рефераты конспекты курсовые дипломные лекции шпоры

Реферат Курсовая Конспект

Скорость образования, расходования компонента и скорость реакции

Скорость образования, расходования компонента и скорость реакции - раздел Химия, 1.1 Скорость Образования, Расходования Компонента И Скорость Реакции...

1.1 Скорость образования, расходования компонента и скорость реакции Для практических целей важно знать скорость химических ре¬акций. От скорости протекания реакции зависят количество вещества, получаемого в единицу времени, размеры аппарата для производства нужного продукта.В кинетике химических реакций различают скорости образо¬вания и расходования компонентов и скорость реакции Скоростью образования (расходования) количества данного i-того вещества (компонента) во время химической реакции или скоро¬стью реакции Wi по данному i-тому веществу называется изменение количества этого вещества ni (в молях) в единицу времени т в единице реакционного пространства R: Если реакция гомогенная и протекает в объеме, то реакцион¬ным пространством является объем V (R = V) и изменение количества вещества рассматривают в единице объема.

Если реакция гетерогенная и протекает на границе раздела фаз, то реакционным пространством является поверхность S (R = S) и изме¬нение количества вещества относят к единице поверхности.

При этом скорость расходования исходных веществ будет от¬рицательной (со знаком - ), так как с течением времени количество исходных веществ уменьшается. Скорость образования продуктов реакции величина положи¬тельная (со знаком + ), так как с течением времени количество их уве¬личивается. На практике наибольшее значение имеют изотермические ре¬акции (протекающие при Т = const), происходящие в замкнутых (за¬крытых) или открытых системах.Замкнутая система не обменивается веществом с окружающей средой, но энергией (теплотой, работой) она может обмениваться.

Та¬кой системе в химической технологии соответствует прерывный про¬цесс, например, в закрытых чанах или автоклавах. В открытой системе происходит обмен с окружающей средой не только энергией, но и веществом.Открытой системе в химической технологии соответствует непрерывный процесс в потоке Рассмотрим скорость образования (расходования) i-того вещества в замкнутой гомогенной системе (R = V): (1) Если во время реакции V = const, то его можно внести под знак дифференциала.

Так как отношение ni /V = Ci то вместо уравнения (1) получим: (2) где Сi - концентрация рассматриваемого i-того вещества в данный мо¬мент времени.Если химическая реакция формально простая и может быть запи¬сана одним уравнением, то скорости расходования исходных веществ и образования продуктов реакции зависят от стехиометрических коэф¬фициентов перед ними, например, для реакции: А + В = 2АВ. (3) с учетом этого можно получить соотношение: или формально где C1 и С2 - концентрации исходных веществ А и В; С3 - концентрация продукта реакции АВ -1,2 - стехиометрические коэффициенты перед веществами реак¬ции с учетом правила знаков (для исходных веществ стехиометриче¬ские коэффициенты принимаются отрицательными). С учетом уравне¬ния (2) соотношение (4) примет вид: (5) где W - скорость реакции, одинаковая для всех веществ, участвующих в данной реакции; - скорости расходования исходных веществ и обра¬зования продукта реакции.

В общем виде выражение (5) запишется формулой: (6) где vi - стехиометрические коэффициенты в уравнении реакции.

Таким образом, скорость реакции равна скорости расходова¬ния (образования) данного вещества реакции, деленной на его стехиометрический коэффициент с учетом принятых знаков. Она всегда положительна. Скорость расходования исходных веществ отрицательна, а об¬разования продуктов реакции положительна.При изучении кинетики химических реакций обычно получают зависимость концентрации какого-либо компонента от времени τ. Ci=f(τ). Графическое представление изменения концентрации компо¬нента реакции с течением времени в координатах Сi - и называют ки¬нетической кривой.

Кинетические кривые для исходных веществ и продуктов имеют вид (рисунок 1): 1 - кинетическая кривая исходных веществ; 2 - кинетическая кри¬вая продуктов реакции Рисунок 1 - Кинетические кривые для компонентов реакции Если кинетические кривые мало отличаются от прямых линий, то можно для приближенной оценки определять среднюю скорость реак¬ции: где (τ 2- τ1) - интервал времени, за который в течение реакции концен¬трация вещества изменяется от С1 до C1.2 Зависимость скорости реакции от концентрации исходных веществ. Закон действующих масс. Рассмотрим элементарную бимолекулярную реакцию проходя¬щую в закрытой системе: А + В -> Продукты.

Для того, чтобы реакция шла молекулы А и В должны сблизиться на достаточно близкое расстояние (столкнуться) и прореагировать. Доля прореагировавших молекул А и В пропорциональна вероят¬ности их активных столкновений.

