v = k

КАФЕДРА ОБЩЕЙ И
НЕОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ
Химическая кинетика
и равновесие
Зачем изучают химическую кинетику?
3Fe + 2O2 → Fe3O4(к), ΔН = -1117 кДж/моль
К счастью, в обычных условиях эта
реакция идет очень медленно…
N2 + 3H2 → 2NH3
Скорость этой реакции нужно
увеличивать.
2KNO3 + S + 3C → K2S + 3CO2 + N2
Кинетику этой и подобных реакций
исследуют особенно тщательно!
Демонстрация ролика 1
Энергия активации
Еакт – это то избыточное
E
количество энергии (по сравнению
со средней величиной), которой
должна обладать молекула в
момент столкновения, чтобы
быть способной к данному
химическому взаимодействию.*
Еакт
Исходные
вещества
ΔН
*В.А.Киреев «Краткий
курс физической химии»
Продукты
Ход реакции
Теория столкновений:
1. Протекание реакции обусловлено столкновениями между реагирующими
частицами.
2. Каждое столкновение приводит к реакции только в том случае, если его
энергия превосходит некоторую минимальную энергию.
Гомогенные и гетерогенные реакции
Гомогенные реакции протекают в объеме фазы:
2NO(г) + O2(г) = 2NO2(г)
HCl + NaOH = NaCl + H2O (в растворе)
Гетерогенные реакции протекают на
границе раздела фаз:
Fe2O3(к) + 3CO(г) = Fe(к) + 3CO2(г)
Что такое скорость реакции?
Реакция мрамора с соляной кислотой
Измеряем
объем СО2
CaCO3 + 2HCl = CaCl2 + CO2 + H2O
n2 - n1
V~
t2 – t1
nco2
n2
Если объем системы не
меняется
n1
V=
C2-C1
t2 – t1
или
t1
t2
t
V=
ΔC
Δt
Факторы, влияющие на скорость
химических реакций
Для гомогенных реакций
Для гетерогенных реакций
•Природа реагентов
•Их концентрация
•Температура
+
•Катализатор
•Величина поверхности раздела
между фазами
•Скорость доставки реагентов к
межфазной поверхности
С
Закон действующих масс
аА + bВ = …
v = k (CA)n (CB)m
Для многих реакций
Например, для
v = k (CA)a (CB)b
2NO + O2 = 2NO2
v = k (CNO)2 ∙ CO2
Для гетерогенных
реакций
CuO(к) + H2(г) = Cu(к) + H2O(г)
v = k ∙CН2
Задача. Во сколько раз возрастет скорость реакции
2NO + O2 = 2NO2
при увеличении давления в 3 раза?
T
Правило Вант-Гоффа
t  t  
2
1
t 2 - t1
10
γ = 2÷4
При повышении Т доля активных молекул
с Е > Еакт значительно возрастает
Кат
Катализатор изменяет
энергию активации
Реакция
Е акт
2NH3 = N2 + 3H2
300
Е*акт, кДж/моль
105
Катализатор ― Ni, нанесённый на Al2O3
Скорость реакции возрастает в е41 раз
Катализатор нейтрализации
выхлопных газов автомобиля
Керамический монолит,
пронизанный множеством
каналов, покрыт слоем Al2O3,
на который нанесены
Rh
Pd
Pt
Химическое равновесие
T = const
H2 + Cl2 = 2HCl
В состоянии равновесия
H2 + I2(г) ⇄ 2HI
→ ←
v = v
Три признака химического равновесия
Динамический характер равновесия
C
Равновесная смесь
N2
N2 + 3H2
2NH3
NH3

V
3
V = k∙CN2∙CH2
V
Равновесие
2
V = k∙CNH3
V

Константа равновесия
Н2 + I2 ⇄ 2HI
→
v = k [H2] [I2]
←
v = k [HI]2
k
K=
k
(T = const)
аА + bВ ⇄ сС + dD
[C]c [D]d
K = —————
[A]a [B]b
K не зависит от С, но зависит от Т
К >> 1 ― выход реакции высок, К < 1 ― низок
КС и КР
m
n
PV = — RT
P = — RT = const ∙ C
M 2
V
P (HI)
KP = ——————
P(H2) ∙ P(I2)
Fe2O3(к) + 3СО(г) ⇄ 2Fe(к) + 3СО2(г)
P2(Fe) ∙ Р3(СО2)
KP = ————————
Р(Fe2O3) ∙ Р3(СО)
Р3(СО2)
KP = ————
Р3(СО)
В гетерогенных системах константа равновесия
учитывает Р или С только летучих веществ
Смещение равновесия
Н2 + I2 ⇄ 2HI
⇚ HI
Равновесие
сместилось
влево
→ ←
v=v
+ HI
→ ←
v<v
→ ←
v* = v*
Принцип Ле Шателье
Р
2Н2 + О2 ⇄ 2 Н2О(г)
Р ⇛
N2 + O2 ⇄ 2NO В конденсированных системах
Т
2NO2(г) ⇄ N2O4(г), ∆H° = − 57 кДж
+Т ⇚
−Т ⇛
Демонстрация ролика 2
2NH3(г) ⇄ N2(г) + 3H2(г), ∆H° = 92 кДж
Р < 105 Па, Т = 800−1000 °С
Катализатор не влияет на смещение
химического равновесия