Факторы, влияющие на скорость химической реакции

Тема урока «Факторы, влияющие на
скорость химической реакции»
 Цель: Показать влияние на скорость
реакций таких факторов, как природа
реагирующих веществ, их концентрация,
площадь соприкосновения и
температура. Дать понятие о
катализаторах.
 Одна из задач химиков характеризовать
быстроту протекания химических реакций,
чтобы уметь управлять скоростью
химических реакций в своих интересах.
Теория столкновений.
Основная идея её такова: реакции происходят при
столкновении частиц реагентов, которые обладают
определённой энергией.
Выводы:
 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».
Но для этого частицы должны обладать достаточной
энергией.
Минимальный избыток энергии (над средней энергией
частиц в системе), необходимый для эффективного
соударения частиц в системе), необходимый для
эффективного соударения частиц реагентов,
называется энергией активации Еа.
на примере реакции в общем виде А2 + В2 = 2АВ
1. Природа реагирующих
веществ.
 Под природой реагирующих веществ
понимают их состав, строение, взаимное
влияние атомов в неорганических и
органических веществах.
 Величина энергии активации веществ –
это фактор, посредством которого
сказывается влияние природы
реагирующих веществ на скорость
реакции.
2. Температура



где
При увеличении температуры на каждые 10° С общее число
столкновений увеличивается только на ~ 1,6 %, а скорость
реакции увеличивается в 2-4 раза.
Число, показывающее, во сколько раз увеличивается скорость
реакции при повышении температуры на 10° С, называют
температурным коэффициентом.
Правило Вант-Гоффа математически выражается
следующей формулой:
1
 2  1  
t 2 t1
10
–скорость реакции при температуре t2,
реакции при температуре t1,
2 –– скорость
температурный коэффициент.


Правило Якоба Хендрика Вант-Гоффа применимо только в узком интервале
температур и не для всех химических реакций.
Уравнение Аррениуса
Зависимость скорости химической реакции от температуры(градусы
Кельвина) передает уравнение Аррениуса( предложено в 1889
году шведом Сванте Августом Аррениусом)
=
o
e
- Ea /RT
o – общее число столкновений молекул реагентов в единицу времени, е — основание
натуральных логарифмов (число, приблизительно равное 2,712), R - газовая постоянная
8,31 Дж/моль К, Еa - энергия активации.
Е1 - средняя энергия молекул исходных веществ,
Е2 -
средняя энергия
молекул продуктов реакции
Факторы, влияющие на скорость
химической реакции
 природа реагирующих веществ;
 температура;
 концентрация реагирующих
веществ;
 действие катализаторов;
 поверхность соприкосновения
реагирующих веществ (в
гетерогенных реакциях).
Задача на применение знаний:
 Определите, как изменится
скорость некоторой реакции:
а) при повышении температуры от
10° до 50° С;
б) при понижении температуры от
10° – 0° С.
Температурный коэффициент
реакции равен 3.
Самопроверка
а) подставить данные задачи в формулу:
при50 С  при10 С  3
0
при50
500 С 10 С
10
0
С
  при100 С  3 ;
4
 81  при100 С .
скорость реакции увеличится в 81 раз.
б)
при0 С  при10 С  3
0
0
00 100
10
 при100 С  3 
Скорость реакции уменьшится в 3 раза.
1
при10 С
0
3
.
3. Концентрации реагирующих
веществ.

