Тема занятия: Скорость химических реакций и факторы влияющие на скорость. Обратимые и необратимые

Тема занятия: Скорость химических
реакций и факторы влияющие на
скорость. Обратимые и необратимые
реакции. Химическое равновесие.
Цель:
-выясним, что есть скорость
химической реакции, и от каких
факторов она зависит;
-что такое химическое равновесие;
- условия смещения химического
равновесия.
В ходе урока познакомимся с теорией
вопроса по вышеназванной теме.
На практике подтвердим некоторые
наши теоретические предположения.
Вспомним
Что такое химическая реакция?
Что происходит с молекулами при
протекании химических реакций?
Что такое гомогенная и гетерогенная
реакция?
Какими энергетическими процессами
сопровождается химическая реакция?
Какие реакции называются необратимыми и
обратимыми?
Обсудим
следующие вопросы:
Зачем нужны знания о скорости
химических реакций?
Какими примерами можно подтвердить
то, что химические реакции протекают с
различными скоростями?
Как определяют скорость механического
движения? Какова единица измерения
этой скорости?
Как определяют скорость химической
реакции?
Какие условия необходимо создать,
чтобы началась химическая реакция?
Химическая реакция
Это активное столкновение
молекул, при котором
происходит разрыв «старых»
связей и образование «новых»
связей
Скорость химической реакции - это
число элементарных актов
в единицу времени в единице объёма
При протекании химических реакций
происходит изменение концентраций
веществ, участвующих в реакции:
•Концентрация реагирующих веществ
уменьшается;
•Концентрация продуктов увеличивается
Скорость гомогенной
химической реакции Изменение концентрации
продукта
ИЗМЕНЕНИЕ КОНЦЕНТРАЦИИ
реагента или продукта в
единицу времени.
Формулы для расчета скорости реакции
V - для гомогенной реакции
Реагирующие вещества
находятся в одном агрегатном
состоянии или фазе.
V - для гетерогенной реакции
Реагирующие вещества
находятся в разных
агрегатных состояниях или
разных фазах.
V= ΔC/Δt
V= ΔC/Δt ∙S
ΔC = C2 - C1 ( молярные
концентрации реагирующих или
образующихся веществ)
t = t2 – t1 (момент времени)
Единица измерения скорости
реакции - моль/ л∙с
S – площадь соприкосновения
реагирующих веществ
Единица измерения скорости
реакции - моль/ м2∙с
по приведённым формулам можно
рассчитать лишь некоторую среднюю
скорость данной реакции в
выбранном интервале времени (ведь
для большинства реакций скорость
уменьшается по мере их протекания)
Закрепим понятие
Химическая реакция протекает в
растворе, согласно уравнению:
А+В=С
Исходная концентрация: вещества А –
0,80 моль/л. Через 20 минут
концентрация вещества А снизилась до
0, 74 моль/л.
Определите среднюю скорость реакции
за этот промежуток времени?
Решение
Дано: С(А) = 0,80 моль/л; С(А1) = 0,74
моль/л; Δt = 20 минут.
Найти: Vгомог.=?
Решение:
1. Определение средней скорости реакции в
растворе производится по формуле: V= ΔC/Δt
Подставим значения в формулу:
V= 0,8 – 0,74 / 20 = 0,003 моль / л∙мин.
Ответ: 0,003 моль / л∙мин.
Факторы, влияющие на
скорость реакции
Природа реагирующих веществ
Площадь поверхности твердого
вещества
Концентрация реагирующих
веществ
Температура
Катализатор
1. Природа реагирующих веществ
Под природой реагирующих веществ понимают их
состав, строение, взаимное влияние атомов в
веществах.
Задание на применение знаний для 1 группы
экспертов
Проведите опыт
В две пробирки поместите по грануле цинка. В одну
прилейте соляную кислоту, а во вторую уксусную.
Дайте объяснение: Что наблюдали в результате
реакции? Почему реакции имеют разные скорости?
Сформулируйте зависимость скорости химической
реакции от природы реагирующих веществ.
2. Поверхность соприкосновения
реагирующих веществ
Задание на применение знаний для 2 группы экспертов
Проведите опыт
В две пробирки прилейте уксусную кислоту. В одну
поместите порошок мела, а во вторую кусочек мела.
Дайте пояснения: Что наблюдали в результате реакции?
Почему реакции имеют разные скорости?
Сформулируйте зависимость скорости химической
реакции от поверхности соприкосновения
реагирующих веществ.
3. Концентрация реагирующих веществ
Задание на применение знаний для 3 группы
экспертов
Проведите опыт
В две пробирки прилейте 2-3 мл соляной кислоты. В
одну пробирку прилейте столько же воды, как кислоты
2-3 мл. Затем в каждую пробирку поместите гранулу
цинка.
