Тема урока «Скорость химических реакций. Факторы, влияющие на скорость химической реакции» Цель: выяснить, что такое скорость химической реакции, и от каких факторов она зависит. Подтвердить теоретические предположения экспериментально. Обсудим следующие вопросы: Что такое химическая реакция? Зачем нужны знания о скорости химических реакций? Какие реакции протекают быстро? Медленно? Приведите примеры. Как определяют скорость механического движения? Какова единица измерения этой скорости? Что такое скорость химической реакции? Скорость реакции - изменение концентрации реагирующих веществ в единицу времени. (средняя скорость в выбранном интервале времени) C t υ = +(-) ∆C / ∆t = С2 - С1 / t2 – t1 [моль /л· с] Если концентрация уменьшается (С2 < С1), то перед дробью ставят знак «минус», т. к. скорость не может иметь отрицательное значение. Задача Вычислите среднюю скорость реакции: N2 +O2 = 2NO, если в пятилитровом сосуде через 51 сек. после ее начала концентрация азота была 0,52 моль/л, а через 98 сек. стала 0,41 моль/л. Факторы, влияющие на скорость химической реакции природа реагирующих веществ; температура; концентрация реагирующих веществ; действие катализаторов, ингибиторов; поверхность соприкосновения реагирующих веществ (в гетерогенных реакциях). Теория столкновений. Основная идея теории: 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 соударенияпри которых разрушаются или ослабляются «старые связи». Минимальный избыток энергии необходимый для эффективного соударения частиц реагентов, называется энергией активации Еа. 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. Опыт 1. Влияние природы реагирующих веществ. Задание Что наблюдаем в результате реакции? Объясните разную скорость взаимодействия цинка с серной и уксусной кислотой. По интенсивности выделения водорода сделайте вывод. Напишите соответствующие реакции. 2. Температура При увеличении температуры на каждые 10° С общее число столкновений увеличивается только на ~ 1,6 %, а скорость реакции увеличивается в 24 раза (на 100-300%). Число, показывающее, во сколько раз увеличивается скорость реакции при повышении температуры на 10° С, называют температурным коэффициентом. Правило Вант-Гоффа математически выражается следующей формулой: t 2 t1 2 1 10 где 2 –скорость реакции при температуре t2, 1 – скорость реакции при температуре t1, – температурный коэффициент. 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 50 0 С 10 С 10 0 при100 С 3 ; 4 при50 С 81 при10 С . 0 скорость реакции увеличится в 81 раз. б) при0 С при10 С 3 0 0 00 10 0 10 при100 С 3 Скорость реакции уменьшится в 3 раза. 1 при10 С 0 3 . Опыт 2. Влияние температуры Задание Объясните, почему реакции имеют разные скорости? Что наблюдали в результате реакции? По интенсивности выделения водорода сделайте вывод. Сформулируйте зависимость скорости химической реакции от увеличения температуры. Напишите соответствующие реакции. 3. Концентрации реагирующих веществ. 1867 г. норвежские учёные К. Гульдберг, и П. Вааге; 1865 г. русский учёный Н.И. Бекетов основной закон химической кинетики - зависимость скорости реакции от концентраций реагирующих веществ (закон действующих масс). скорость химической реакции пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ, взятых в степенях равных их стехиометрическим коэффициентам в уравнении реакции. Математическое выражение закона действующих масс. По закону действующих масс реакций: А + В = С - скорость реакции будет равна: υ = k∙[A]∙[В] А+2В = С - скорость реакции будет равна: υ = k∙[A]∙[В]2 В этих формулах: [A] и [В] - концентрации веществ А и В (моль/л), k –константа скоростей реакции. Эти формулы также называют кинетическими уравнениями. Опыт 3.Влияние концентрации реагирующих веществ Задание Что наблюдали в результате реакции? Почему реакции имеют разные скорости? Сформулируйте зависимость скорости химической реакции от концентрации реагирующих веществ. 4. Действие катализатора 1.Что такое катализатор? 2. Приведите примеры известных вам каталитических реакций, каково их значение? Назовите вещества – катализаторы. 3. Выскажите предположение о механизме действия катализаторов (на основе теории столкновений). Опыт 4. Влияние катализатора. Задание Что наблюдали в результате реакций? Почему реакции имеют разные скорости? Какой можно сделать вывод по объему выделяющегося кислорода? Сформулируйте зависимость скорости реакций от действия катализатора. Опыт 5. Влияние ингибитора Задание Что наблюдали в результате реакций? Почему реакции имеют разные скорости? Какой можно сделать вывод по объему выделяющегося водорода? Сформулируйте зависимость скорости реакций от действия ингибитора. 5.Поверхность соприкосновения реагирующих веществ. Для каких реакций характерен этот фактор? Благодаря чему повышается скорость химической реакции? Что способствует повышению реакционной способности частиц? Опыт 6. Влияние поверхности соприкосновения реагирующих веществ Задание Что наблюдали в результате реакции? Почему реакции имеют разные скорости? Сформулируйте зависимость скорости химической реакции от поверхности соприкосновения реагирующих веществ. Запишите соответствующие уравнения. 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). Задача 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=k[A]2 [B], если А) концентрацию вещества А увеличить в 3 раза; Б) концентрацию вещества А увеличить в 3 раза, а концентрацию В уменьшить в 3 раза? 3. Реакция протекает по уравнению А+В = 2С. Начальная концентрация вещества А равна 0,22 моль/л, а через 10 с — 0,215 моль/л. Вычислите среднюю скорость реакции. 4. Скорость химической реакции при 200С равна 0,8 моль/л*с. Температурный коэффициент химической реакции равен 2. Какой будет скорость реакции при повышении температуры до 500С? Домашнее задание. Закономерности изменения скорости химической реакции в зависимости от различных факторов. Факторы, влияющие на скорость химических реакций Природа реагирующих веществ Концентрации реагентов Температура Катализатор Поверхность соприкосновения реагентов Закономерности Почему изменяется скорость изменения скорости при реакции действии этих факторов Самопроверка. Решение. Подставим соответствующие данные в кинетическое уравнение, сравним скорости реакций. а) 2 k (3C A ) 2 ÑB 9kC A2CB 9 2 2 1 k (C A ) CB kC ACB скорость реакции увеличится в 9 раз. б) 2 k (2C A ) 2 (2C B ) 8kC A2 C B 8 2 2 1 kC A C B kC A C B скорость реакции увеличится в 8 раз.
