Влияние давления на скорость реакции
Влияние концентрации на скорость химической реакции
Зависимость скорости реакции от концентрации реагирующих веществ сформулирована в законе действующих масс: “При постоянной температуре скорость химической реакции прямо пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ в степенях, равных их стехиометрическим коэффициентам”
Например: для реакции mA + nB → pAB
математическое выражение закона действующих масс:
υ = k [A]m ∙ [B]n (иначе– кинетическое уравнение реакции),
где [A] и [B] концентрации реагирующих веществ А и В; m и n – стехиометрические коэффициенты; k – коэффициент пропорциональности, названный константой скорости.
Физический смысл константы скорости заключается в том, что при концентрациях реагирующих веществ равных 1,0 моль/л([A]=[B] = 1моль/л), скорость химической реакции равна константе скорости (υ=k). Константа скорости зависит только от природы реагирующих веществ и от температуры, но не зависит от концентрации веществ.
Математическая запись закона действующих масс для гомогенных и гетерогенных систем имеет некоторые отличия. Для гетерогенных реакций в кинетическое уравнение входят концентрации только тех веществ, которые находятся в системе в растворе или в газовой фазе. Концентрация же веществ, находящихся в твердом состоянии на поверхности в течение реакции остается постоянной, поэтому ее величина учитывается в константе скорости реакции.
Например: для гомогенной реакции 2H2(г) + O2(г) = 2H2O(г)
выражение закона: υ = k ∙ [H2]2 ∙ [O2];
для гетерогенной реакции С(тв)+O2(г)=СО2(г)
выражение закона υ = k эф ∙ [O2] ,
где: k эф – эффективная константа скорости, равная k ∙ [Ств]
Задача
Как изменится скорость реакции 2H2(г) + O2(г) = 2H2O(г) при увеличении концентрации исходных веществ в два раза?
Решение
Зависимость скорости реакции от концентрации (кинетическое уравнение) запишется: υ = k ∙ [H2]2 ∙ [O2]
Если концентрации исходных веществ увеличить в 2 раза, то кинетическое уравнение имеет вид: υ' = k ∙ [2 · H2]2 ∙ [2 ∙ O2], тогда υ'/υ = 8 – скорость данной реакции возросла в 8 раз.
Зависимость скорости реакции от давления описывается выражением аналогичным закону действующих масс, где вместо концентраций веществ используют парциальные давления реагирующих газов.
Например: для реакции 2H2(г) + O2(г) = 2H2O(г) зависимость скорости реакции от давления запишется: υ = k ∙ РH22 ∙ РO2
Задача
Как изменится скорость реакции, если общее давление в системе CH4(г) + 2O2(г) = CO2(г) + 2H2O(г), если общее давление в системе уменьшить в 5 раз?
Решение
Зависимость скорости реакции от давления запишется:
υ = k ∙ Р CH4 ∙Р2O2. При уменьшении общего давления в системе уменьшится парциальное давления каждого газа, то есть υ' = k ∙ Р CH4/5 ∙(РO2/5)2. Тогда υ'/υ = 1/5∙52 =1/125 - скорость реакции уменьшилась в 125 раз