Эта вероятность, как вероятность сложного события, пропорциональна произведению вероятностей того, что молекулы А и В одновременно окажутся в данной точке ре¬акционного пространства (например, реакционного сосуда). Названые вероятности пропорциональны концентрациям молекул А и В. Следо¬вательно, вероятность одновременного присутствия частиц А и В в одной и той же точке пространства (элементарном объёме) пропорцио¬нальна произведению их концентраций.

Из этих рассуждений следует, что скорость элементарной бимо¬лекулярной реакции пропорциональна произведению концентраций веществ А и В, то есть можно записать: (7) где - скорости расходования исходных веществ, которые отрицательны; К - коэффициент пропорциональности, называемый константой скорости реакции.Константа скорости химической реакции - это скорость реакции при концентрации исходных веществ равной единице.

Иногда эту ве¬личину называют удельной скоростью.Если элементарная бимолекулярная реакция протекает между двумя одинаковыми молекулами, например 2А → Продукты, то вместо уравнения (7) получим: W = KCACA=KCA2 (8) Из уравнений (7) и (8) видно, что скорость элементарных бимолекулярных реакций пропорциональна произведению концентраций реагентов (исходных веществ) в степени равной их стехиометрическим коэффициентам в уравнении реакции.

Такая зависимость носит название - закон действующих масс, установленный норвежскими учеными Гульдбергом и Вааге (1864 - 1867 г.). Для любой элементарной реакции а1А1 + а2А2 + а3А3 → Продукты уравнение скорости реакции (закон действующих масс) будет иметь вид: Показатели степени а1 а2 аз - называют порядками реакции по веществам А1 А2, А3. Сумма (9) - называется общим или суммарным порядком реакции. Следовательно, порядок реакции равен сумме показателей степе¬ней в уравнении зависимости скорости реакции от концентрации ис¬ходных веществ.

Для элементарной реакции он равен сумме (положительных зна¬чений) стехиометрических коэффициентов исходных веществ в урав¬нении реакции (или стадии реакции). Порядок элементарных реакций не бывает больше трех. Связано это с тем, что порядок реакции отражает в какой-то мере количество частиц участвующих в элементарном акте реакции.Вероятность одно¬временной встречи четырех частиц практически равна нулю. Поэтому Зависимость скорости реакции от концентрации реагирующих веществ называется кинетическим уравнением.

Для элементарных ре¬акций может быть только шесть типов кинетических уравнений в соот¬ветствии с числом видов химических уравнений.Для сложных химических реакций, состоящих из нескольких эле¬ментарных стадий, может быть степенная зависимость скорости реак¬ции от концентрации с показателями степени отличными от стехиометрических: где п1 п2 п3 - порядки реакции по веществам А1 А2 А3. Общий порядок реакции равен: п = п1+ п2+ п3 . При этом значения п1 п2 п3 могу быть не равны стехиометрическим коэффициентам, иметь дробные величины и больше трех. 1.3 Молекулярность и порядок реакции При изучении реакций выделяют молекулярность и порядок реак¬ции. Молекулярность реакции - это число молекул исходных веществ, принимающих участие в одном (единичном) химическом превращении.

При этом число молекул образующихся продуктов не имеет значения.В соответствии с приведенным определением различают реакции: 1) мономолекулярные, в которых только один вид молекул участ¬вует в превращении, причем стехиометрический коэффициент в урав¬нении равен единице, например, запись А → С означает, что молекула вещества А превращается в молекулу вещества С; 2) бимолекулярные, в которых участвуют два различных вида мо¬лекул или две молекулы одного вида (стехиометрический коэффициент во втором случае равен двум), например, А + В→С или 2А → С; 3) тримолекулярные, в которых участвуют три молекулы одного или разного видов, например, А + В + D → С или 2 А + В → С, или 3А→С. Реакции более высокой молекулярности маловероятны.

Связано это с причиной, о которой говорилось ранее.

Выше было сказано, что порядок химической реакции выражается суммой: где аi - показатели степени концентрации исходных веществ в уравне¬нии действующих масс. Они приравнивались стехиометрическим коэффициентам компо¬нентов химической реакции.Исходя из этого можно сделать заключе¬ние, что молекулярность и порядок реакции это одинаковые величины.

Однако, это не всегда так. Порядок реакции или равен молекулярности или, в большинстве случаев, меньше её. Расхождение между порядком реакции и её молекулярностью может быть вызвано разными причина¬ми. 1. Молекулярность реакции величина теоретическая, а порядок реакции - экспериментальная.Между теоретическими и эксперимен¬тальными величинами почти всегда есть различия. 2. Если, например, в реакции bB + dD = P, скорость которой W = КСBbCD d один из компонентов, например, компонент B, находится в избытке, то в ходе данной реакции его концентрация будет изменяться незначи¬тельно и в уравнении скорости реакции можно принять СB = const.

