Химическая кинетика. Катализ. Равновесие - Методичка

МИНОБРНАУКИ РОССИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»Чтобы судить о скорости какого-либо процесса, достаточно знать изменение количества только одного из веществ, участвующих в реакции, поскольку все вещества реагируют друг с другом в эквивалентных количествах и связаны между собой стехиометрическими коэффициентами в уравнении реакции. Если рассматривать химическую реакцию, протекающую в гомогенной системе, то скорость можно определить как изменение концентрации вещества в единицу времени Знак « » ставится, когда скорость процесса определяют по концентрации продуктов реакции: концентрация продуктов реакции с течением времени возрастает, следовательно, С2 > С1 и ?С > 0. Зависимость скорости реакции от концентрации реагирующих веществ определяется основным законом химической кинетики - законом действующих масс Гульдберга-Вааге: при постоянной температуре скорость одностадийной химической реакции прямо пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ, взятых в степенях, равных стехиометрическим коэффициентам в уравнении реакции. Константа скорости реакции зависит от химической природы реагирующих веществ, температуры и некоторых других факторов, но не зависит от концентрации реагирующих веществ.?Катализом называется явление изменения скорости реакции под воздействием небольших добавок специфических веществ, количество которых в ходе реакции не изменяется. ?Вещества, ускоряющие реакцию, называются катализаторами, а замедляющие - ингибиторами. Как правило, катализатор вводится в реакционную систему в очень малых количествах по сравнению с количествами реагирующих веществ. В первом случае, катализатор и реагирующие вещества находятся в одной фазе, во втором случае - в разных фазах. Примером гомогенного катализа является процесс окисления тиосульфата натрия ионами трехвалентного железа в присутствии ионов меди в водном растворе: Гетерогенный катализ - разложение перекиси водорода в присутствии диоксида марганца: Действие катализатора сводится к уменьшению энергии активации процесса за счет образования промежуточных нестойких соединений, которые в дальнейшем распадаются на продукты реакции, а сам катализатор остается в химически неизменном виде.Рассмотрим в качестве примера взаимодействие йода и водорода с образованием йодоводорода: Если в начальный момент времени в системе имеются только исходные вещества, то, естественно, скорость обратной реакции равна нулю. По мере протекания прямой реакции, концентрация исходных веществ уменьшается, а концентрация продуктов реакции возрастает. Поэтому, скорость прямой реакции будет уменьшаться (вспомните, как зависит скорость реакции от концентрации реагирующих веществ), а скорость обратной реакции - возрастать. Отношение констант скоростей прямой и обратной реакций также является постоянной величиной и называется константой равновесия. В общем случае для гомогенной реакции, описываемой общим уравнением: АА BB - CC DD константа равновесия будет выражаться через концентрации реагирующих веществ следующим образом: [C]c [D]dВ таких случаях говорят, что равновесие смещается в сторону образования продуктов реакции или смещается вправо. e Рассуждая таким же образом, определите самостоятельно, куда сместится равновесие, если увеличить концентрацию вещества С; уменьшить концентрацию вещества D. Изменяя концентрации компонентов, можно смещать равновесие в нужную сторону, увеличивая или уменьшая выход продуктов реакции; добиваясь более полного использования исходных веществ или, напротив, препятствуя появлению большого количества вредных продуктов. Из уравнения реакции видно, что реагенты вступают в реакцию в эквимолярных* количествах, к тому же их концентрации по условию задачи равны. Проведите аналогичное рассуждение для третьего задания, помня о том, что вещества С и D вступают в реакцию в соотношении 2:1, и расчет нужно вести по количеству вещества, находящегося в недостатке (определите это вещество). Для увеличения доли вещества, вступающего в реакцию при постоянной константе равновесия, нужно увеличить в системе количество второго реагента.