Дайте пояснения: Что наблюдали в результате реакции?
Почему реакции имеют разные скорости?
Сформулируйте зависимость скорости химической
реакции от концентрации реагирующих веществ.
4. Температура
Задание на применение знаний для 4 группы
экспертов
Проведите опыт
В две пробирки поместите небольшое количество оксида
меди и в каждую прилейте 2-3 мл серной кислоты. Одну
из пробирок нагрейте.
Дайте пояснения: Что наблюдали в результате реакции?
Почему реакции имеют разные скорости?
Сформулируйте зависимость скорости химической
реакции от увеличения температуры.
Закон действующих масс
Н.И. Бекетов
Скорость химической реакции пропорциональна
произведению концентраций реагирующих веществ,
взятых в степенях равных их стехиометрическим
коэффициентам в уравнении реакции.
Для реакции: А+В=С
Для реакции: А+4В=D
V1= k₁CA∙CB,
V2= k₂CA∙CB⁴.
В этих формулах: CA и CB – концентрации веществ А и В
(моль/л), k₁ и k₂ – коэффициенты пропорциональности,
называемые константами скоростей реакции.
Эти формулы также называют кинетическими
уравнениями.
Кинетическое уравнение реакции
Закрепим понятие
Если в реакции участвуют твердые вещества,
то скорость реакции изменяется только в
зависимости от концентрации газообразных
или растворенных веществ.
Составим кинетические уравнения для
следующих реакций:
H2+I2=2HI;
2 Fe + 3CI2= 2 FeCI3
V = k[H2]∙[I2]
V = k[CI2]3
Закрепим понятие
Как изменится скорость реакции, имеющей
кинетическое уравнение V₁= k₁∙CA ∙2∙CB, если
концентрацию вещества А увеличить в 3 раза;
V₂= k₂∙3∙CA ∙2∙CB;
V₂ / V₁ = k₂∙3∙CA ∙2∙CB / k₁∙CA ∙2∙CB =3∙2 =6
Скорость увеличится в 6 раз.
4. Влияние температуры
Правило Вант-Гоффа:
При повышении
температуры на каждые 10
градусов скорость реакций увеличивается в 24 раза
Математическая формула:
V2/ V1 = Υt/10
где V2 –скорость реакции при температуре t2,
V1 – скорость реакции при температуре t1,
Υ – температурный коэффициент
Число, показывающее, во сколько раз
увеличивается скорость реакции при
повышении температуры на 10° С, называют
температурным коэффициентом.
Правило Вант-Гоффа
Закрепим понятие
Определите, как изменится скорость некоторой
реакции: при повышении температуры от 10°
до 50° С; температурный коэффициент
реакции равен 3.
Решение:
V2/ V1 = Υt/10 , подставим значения в формулу
V2/ V1 = 3⁵0 -10 /10 = 3⁴=81
Ответ :в 81 раз возрастет скорость
Сильное увеличение скорости реакции с
возрастанием температуры объясняет теория
активации или столкновений
Теория активации
Выводы:
1. Повышение температуры усиливает скорость
движения молекул, увеличивая тем самым
число столкновений между ними.
2. Реакция протекает только тогда когда
сталкивающиеся молекулы имеют избыток
энергии ( по сравнению с величиной энергии
всех молекул при данной температуре) Такие
молекулы называются активными.
3. Один из способов активации молекул повышение температуры, благодаря чему
резко увеличивается скорость реакции.
Энергия, которую надо сообщить молекулам,
чтобы превратить их в активные, называется
энергией активации( Еа).
Энергия активации
Рассмотрим реакцию, которая происходит в замкнутом сосуде между
некими газообразными веществами А и Б по уравнению:
А+Б=В
Для того, чтобы молекулы А и Б
прореагировали между собой, они
должны сначала столкнуться. Причем
столкновение должно быть достаточно
энергичным. Энергия, запасенная в
молекулах А и Б, должна быть больше
какой-то определенной величины иначе они просто отталкиваются друг
от друга, не вступая в реакцию
Если же энергия
столкновения
достаточна,
образуется
продукт В
5. Катализатор
Катализаторами называются вещества, которые влияют
на скорость реакции, но сохраняют свой химический
состав.
Изменение скорости реакции под действием
катализатора называется катализом.
Катализаторы снижают энергию активации, что приводит
к возрастанию активных молекул, скорость реакции
увеличивается.
Обсудим следующие
вопросы:
Что такое необратимые и обратимые
реакции?
Чем эти реакции отличаются?
Что такое химическое равновесие?
Когда оно наступает в химических
реакциях?
