1 слайд
Тема урока: «Скорость химических реакций.» Цель урока: Знать определение скорости реагирующих веществ, от реакций; зависимости скорости от природы поверхности соприкосновения, от концентрации, от температуры, от катализатора. Уметь объяснять влияние различных условий на скорость химических реакций.
2 слайд
Для гомогенных реакций. Скорость химической реакции- это изменение концентрации одного из реагирующих веществ или одного из продуктов реакции в единицу времени ∆c V = ------------- ∆ т
3 слайд
Для гетерогенных реакций. Скорость определяется изменением количества вещества в единицу времени на единице поверхности твёрдого вещества.
4 слайд
Факторы, влияющие на скорость реакций. 1.Природа реагирующих веществ. 2.Концентрация веществ. 3.Площадь соприкосновения реагирующих веществ. 4.Температура. 5.Катализатор.
5 слайд
Природа реагирующих веществ 1)Взаимодействие Na и K с водой. 2)Взаимодействие галогенов с алюминием или водородом. Скорость приведённых ОВР зависит от электронной природы веществ. Объясните данную зависимость, применяя знания электронного строения атомов реагирующих веществ.
6 слайд
Концентрация веществ. (в растворённом или газообразном состоянии) 1)Горение серы на воздухе или в чистом кислороде. 2)Взаимодействие Zn c HCl разбавленной и концентрированной. Скорость реакции прямо пропорциональна концентрации реагирующих веществ. Объясните эту зависимость с т.зрения числа активных столкновений между молекулами.
7 слайд
Площадь поверхности соприкосновения реагирующих веществ. (для гетерогенных реакций) Пример: взаимодействие соляной кислоты с Zn в виде гранул и в виде порошка. Чем больше измельчено вещество, тем больше площадь соприкосновения реагирующих веществ и тем реакция идёт быстрее. Поверхность соприкосновения можно увеличить, применяя принцип « кипящего слоя» Объясните данные явления.
Слайд 2
Для гомогенных реакций.Скорость химической реакции- это изменение концентрации одного из реагирующих веществ или одного из продуктов реакции в единицу времени
∆c V= ------------- ∆т
Слайд 3
Для гетерогенных реакций.Скорость определяется изменением количества вещества в единицу времени на единице поверхности твёрдого вещества.
Слайд 4
Факторы, влияющие на скорость реакций.
1.Природа реагирующих веществ. 2.Концентрация веществ. 3.Площадь соприкосновения реагирующих веществ. 4.Температура. 5.Катализатор.
Слайд 5
Природа реагирующих веществ
1)Взаимодействие Na и K с водой. 2)Взаимодействие галогенов с алюминием или водородом. Скорость приведённых ОВР зависит от электронной природы веществ. Объясните данную зависимость, применяя знания электронного строения атомов реагирующих веществ.
Слайд 6
Концентрация веществ.(в растворённом или газообразном состоянии)
1)Горение серы на воздухе или в чистом кислороде. 2)Взаимодействие Zn c HCl разбавленной и концентрированной. Скорость реакции прямо пропорциональна концентрации реагирующих веществ. Объясните эту зависимость с т.зрения числа активных столкновений между молекулами.
Слайд 7
Площадь поверхности соприкосновения реагирующих веществ.(для гетерогенных реакций)
Пример: взаимодействие соляной кислоты с Zn в виде гранул и в виде порошка. Чем больше измельчено вещество, тем больше площадь соприкосновения реагирующих веществ и тем реакция идёт быстрее. Поверхность соприкосновения можно увеличить, применяя принцип « кипящего слоя» Объясните данные явления.
Слайд 8
Температура.
Пример реакции CuO c HCl прикомнатной температуре и нагревании. При повышении температуры на каждые10º скорость реакции увеличивается в 2-4 раза.(Правило Вант- Гоффа) Объясните данную зависимость с т. зрения повышения энергии активации молекул.
Слайд 9
Катализатор.
Катализаторы- это вещества, которые изменяют скорость реакции, оставаясь к концу её неизменными. Пример: разложение перекиси водорода без и в присутствии диоксида марганца. Ферменты- это биологические катализаторы.
Посмотреть все слайды
План лекции 1.Химическая кинетика 2.Скорость химических реакций 3.Влияние концентрации на скорость химических реакций 4.Влияние температуры на скорость химических реакций 5.Влияние природы реагирующих веществ на скорость химических реакций 6. Влияние площади соприкосновения на скорость гетерогенных реакций 7. Влияние катализатора на скорость и путь химических реакций 8. Катализаторы в химическом производстве и в биологических объектах
Сущность химических реакций 1)Сущность химических реакций сводится к разрыву связей в исходных веществах и возникновению новых связей в продуктах реакции. 2)Общее число атомов каждого химического элемента до и после реакции остаётся постоянным. 3)Образование связей происходит с выделением энергии, а разрыв связей – с поглощением энергии.