Но в таком случае скорость реакции практически зависит от концен¬трации только компонента D, то есть W = К1CD d тогда порядок реакции равен d, а молекулярность реакции (b + d). 3. Если данная реакция является гетерогенной, то в зависимости от условий протекания порядок такой реакции может быть различным. 4. Порядок каталитической реакции также может отличаться от молекулярности, причина - сложный механизм таких реакций. 5. Для сложной реакции, протекающей в несколько стадий, поря¬док реакции и её молекулярность не совпадают.

В данном случае по¬рядок реакции определяет какая-либо промежуточная (лимитирующая) стадия.Как правило порядок этой стадии отличается от молекулярно¬сти сложной реакции. 1.4 Кинетические уравнения химических реакций в закрытых системах Кинетические уравнения представляют зависимость концентра¬ции веществ, участвующих в реакции от времени: Сi=f(τ). Получим уравнения для зависимости концентрации исходных веществ от времени для элементарных формально простых реакций первого, второго и третьего порядков. Реакции гомогенные, односторонние (необратимые), протекают в закрытых системах при Т = const и V= const. 1.4.1 Односторонние реакции 1— порядка Это реакции вида: А → Продукты.

Выражение для скорости реакции имеет вид: W = K1C. (10) Она связана со скоростью расходования исходного вещества А соот¬ношением: где (- 1) - стехиометрический коэффициент исходного вещества А. Подставляя это выражение в уравнение (10) и опуская для простоты индекс А, получим: (11) Из этого равенства нужно найти в явном виде зависимость концентра¬ции вещества А от времени.

Разделим переменные в уравнении (11): Проинтегрируем полученное уравнение при изменении времени в пре¬делах от 0 до τ и концентрации от 0 до С и получим (12) Полученная формула позволяет вычислить концентрацию исход¬ного вещества A в любой момент времени протекания реакции при из¬вестной концентрации С0 и константе скорости К1, если провести её потенцирование: где С0 - начальная концентрация исходного вещества А в момент вре¬мени τ=0; С - концентрация этого вещества к моменту времени г, К1 - константа скорости реакции 1ого порядка.

Она имеет размер¬ность - 1/время (с, мин, ч). Индекс 1 означает порядок реакции.

Из уравнения (12) можно получить выражение для вычисления константы скорости реакции 1го порядка: , 1/время.Уравнение (12) можно представить несколько в ином виде. Обозначим х - уменьшение концентрации исходного вещества к мо¬менту времени τ, тогда . Уравнение для константы скорости реакции первого порядка примет вид: (13) Из уравнения (13) при известной константе скорости и начальной концентрации вещества Со можно определить х в момент времени τ. Для этого преобразуем уравнение (13) к виду: После потенцирования этого выражения получим Разрешив уравнение относительно х найдем формулу для его вычисле¬ния: Основной задачей химической кинетики является расчет скоро¬стей химических реакций. Их определяют из уравнения (7) по извест¬ной константе скорости.

К1 находят экспериментально.При этом по экспериментальным данным изменения концентрации исходного веще¬ства от времени строят график в координатах 1пС - τ. В этой системе координат кинетическое уравнение реакции 1го порядка (12) представляет прямую линию.

Тангенс угла наклона этой линии равен К1 (см. рису¬нок 2). Рисунок 2 - Графическое определение константы скорости реакции 1го порядка Иногда для характеристики скорости реакции пользуются време¬нем полупревращения или полураспада τ1/2. τ1/2 - это промежуток времени, в течение которого реагирует половина взятого вещества: С = 1/2С0; С0 = 2С, тогда или Из уравнения следует, что τ1/2 для реакции первого порядка не зависит от начальной концентрации исходного вещества и определяется только константой скорости. Уравнения кинетики реакции 1 ого порядка характеризуют не только скорости мономолекулярных реакций, но применимы и к сложным реакциям.

Многие сложные реакции протекают как реакции первого порядка. 1.4.2 Односторонние реакции 2го порядка Это реакции вида: А1+ А2 = Продукты.Выражение для скорости реакции имеет вид: W = K2C1C2, (14) где С1 и С2 - концентрации веществ А1 и А2 в момент времени τ проте¬кания реакции; К2 - константа скорости реакции 2го порядка.

