Мета заняття:вивчити вплив концентрації реагуючих речовин і температури на швидкість хімічної реакції; дослідним шляхом встановити зміщення хімічної рівноваги при зміні концентрації реагуючих речовин.
Досліди:
1. Залежність швидкості хімічної реакції від концентрації.
2. Залежність швидкості хімічної реакції відтемператури.
3. Вплив концентрації реагуючих речовин на хімічну рівновагу.
Прилади та матеріали:
Реактиви:
суха сіль калій або амоній хлорид /КСl або NH4Cl/, розчини: натрій
/FeCl3/, амоній роданіду /NH4SCN/, вода дистильована /Н2О/.
Обладнання:
штатив з пробірками, мірні циліндри на 10-15 мл, термометр,
електроплитка або водяна баня.
& Теоретичне обґрунтування теми
Під швидкістю хімічної реакції розуміють зміну концентрації однієї з реагуючих речовин за одиницю часу за незмінного об'єму системи.
Швидкість реакції весь час змінюється, тому розраховують середнє значення швидкості:
Vсер= , де
С2 – С1 - різниця між концентрацією речовини в момент часу t1 і
концентрацією С2 цієї ж речовини в момент часу t2;
t2 - t1 - проміжок часу.
Концентрацію виражають в молях на літр (моль/л, або в моль/дм3), а час в секундах (с), або хвилинах (хв.).
Швидкість реакції залежить від хімічних властивостей (хімічної природи) реагуючих речовин, їхньої концентрації, температури, присутності каталізатора, агрегатного стану і ступеня дисперсійності речовини.
Згідно із законом діючих мас швидкість хімічної реакції прямо пропорційна добутку концентрацій реагуючих речовин.
Для реакції аА + bB = dD можна записати кінетичне рівняння:
u= k Ca(А) × Cb(B), де
С(А) та С(В) - молярні концентрації речовин А та В;
а, b - стехіометричні коефіцієнти в хімічному рівнянні;
k - константа швидкості.
У гетерогенних реакціях у кінетичне рівняння для визначення швидкості реакції входять концентрації тих речовин, які перебувають у газовій фазі або в розчині.
Згідно з правилом Вант-Гоффа, підвищення температури на кожні 10°С призводить до зростання швидкості реакцій у 2-4 рази.
Математично ця залежність описується формулою
u (t2) = u (t1) · γ (t2 – t1)/10 , де
u (t1) - швидкість реакції при температурі t1;
u (t2) - швидкість реакції при температурі t2;
γ - температурний коефіцієнт швидкості реакції, який показує, у скільки
разів збільшується швидкість даної реакції p підвищенням температури
на 10°С.
Стан реакції, у якому швидкості прямої та зворотної реакції однакові, називається хімічною рівновагою. Концентрації компонентів реакції у стані рівноваги називаються рівноважними і позначаються квадратними дужками.
Стан хімічної рівноваги характеризується константою рівноваги.
Для оборотної реакції: аА + вВ ↔ cС + dD за основним законом хімічної кінетики можна записати:
В математичний запис закону діючих мас для рівноваги входять лише концентрації газів і рідин.
Хімічна рівновага є рухомою. При зміні умов протікання реакції відбувається її зміщення, напрямок якого можна визначити за принципом
Ле-Шательє: якщо умови, за яких система перебуває в рівновазі, змінити, то рівновага зміститься в напрямку процесів, які протидіють цій зміні.
Таблиця 1Фактори зміщення рівноваги
Зміна умов реакції
Вплив на зміщення рівноваги
(принцип Ле Шательє)
підвищення
Температура
зниження
Збільшує швидкість ендотермічної реакції
Збільшує швидкість екзотермічної реакції
Тиск підвищення
(для газів)
зниження
Збільшує швидкість реакції в бік зменшення кількості речовин або об’єму
Збільшує швидкість реакції в бік збільшення кількості речовин або об’єму
підвищення
Концентрація
реагенту зниження
Збільшує швидкість прямої реакції
Збільшує швидкість зворотної реакції
Каталізатор не спричинює зміщення рівноваги в системи, оскільки однаковою мірою прискорює як пряму так і зворотну реакцію.