Для гомогенных реакций Под скоростью химической реакции понимают изменение концентрации одного из реагирующих веществ в единицу времени при неизменном объёме. c 2 – c 1 c t 2 – t 1 t с - изменение концентрации, моль/л t – изменение времени, с v = -= МОЛЬ Л * С
Концентрация реагирующих веществ Закон действующих масс (ЗДМ) : скорость химической реакции пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ. Для реакции: mА + nB = A m B n ЗДМ: v = k٠С А m ٠C B n k – константа скорости реакции: k = v, при с А = с в = 1 моль/л или при с А ٠ с в = 1 моль/л k – зависит от природы реагирующих веществ и от t
Температура Правило Вант-Гоффа: при изменении температуры на каждые 10 0 С скорость большинства реакций изменяется в 2 – 4 раза. t 2 – t 1 10 – температурный коэффициент, который показывает, во сколько раз изменяется скорость реакции при изменении t на 10 0 С v 2 = v 1 ٠
Физический смысл температурного коэффициента Если температурный коэффициент равен 3, это значит, что скорость реакции возрастает в 3 раза, при повышении температуры на 10 0 С. При увеличении температуры ещё на 10 0 С, скорость реакции возрастёт в 3 2 =9 раз.
Площадь соприкосновения реагирующих веществ Скорость гетерогенных реакций зависит от площади соприкосновения веществ. Гетерогенные реакции идут только на поверхности раздела реагирующих веществ. Скорость гетерогенной реакции выражается формулой: t * S V гетерог. = МОЛЬ м 2 * С
Влияние катализатора на путь химической реакции бутадиен-1,3 этилацетат ацетальдегид этилен диэтиловый эфир
План: Скорость химической реакции Гетерогенные и гомогенные реакции Зависимость скорости реакции от различных факторов: – Природа реагирующих веществ – Концентрация веществ – Площадь соприкосновения веществ – Температура – Присутствие катализаторов или ингибиторов
Скорость реакции определяется изменением количества вещества в единицу времени. В единице V (для гомогенной) На единице поверхности соприкосновения веществ S (для гетерогенной) n - изменение количества вещества (моль); t– интервал времени (с, мин) - изменение молярной концентрации;
Задача на применение знаний по «Скорости химических реакций» Химическая реакция протекает в растворе, согласно уравнению: А+В = С. Исходные концентрации: вещества А – 0,80 моль/л, вещества В – 1,00 моль/л. Через 20 минут концентрация вещества А снизилась до 0, 74 моль/л. Определите: а) среднюю скорость реакции за этот промежуток времени; б) концентрацию вещества В через 20 мин.
Самопроверка. Дано: С (А) 1 = 0,80 моль/л С (В) 1 = 1,00 моль/л С (А) 2 = 0,74 моль/л = 20 мин Найти. а) гомоген =? б) С (В) 2 =? Решение: а) определение средней скорости реакции в растворе производится по формуле: б) определение количеств реагирующих веществ: А + В = С По уравнению 1 моль 1 моль По условию 0,06 моль 0,06 моль Количества прореагировавших веществ. Следовательно, С(В) 2 = С(В) 1 - С = 1,00 -0,06=0,94моль/л Ответ: гомоген. = 0,003 моль/л С(В) 2 = 0,94 моль/л
Теория столкновений. Основная идея теории: реакции происходят при столкновении частиц реагентов, которые обладают определённой энергией. Чем больше частиц реагентов, чем ближе они друг к другу, тем больше шансов у них столкнуться и прореагировать. К реакции приводят лишь эффективные соударения, т.е. такие при которых разрушаются или ослабляются «старые связи» и поэтому могут образоваться «новые». Для этого частицы должны обладать достаточной энергией. Минимальный избыток энергии, необходимый для эффективного соударения частиц реагентов, называется энергией активации Еа. Величина энергии активации веществ – это фактор, посредством которого сказывается влияние природы реагирующих веществ на скорость реакции.