На основе большого экспериментального материала в 1867 г.
норвежские учёные Като Максимилиан Гульдберг и Петер Вааге и
независимо от них в 1865 г. русский учёный Н.И. Бекетов
сформулировали основной закон химической кинетики- закон
действующих масс, устанавливающий зависимость скорости
реакции от концентраций реагирующих веществ:
скорость химической реакции пропорциональна
произведению концентраций реагирующих веществ, взятых
в степенях равных их коэффициентам в уравнении реакции.
Применим для химических реакций, уравнение которых непосредственно
отражает элементарный акт.
Например, реакция H2 + I2 = 2HI,
NO2 + CO = NO + CO2, 2NO + Cl2 = NOCl2.
К реакциям не отражающим элементарный акт, закон действующих масс
применить нельзя.
Например, H2 + Cl2 = 2HCl, H2 + O2 = 2H2O (цепные реакции)
Математическое выражение
закона действующих масс.
 По закону действующих масс скорость
реакции, уравнение которой nA+mB=cD
может быть вычислена по формуле:
 V=k*[A]n*[B]m - кинетическое
уравнение , где
[A], [B]– молярные концентрации веществ
А и В (моль/л), k– коэффициент
пропорциональности, называемый
константантой скорости реакции.
Зависит от природы реагирующих веществ, температуры и катализатора.
Задача на применение знаний:
 1. Составьте кинетические уравнения для
следующих реакций: А) H2+I2=2HI;
Б) 2 Fe + 3CI2= 2 FeCI3.
 2. Как изменится скорость реакции,
имеющей кинетическое уравнение
v= kCA 2CB, если
А) концентрацию вещества А увеличить в
3 раза;
Б) концентрацию вещества А увеличить в
3 раза, а концентрацию В уменьшить в 3
раза?
Самопроверка.
 Решение. Подставим соответствующие данные в
кинетическое уравнение, сравним скорости реакций.
а)
2 k (3C A ) 2 ÑB 9kCA2CB


9
2
2
1
k (C A ) CB
kCACB
скорость реакции увеличится в 9 раз.
б)
 2 k (2C A ) 2 (2C B ) 8kCA2 C B


8
2
2
1
kCA C B
kCA C B
скорость реакции увеличится в 8 раз.
4. Действие катализатора




Обсуждение вопросов:
1.Что такое катализатор и
каталитические реакции?
2. Приведите примеры известных вам
каталитических реакций из органической
и неорганической химии. Укажите
названия веществ – катализаторов.
3. Выскажите предположение о
механизме действия катализаторов (на
основе теории столкновений).
4. Каково значение каталитических
реакций?
Катализатор






Вещества, которые участвуют в химической реакции и
увеличивают её скорость, оставаясь к концу реакции
неизменными, называются катализаторами.
Вещества, которые замедляют скорость химической
реакции, называют ингибиторами.
Механизм действия катализаторов связан с уменьшением
энергии активации реакции за счет образования
промежуточных соединений.
Термины катализ и катализатор ввел шведский химик
Берцелиус в 1835году.
Катализ – это процесс изменения скорость химической
реакции с помощью катализаторов.
При гомогенном катализе реагенты и катализатор
составляют одну фазу (находятся в одном агрегатном
состоянии), при гетерогенном катализе - разные фазы
(находятся в различных агрегатных состояниях).
5.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.
 Приведите примеры гетерогенных реакций.
Выводы по теме урока
Химические реакции протекают с различными
скоростями.
 На пути всех частиц, вступающих в химическую
реакцию, имеется энергетический барьер, равный
энергии активации Eа.
 Скорость реакции зависит от факторов:
-природа реагирующих веществ;
-температура;
-концентрация реагирующих веществ;
- действие катализаторов;
-поверхность соприкосновения реагирующих веществ
(в гетерогенных реакциях).

Выводы по теме урока
 Скорость гомогенных реакций зависит от:
1)природы реагирующих веществ;
2) концентрации реагирующих веществ;
3)температуры; 4) наличия в
реакционной смеси катализатора.
 Скорость гетерогенных реакций зависит
так же от: 1) скорости подвода реагентов
к границе раздела фаз;2) скорости
реакции на границе раздела
фаз;3)скорости отвода продуктов
реакции от границы раздела фаз.
Выводы по теме урока





Величина энергии активации веществ – это фактор, посредством
которого сказывается влияние природы реагирующих веществ на
скорость реакции. Чем меньше энергия активации, тем больше
эффективных соударений реагирующих частиц.
При увеличении температуры на 10º С общее число активных
соударений увеличивается в 2-4 раза.
Чем больше концентрации реагентов, тем больше соударений
реагирующих частиц, а среди них и эффективных соударений.
Катализатор изменяет механизм реакции и направляет её по
энергетически более выгодному пути с меньшей энергией
активации. Ингибитор замедляет ход реакции.
Гетерогенные реакции протекают на поверхности
соприкосновения реагирующих веществ. Нарушение правильной
структуры кристаллической решётки приводит к тому, что частицы
на поверхности образующихся микрокристаллов значительно
реакционноспособнее, чем те же частицы на «гладкой»
поверхности.