Кокой процесс называется смещением
химического равновесия?
Какие факторы влияют на химическое
равновесие?
Примеры химических реакций
Необратимые х.р.
Na2SO4 +BaCl2  BaSO4 ↓+ 2NaCl
Zn(OH)2 +2HCl  ZnCl2 + H2O
Mg +H2SO4  MgSO4 + H2↑
Обратимые х.р.
H2 + I2 ↔ 2HI
CaCO3 ↔ CaO + CO2
N2 + 3H2 ↔ 2NH3
Химическое равновесие
Обратимая химическая реакция
H2 + I2 ↔ 2HI
По закону действующих масс
Vпр.=k₁ [H2]∙[I2]
Vобр.=k₂ [HI]²
Когда [H2]∙[I2] = [HI]² или Vпр.= Vобр.
Наступает химическое равновесие
Состояние обратимого процесса, при
котором скорости прямой и обратной
реакций равны, называют химическим
равновесием.
Переход системы из одного состояния
равновесия в другое называется
смещением химического равновесия.
Правило смещения химического равновесия
(принцип Ле-Шателье 1884 год)
Если на систему находящуюся в равновесие произвести
внешнее воздействие, то равновесие сместится в ту
сторону, где это воздействие ослабевает.
Факторы, влияющие на смещение
равновесия:
1. Концентрация – С
2. Температура – t
3. Давление – p ( для газов)
1. Концентрация
N2 + 3 H 2
2 NH3
Реагирующие вещества
Продукты реакции
С Р.В.
равновесие сместится
вправо
СП.Р.
равновесие сместится
влево
При увеличении концентрации реагирующих веществ,
равновесие смещается в сторону продуктов реакции,
преобладает прямая реакция.
При увеличении концентрации продуктов реакции,
равновесие смещается в сторону реагирующих веществ
реакции, преобладает обратная реакция.
2. Температура
эндотермическая реакция ( - Q )
экзотермическая реакция ( + Q)
t0c = + Q
t0c= - Q
+Q
N2 + 3 H2
2 NH3 + Q
-Q
t 0c
равновесие сместится
t0c равновесие сместится
влево
вправо
При увеличении температуры равновесие смещается в
сторону эндотермической реакции. При уменьшении
температуры – в сторону экзотермической реакции.
3. Давление
Давление применяется только для газов!
P - V
1V
P - V
3V
N2(г) + 3 H2(г)
4V
2V
2NH3(г)
2V
Р
равновесие сместится
вправо
Р
равновесие сместится
влево
При увеличения давления равновесие смещается в
сторону той реакции, при которой объем
образовавшихся газообразных продуктов уменьшается.
При уменьшении давления равновесие смещается в
сторону той реакции, при которой объем
образовавшихся газообразных продуктов увеличивается.
Если объемы газообразных продуктов одинаковы как в
прямой, так и в обратной реакции - изменение давления
не оказывает смещения равновесия.
Закрепим понятие
При увеличении давления химическое равновесие а) не смещается
в системе б) смещается в сторону продуктов реакции
а) 2H₂S(г) + 3O₂ (г) = 2H₂O(г) + 2SO₂ (г)
б) 2H₂ (г) + O₂ (г) = 2H₂O (г)
в) H₂ (г) + I₂ (г) = 2HI (г)
Верны ли следующие суждения о смещении химического
равновесия в системе:
2CO(г) + O₂ (г) ↔ 2CO₂ (г) + Q ?
а) при понижении температуры химическое равновесие в данной
системе сместится в сторону продукта реакции.
б) при увеличении концентрации углекислого газа химическое
равновесие системы сместится в сторону продукта реакции.
Обобщение и выводы по занятию
Химические реакции протекают с различными скоростями.
Скорость химической реакции это изменение концентрации
одного из реагирующих веществ за единицу времени.
Чтобы началась химическая реакция нужно активировать
молекулы. Энергия, которую надо сообщить молекулам, для их
активизации, называется энергией активации.
Скорость химической реакции зависит от температуры,
концентрации, поверхности соприкосновения реагирующих
веществ, природы реагирующих веществ, катализатора.
В обратимых химических реакциях наступает динамическое
химическое равновесие, когда скорости прямой и обратной
реакции равны.
Факторы влияющие на смещение химического равновесия –
давление, температура, концентрация.
Смещение химического равновесия происходит согласно
принципа Ле-Шателье.
Домашнее задание:
Учебное пособие О.С. Габриелян с 93-105.
1. Подготовится к тестированию по теме:
«Химические реакции».
2. Выполнить С.Р. Конспект по теме: Понятие
электролиза, гальваностегии,
гальванопластики, рафинирование цветных
металлов.