Изучаемый фактор Используемые вещества вывод Природа реагирующих веществ HCl укс. кислота +Zn +Zn V 1 > V 2 Чем активнее вещество, вступающее в реакцию, тем быстрее идет эта реакция. V 2 Чем активнее вещество, вступающее в реакцию, тем быстрее идет эта реакция."> V 2 Чем активнее вещество, вступающее в реакцию, тем быстрее идет эта реакция."> V 2 Чем активнее вещество, вступающее в реакцию, тем быстрее идет эта реакция." title="Изучаемый фактор Используемые вещества вывод Природа реагирующих веществ HCl укс. кислота +Zn +Zn V 1 > V 2 Чем активнее вещество, вступающее в реакцию, тем быстрее идет эта реакция."> title="Изучаемый фактор Используемые вещества вывод Природа реагирующих веществ HCl укс. кислота +Zn +Zn V 1 > V 2 Чем активнее вещество, вступающее в реакцию, тем быстрее идет эта реакция.">
2. Концентрации реагирующих веществ. На основе большого экспериментального материала в 1867 г. норвежские учёные К. Гульдберг, и П Вааге и независимо от них в 1865 г. русский учёный Н.И. Бекетов сформулировали основной закон химической кинетики, устанавливающий зависимость скорости реакции от концентраций реагирующих веществ.
Закон действующих масс. Гульдберг (). Норвежский физикохимик. П. Вааге (). Норвежский ученый. V=k c A a c B b Скорость химической реакции пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ, взятых в степенях равных их коэффициентам в уравнении реакции.
Изучаемый фактор Используемые вещества вывод Концентрация реагирующих веществ НCl 10% HCl 20% +Zn +Zn v 1
Математическое выражение закона действующих масс. По закону действующих масс скорость реакции, уравнение которой А+В=С может быть вычислена по формуле: v 1 = k 1 C A C B, а скорость реакции, уравнение которой А+2В=D, может быть вычислена по формуле: v 2 = k 2 C A C B. В этих формулах: C A и C B – концентрации веществ А и В (моль/л), k 1 и k 2 – коэффициенты пропорциональности, называемые константами скоростей реакции. Эти формулы также называют кинетическими уравнениями.
3.Поверхность соприкосновения реагирующих веществ. Скорость реакции увеличивается благодаря: -увеличению площади поверхности соприкосновения реагентов (измельчение); -повышению реакционной способности частиц на поверхности образующихся при измельчении микрокристаллов; -непрерывному подводу реагентов и хорошему отводу продуктов с поверхности, где идёт реакция. Фактор связан с гетерогенными реакциями, которые протекают на поверхности соприкосновения реагирующих веществ: газ - твердое вещество, газ - жидкость, жидкость - твердое вещество, жидкость - другая жидкость, твердое вещество - другое твердое вещество, при условии, что они не растворимы друг в друге.
V 2 Чем больше площадь соприкоснове- ния реагирующих веществ, тем выше скорость химической реакции." title="Изучаемый фактор Используемые вещества вывод Площадь соприкоснове ния реагирующих веществ Fe (порошок) Fe (кнопка) + НCl + НCl V 1 > V 2 Чем больше площадь соприкоснове- ния реагирующих веществ, тем выше скорость химической реакции." class="link_thumb"> 23 Изучаемый фактор Используемые вещества вывод Площадь соприкоснове ния реагирующих веществ Fe (порошок) Fe (кнопка) + НCl + НCl V 1 > V 2 Чем больше площадь соприкоснове- ния реагирующих веществ, тем выше скорость химической реакции. V 2 Чем больше площадь соприкоснове- ния реагирующих веществ, тем выше скорость химической реакции."> V 2 Чем больше площадь соприкоснове- ния реагирующих веществ, тем выше скорость химической реакции."> V 2 Чем больше площадь соприкоснове- ния реагирующих веществ, тем выше скорость химической реакции." title="Изучаемый фактор Используемые вещества вывод Площадь соприкоснове ния реагирующих веществ Fe (порошок) Fe (кнопка) + НCl + НCl V 1 > V 2 Чем больше площадь соприкоснове- ния реагирующих веществ, тем выше скорость химической реакции."> title="Изучаемый фактор Используемые вещества вывод Площадь соприкоснове ния реагирующих веществ Fe (порошок) Fe (кнопка) + НCl + НCl V 1 > V 2 Чем больше площадь соприкоснове- ния реагирующих веществ, тем выше скорость химической реакции.">
4. Температура При увеличении температуры на каждые 10° С общее число столкновений увеличивается только на ~ 1,6 %, а скорость реакции увеличивается в 2-4 раза (на %). Число, показывающее, во сколько раз увеличивается скорость реакции при повышении температуры на 10° С, называют температурным коэффициентом.
Правило Вант-Гоффа Я. Вант-Гофф (). Голландский химик. Один из основателей физической химии и стереохимии При повышении температуры на каждые 10 С скорость реакции увеличивается в 2-4 раза.
