Зависимость скорости реакции от концентрации исходных веществ и продуктов

Цель работы:

1. Найти зависимость скорости реакции от концентрации исходных веществ и продуктов.
2. Записать уравнение реакции.

Опыт №1: зависимость  скорости реакции от концентрации.

Берем 4 пробирки и в каждую наливаем одинаковое количество H₂SO₄ (серной кислоты) одинаковой концентрации.

Берем другие 4 пробирки и в каждую наливаем одинаковое количество Na₂S₂O₃ (тиосульфата натрия) разной концентрации (10%, 15%, 20%, 25%).

Соединяем пробирки серной кислоты и тиосульфата  натрия  по парам и включаем секундомер. Смотрим за какое время пройдет каждая реакция (выпадет осадок).

Реакция будет  выглядеть следующим образом:

Na₂S₂O₃+H₂SO₄= Na₂SO₄+SO₂    +S    +H₂O

1. Первая реакция с концентрацией Na₂S₂O₃ (10%) прошла за 10 с.
2. Вторая реакция с концентрацией Na₂S₂O₃ (15%) прошла за 7 с.
3. Третья реакция с концентрацией Na₂S₂O₃ (20%) прошла за 4 с.
4. Четвертая реакция с концентрацией Na₂S₂O₃ (25%) прошла за 1 с.

Построим график зависимости  от :

 

 

Опыт №2: влияние концентрации реагентов на химическое равновесие FeCl₃ (хлорида железа ()) и KSCN (роданида калия).

Смешиваем два разбавленных раствора FeCl₃ и KSCN.

Реакция будет  выглядеть следующим образом:

3KSCN+FeCl₃ ⇄ [Fe(SCN)₃]+3KCl

Наблюдаем изменение цвета (раствор  становится красным)® содержимое этого стакана разливаем поровну в 4 стакана. Затем по очереди добавляем:

1. В первый стакан раствор FeCl_3(конц) (раствор темнеет, т.е осадка становится больше® равновесие смещается в сторону исходных веществ (влево));
2. Во второй стакан раствор KSCN (раствор темнеет® тоже сместится влево);
3. В третий стакан KCl_(ТВ) (раствор светлеет® равновесие сместится в сторону продуктов реакции (вправо));
4. Четвертый стакан не трогаем, он нужен для сравнения.

Вывод.

Скорость  химической реакции можно рассматривать как изменение количеств реагирующих или образующихся в процессе реакции веществ за единицу времени. Если реакция проходит при постоянном объеме, то ее скорость можно описать как изменение молярных концентраций веществ в единицу времени.

 

 Скорость химической реакции зависит от различных факторов: природы реагирующих веществ, их концентрации, степени измельчения (для гетерогенных реакций), температуры реакционной смеси, присутствия катализаторов.

Зависимость скорости реакции от концентрации реагирующих  веществ.  Скорость химической реакции пропорциональна концентрациям реагирующих веществ (закон действия масс). Для простой одностадийной реакции

 

 

 где k - константа скорости  реакции, определяющая скорость  реакции при концентрациях реагирующих  веществ, равных 1 моль/л. Константа  скорости зависит от природы  реагирующих веществ и от температуры.

С_А, С_В - концентрации газообразных или растворенных веществ (концентрации твердых и жидких реагентов - постоянные величины, их значения включаются в величину константы скорости реакции и отдельно не записываются).

Зависимость скорости реакции от температуры. При увеличении температуры на каждые 10 градусов скорость реакции увеличивается в 2-4 раза (правило Вант Гоффа).

 

где v2 и v1 - скорости реакций при  температурах t2 и t1; 
*- температурный коэффициент скорости, определяет изменение скорости реакции при изменении температуры на 10 градусов.

Химическое  равновесие.  Если химическая реакция может протекать только в одном направлении, то она называется необратимой. Реакции, протекающие одновременно в двух направлениях, обратимы. С течением времени скорость прямой реакции уменьшается, а скорость обратной реакции увеличивается до тех пор, пока они не становятся равными. В системе устанавливается химическое равновесие. Условие химического равновесия: скорость прямой реакции равна скорости обратной реакции.

 Количественной характеристикой химического равновесия является константа равновесия К, равная отношению произведения равновесных концентраций продуктов реакции к произведению равновесных концентраций исходных веществ с учетом стехиометрических коэффициентов.

Для процесса:       mA + nB    ⇄   pC + gD

 

где [A]; [B]; [C]; [D] – равновесные концентрации веществ А; В; С; D;

m, n, p, g – стехиометрические коэффициенты.

Константа равновесия является математическим выражением закона действия масс в приложении к химическому  равновесию. Поэтому для гетерогенных систем в  выражение константы  равновесия не входят концентрации твердых  фаз.

Состояние химического  равновесия - динамическое. Его можно  смещать. Смещение химического равновесия подчиняется принципу Ле-Шателье (принципу противодействия): еcли на систему, находящуюся в состоянии химического равновесия, оказывается внешнее воздействие (изменяются температура, давление, концентрация одного из исходных веществ или продуктов реакции), то положение равновесия смещается в ту сторону, которая ослабляет внешнее воздействие.

Факторы влияющие на химическое равновесие:

1. Увеличение температуры вызывает смещение равновесия в сторону протекания эндотермической реакции (>0), а уменьшение температуры - в сторону экзотермической реакции (<0).
2. Увеличение давления в системе вызывает смещение равновесия в сторону меньшего количества газообразных веществ, а уменьшение давления - в сторону большего количества газообразных веществ.
3. Увеличение концентрации одного из исходных веществ вызывает смещение равновесия реакции вправо (в сторону его расходования, то есть в сторону образования продуктов реакции), а увеличение концентрации одного из продуктов реакции - влево.