химическая кинетика и химическое равновесие: методические указания к лабораторной работе, срс, вопросы к комплексному тестированию по теме

2 Федеральное агентство по образованию ВОСТОЧНО-СИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ Методические указания к лабораторной работе, СРС, вопросы к комплексному тестированию по теме «Химическая кинетика и химическое равновесие» Для студентов нетехнологических специальностей очного и заочного обучения Составитель: Сергеева Ц.Б. Издательство ВСГТУ Улан-Удэ 2006 Данная работа является руководством к выполнению лабораторной работы по теме «Химическая кинетика и химическое равновесие», а также содержит 25 вариантов СРС, 24 вопроса комплексного тестирования по вышеназванной теме. Даны краткие теоретические сведения, примеры решения задач, ответы к задачам. 4 3 1. Краткие теоретические сведения 1.1. Химическая кинетика Химической кинетикой называют учение о скорости химических реакций и зависимости ее от различных факторов – природы и концентрации реагирующих веществ, температуры, присутствия катализаторов и др. Реакция может протекать в объеме фазы (гомогенно) или на границе раздела фаз (гетерогенно). Гомогенными реакциями являются, например, процессы в растворах газов, жидкостей; гетерогенными – реакции на границе газ – твердое вещество, жидкость – твердое вещество, жидкость – газ. Скоростью гомогенной реакции называют изменение концентрации реагирующих веществ или продуктов реакции в единицу времени. Концентрацию принято выражать в моль/л, время – в сек. Размерность скорости реакции моль/л.мин. При химическом взаимодействии концентрация каждого из исходных веществ уменьшается во времени, а концентрация каждого из продуктов реакции возрастает (С2 > С1, ∆С > 0). Различают среднюю и истинную (или мгновенную) скорость реакции. Средняя скорость V равна отношению ∆С/∆τ (∆С = С2 - С1; ∆τ = τ2 - τ1). Чтобы величина скорости всегда была положительной, перед дробью ставят знаки ±: ∆C . V =± ∆τ Истинная скорость химической реакции vист определяется пределом, к которому стремится отношение ∆С/∆τ при ∆τ→0, т.е. производной концентрации по времени: dc dτ К важнейшим факторам, влияющим на скорость реакции, относятся следующие: природа реагирующих веществ, их концентрация, температура, присутствие катализатора. Зависимость скорости реакции от концентрации реагирующих веществ определяется законом действия масс (ЗДМ): при постоянной температуре скорость химической реакции прямо пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ, взятых в степенях, равных стехиометрическим коэффициентам в уравнении реакции. Согласно ЗДМ для реакции в общем виде аА + вВ = dD + eE, где А, В, Д, Е – формулы веществ, а а, в, d, e - стехиометрические коэффициенты, можно написать a в V = К [A] [B ] (1) В выражении (1) к– коэффициент пропорциональности, называемый константой скорости реакции; [А] и [В] – молярные концентрации веществ. Скоростью гетерогенной реакции называют количество вещества, вступающего в реакцию или образующегося при реакции за единицу времени на единице поверхности фазы: dn 1 ⋅ , Vист = ± dτ S где n - число молей исходного вещества или продукта реакции; τ - время; S – площадь поверхности фазы, на которой протекает реакция. Размерность скорости реакции – моль/м2 ⋅ мин. В гетерогенных реакциях наряду с собственно химическими превращениями имеются стадии переноса веществ. Например, в случае гетерогенной реакции Vист = ± 5 6 С(т) + О2(г) = СО2(г), чтобы реакция горения угля могла протекать, необходимо, чтобы диоксид углерода, образующийся при этой реакции, постоянно удалялся от поверхности угля, а новые порции кислорода подходили к ней. О