Изучаемый фактор Используемые вещества вывод Температура Al Al + НCl + НCl +t V 1 > V 2 При нагревании скорость химической реакции повышается. V 2 При нагревании скорость химической реакции повышается."> V 2 При нагревании скорость химической реакции повышается."> V 2 При нагревании скорость химической реакции повышается." title="Изучаемый фактор Используемые вещества вывод Температура Al Al + НCl + НCl +t V 1 > V 2 При нагревании скорость химической реакции повышается."> title="Изучаемый фактор Используемые вещества вывод Температура Al Al + НCl + НCl +t V 1 > V 2 При нагревании скорость химической реакции повышается.">
5. Действие катализатора Можно изменить скорость реакции, используя специальные вещества, которые изменяют механизм реакции и направляют ее по энергетически более выгодному пути с меньшей энергией активации. Катализаторы – это вещества, участвующие в химической реакции и увеличивающие ее скорость, но по окончании реакции остающиеся неизменными качественно и количественно. Ингибиторы – вещества, замедляющие химические реакции. Изменение скорости химической реакции или ее направления с помощью катализатора называют катализом.
Различают два вида катализа: Гомогенный катализ, при котором и катализатор, и реагирующие вещества находятся в одном агрегатном состоянии (фазе). – Например, ферментативно-каталитические реакции в клетках организма проходят в водном растворе. Гетерогенный катализ, при котором катализатор и реагирующие вещества находятся в разных фазах. – Например, разложение пероксида водорода в присутствии твердого катализатора оксида марганца(IV): MnO 2 (т) 2H 2 O 2 (ж) 2H 2 O(ж) + O 2 (г)
V 2 Катализаторы – вещества, ускоряющие скорость химической реакции. Ингибиторы – уменьшают скорость реакции." title="Изучаемый фактор Используемые вещества вывод Присутствие некоторых веществ H 2 O 2 H 2 O 2 +MnO 2 V 1 > V 2 Катализаторы – вещества, ускоряющие скорость химической реакции. Ингибиторы – уменьшают скорость реакции." class="link_thumb"> 31 Изучаемый фактор Используемые вещества вывод Присутствие некоторых веществ H 2 O 2 H 2 O 2 +MnO 2 V 1 > V 2 Катализаторы – вещества, ускоряющие скорость химической реакции. Ингибиторы – уменьшают скорость реакции. V 2 Катализаторы – вещества, ускоряющие скорость химической реакции. Ингибиторы – уменьшают скорость реакции."> V 2 Катализаторы – вещества, ускоряющие скорость химической реакции. Ингибиторы – уменьшают скорость реакции."> V 2 Катализаторы – вещества, ускоряющие скорость химической реакции. Ингибиторы – уменьшают скорость реакции." title="Изучаемый фактор Используемые вещества вывод Присутствие некоторых веществ H 2 O 2 H 2 O 2 +MnO 2 V 1 > V 2 Катализаторы – вещества, ускоряющие скорость химической реакции. Ингибиторы – уменьшают скорость реакции."> title="Изучаемый фактор Используемые вещества вывод Присутствие некоторых веществ H 2 O 2 H 2 O 2 +MnO 2 V 1 > V 2 Катализаторы – вещества, ускоряющие скорость химической реакции. Ингибиторы – уменьшают скорость реакции.">
План:
- Скорость химической реакции
- Гетерогенные и гомогенные реакции
- Зависимость скорости реакции от различных факторов:
- Природа реагирующих веществ Концентрация веществ Площадь соприкосновения веществ Температура Присутствие катализаторов или ингибиторов
- Природа реагирующих веществ
- Концентрация веществ
- Площадь соприкосновения веществ
- Температура
- Присутствие катализаторов или ингибиторов
Обозначается ν
определяется изменением концентрации одного из реагирующих веществ или одного из продуктов реакции в единицу времени
Скорость химической реакции
v=± Δ c ∕ Δ t
Δ C =с 2 -с 1
1 моль/л∙с
1 кмоль/м 3 ∙мин
- Раздел химии, изучающий скорость химической реакции, называется химической кинетикой .
Гетерогенные реакции
- Это реакции идущие между веществами в неоднородной среде. Например, на поверхности соприкосновения твердого вещества и жидкости, газа и жидкости и т.д.
Гомогенные реакции
- Это реакции протекающие в однородной среде(нет поверхности раздела реагирующих веществ). Например в смеси газов или в растворах.
Факторы, влияющие на скорость химической реакции
- природа реагирующих веществ;
- концентрация реагирующих веществ
- поверхность соприкосновения реагирующих веществ (в гетерогенных реакциях).
