Тема урока 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. o o 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: o Чем больше частиц реагентов, чем ближе они друг к другу, тем больше шансов у них столкнуться и прореагировать. o 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 реагентов, называется энергией активации Еа. на примере реакции в общем виде А 2 + В 2 = 2 АВ

1. Природа реагирующих веществ. o o 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 o o o 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: –скорость реакции при температуре t 2, – скорость реакции при температуре t 1, – 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. Е 1 - средняя энергия молекул исходных веществ, Е 2 - средняя энергия молекул продуктов реакции

Факторы, влияющие на скорость химической реакции o o o природа реагирующих веществ; температура; концентрация реагирующих веществ; действие катализаторов; поверхность соприкосновения реагирующих веществ (в гетерогенных реакциях).

Задача на применение знаний: o 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: скорость реакции увеличится в 81 раз. б) Скорость реакции уменьшится в 3 раза.

3. Концентрации реагирующих веществ. o 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 H 2 + I 2 = 2 HI, NO 2 + CO = NO + CO 2, 2 NO + Cl 2 = NOCl 2. К реакциям не отражающим элементарный акт, закон действующих масс применить нельзя. Например, H 2 + Cl 2 = 2 HCl, H 2 + O 2 = 2 H 2 O (цепные реакции)

Математическое выражение закона действующих масс. o o По закону действующих масс скорость реакции, уравнение которой n. A+m. B=c. D 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: o o 1. Составьте кинетические уравнения для следующих реакций: А) H 2+I 2=2 HI; Б) 2 Fe + 3 CI 2= 2 Fe. CI 3. 2. Как изменится скорость реакции, имеющей кинетическое уравнение v= k. CA 2 CB, 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. o Решение. Подставим соответствующие данные в кинетическое уравнение, сравним скорости реакций. а) скорость реакции увеличится в 9 раз. б) скорость реакции увеличится в 8 раз.

4. Действие катализатора o o 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 o o o 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 1835 году. 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. o 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. o Приведите примеры гетерогенных реакций. o

Выводы по теме урока Химические реакции протекают с различными скоростями. o На пути всех частиц, вступающих в химическую реакцию, имеется энергетический барьер, равный энергии активации Eа. o Скорость реакции зависит от факторов: -природа реагирующих веществ; -температура; -концентрация реагирующих веществ; - действие катализаторов; -поверхность соприкосновения реагирующих веществ (в гетерогенных реакциях). o

Выводы по теме урока o o 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 o o o 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.