;
все вещества – газы
1) SO2 + ___ = SO3 + ___
2) NO + _____= NO2
SO2 + ____ = SO3
25.08.2008
45
Гетерогенный катализ
Получение H2 SO4 с помощью Pt кат-ра
SO2 (г) + _______ (__)= SO3 (г)
Эффективность гетерогенных кат-ров _________,
чем гомогенных
Скорость реакций в гомогенном катализе зависит
от _____________ кат-ра, а для гетерогенного - от
его __________________
26.08.2008
46
Литература:
Савельев Г.Г., Смолова Л.М. Общая химия,
Томск, 2005,
С. 112 - 121.
Карапетьянц М.Х., Дракин С.И. ОНХ, М.
1981 (и далее), С.212-227
Семенов И.Н., Перфилова И.Л.. Химия,
2000, С. 180 - 194.
26.08.2008
47