- температура;
- действие катализаторов.
1. Природа реагирующих веществ.
- Под природой реагирующих веществ понимают их состав, строение, взаимное влияние атомов в неорганических и органических веществах.
Теория столкновений. Основная идея теории : реакции происходят при столкновении частиц реагентов, которые обладают определённой энергией.
- Чем больше частиц реагентов, чем ближе они друг к другу, тем больше шансов у них столкнуться и прореагировать.
- К реакции приводят лишь эффективные соударения , т.е. такие при которых разрушаются или ослабляются «старые связи» и поэтому могут образоваться «новые».
- Для этого частицы должны обладать достаточной энергией .
Минимальный избыток энергии, необходимый для эффективного соударения частиц реагентов, называется энергией активации Е а.
Величина энергии активации веществ – это фактор, посредством которого сказывается влияние природы реагирующих веществ на скорость реакции.
2. Концентрации реагирующих веществ.
- На основе большого экспериментального материала в 1867 г. норвежские учёные К. Гульдберг, и П Вааге и независимо от них в 1865 г. русский учёный Н.И. Бекетов сформулировали основной закон химической кинетики, устанавливающий зависимость скорости реакции от концентраций реагирующих веществ.
Закон действующих масс.
Скорость химической реакции пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ, взятых в степенях равных их коэффициентам в уравнении реакции.
- Гульдберг (1836-1902). Норвежский физикохимик.
- П. Вааге (1833-1900). Норвежский ученый.
3.Поверхность соприкосновения реагирующих веществ.
- Скорость реакции увеличивается благодаря :
- увеличению площади поверхности соприкосновения реагентов (измельчение);
- повышению реакционной способности частиц на поверхности образующихся при измельчении микрокристаллов;
- непрерывному подводу реагентов и хорошему отводу продуктов с поверхности, где идёт реакция.
- Фактор связан с гетерогенными реакциями, которые протекают на поверхности соприкосновения реагирующих веществ: газ - твердое вещество, газ - жидкость, жидкость - твердое вещество, жидкость - другая жидкость, твердое вещество - другое твердое вещество, при условии, что они не растворимы друг в друге .
V 2 вывод Чем больше площадь соприкоснове- ния реагирующих веществ, тем выше скорость химической реакции. " width="640"
Изучаемый фактор
Используемые вещества
Площадь соприкосновения реагирующих веществ
Fe (порошок) Fe (кнопка)
вывод
Чем больше площадь соприкоснове-
ния реагирующих веществ, тем выше скорость химической реакции.
4. Температура
- При увеличении температуры на каждые 10° С общее число столкновений увеличивается только на ~ 1,6 %, а скорость реакции увеличивается в 2-4 раза (на 100-300%).
- Число, показывающее, во сколько раз увеличивается скорость реакции при повышении температуры на 10° С, называют температурным коэффициентом.
Правило Вант-Гоффа
При повышении температуры на каждые 10 ◦ С скорость реакции увеличивается в 2-4 раза.
- Я. Вант-Гофф (1852 -1911). Голландский химик. Один из основателей физической химии и стереохимии
V 2 вывод При нагревании скорость химической реакции повышается. " width="640"
Изучаемый фактор
Используемые вещества
Температура
вывод
При нагревании скорость химической реакции повышается.
5. Действие катализатора
- Можно изменить скорость реакции, используя специальные вещества, которые изменяют механизм реакции и направляют ее по энергетически более выгодному пути с меньшей энергией активации.
- Катализаторы – это вещества, участвующие в химической реакции и увеличивающие ее скорость, но по окончании реакции остающиеся неизменными качественно и количественно.
- Ингибиторы – вещества, замедляющие химические реакции.
- Изменение скорости химической реакции или ее направления с помощью катализатора называют катализом .
Различают два вида катализа:
- Гомогенный катализ , при котором и катализатор, и реагирующие вещества находятся в одном агрегатном состоянии (фазе).
- Например, ферментативно-каталитические реакции в клетках организма проходят в водном растворе.
- Гетерогенный катализ , при котором катализатор и реагирующие вещества находятся в разных фазах.
- Например, разложение пероксида водорода в присутствии твердого катализатора оксида марганца(IV):
2H 2 O 2 (ж) 2H 2 O(ж) + O 2 (г)
V 2 вывод Катализаторы – вещества, ускоряющие скорость химической реакции. Ингибиторы – уменьшают скорость реакции. " width="640"
Изучаемый фактор
Используемые вещества
Присутствие некоторых веществ
вывод
Катализаторы – вещества, ускоряющие скорость химической реакции.
Ингибиторы – уменьшают скорость реакции.