С другой стороны скорость реакции можно представить через изменения концентрации исходных веществ во времени: При vi = 1. После подстановки этих соотношений в уравнение (14) получим: (15) Обозначим x - уменьшение концентрации исходных веществ с течени¬ем реакции. Тогда при τ = 0, С1 =С01, С2 =С02; при τ > 0, С1 = С01 - х , С2= С02 - х , где С01 и С02 начальные концентрации веществ A1 И A2, Из равенств для времени τ > 0 в общем виде: Сi = С0i - х, dСi =-d х. Подставим приведенные соотношения в уравнение (15) и получим: Разделим переменные в полученном выражении и проведем некоторые преобразования: Окончательно можно записать: Проинтегрируем выражение в пределах от τ = 0 до τ и от х = 0 до х: После решения интегральных выражений получим: Откуда: (16) При выводе формулы для расчета К2 использовано вычисление неопределенного интеграла Из уравнения (16), после небольших его преобразований, можно полу¬чить выражение для расчета х . Представим формулу (16) в виде: После потенцирования получим откуда В частном случае, когда С01 = C02 = C0 уравнение скорости односто¬ронней реакции второго порядка примет вид (при v = 1): (17) Если использовать значение х, то производная: (18) Разделим переменные в уравнениях (17) и (18), проинтегрируем первое в пределах от 0 до τ и от С0 до С, второе от 0 до τ и от 0 до х: откуда (19) Если уравнение разрешить относительно К2, то получим: Интегрирование уравнения (18) после решения для определения К2 дает формулу: Константу скорости К2 определяют экспериментально.

При этом используют уравнения (16) или (19) в виде: Приведенное уравнение в системе координат ( ) дает прямую линию.

Тангенс угла наклона этой линии, построенной по экспериментальным данным, равен константе скорости изучаемой реакции (рисунок 3). Рисунок 3 - Графическое определение константы скорости реакции второго порядка 1.4.3 Односторонние реакции 3го порядка Это реакции вида: 3А → Продукты или А1 + А2+ А3 → Продукты.

Для скорости первой реакции справедливо соотношение: откуда Где К3 =3К’3 Если концентрации исходных веществ СА1 =СА2 =СА3=С в любой момент времени, то кинетическое уравнение скорости второй реакции имеет вид: (20).

– Конец работы –

Используемые теги: Скорость, образования, расходования, компонента, Скорость, реакции0.092

Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: Скорость образования, расходования компонента и скорость реакции

Что будем делать с полученным материалом:

Если этот материал оказался полезным для Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:

Еще рефераты, курсовые, дипломные работы на эту тему:

Основные классы неорганических соединений. Определение молярной массы эквивалентов цинка. Определение теплоты реакции нейтрализации. Скорость химической реакции. Катализ
ВВЕДЕНИЕ... При изучении химии большое значение имеет лабораторный практикум Правильно поставленный эксперимент позволяет...

Скорость движения Средняя путевая скорость Мгновенная скорость/ скорость движения
Кинема тика точки раздел кинематики изучающий математическое описание движения материальных точек Основной задачей кинематики является... Основная задача механики определить положение тела в любой момент времени... Механическое движение это изменение положения тела в пространстве с течением времени относительно других тел...

Фазовая скорость, групповая скорость и скорость переноса энергии
Необходимость введения этого понятия возникла из-за широкого использования в радиоэлектронике линий передач энергии и информации с дисперсионными… Мы начнем анализ с изложения доказательства, в котором вводится это понятие.…

Влияние температуры на скорость химической реакции
Классификация химических реакций самостоятельно... Скорость химической реакции... Влияние температуры на скорость химической реакции...

Пасивні компоненти. Резистори. Конденсатори. Індуктивні компоненти
Перелік скорочень Вступ Пасивні компоненти... ПЕРЕЛІК СКОРОЧЕНЬ...

Истинная скорость Vист - это скорость волны в малом объеме породы. Она определяется путем ультразвуковых измерений на образцах
В связи с разным строением слоистых сейсмических сред и границ в сейсморазведке используются следующие скорости или типы скоростей распространения... Истинная скорость Vист это скорость волны в малом объеме породы Она... Пластовая скорость Vп это средняя скорость распространения упругих волн в каждом пласте изучаемого геологического...

Реферат по дисциплине экономика в образовании на тему: Органы управления системой образования, их структура и функции
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования... Тульский государственный педагогический университет им Л Н Толстого... Реферат...

Химические реакции. Реакции в растворах электролитов
Целочисленные параметры a, b, c и d в уравнении реакции называют стехиометрическими коэффициентами.Химические реакции классифицируются различными… Окисление это процесс отдачи электронов атомом, молекулой или ионом. Если атом отдат свои электроны, то он приобретает положительный заряд, например Zn0 2e Zn2. Если отрицательно…

Дать содержательную интерпретацию первых двух главных компонент, используя вращение осей координат главных компонент
На сайте allrefs.net читайте: 8.дать содержательную интерпретацию первых двух главных компонент, используя вращение осей координат главных компонент;...

Влияние температуры на скорость химической реакции
Опуская индексы, характеризующие условия протекания реакции, это уравнение записывается: , , где и - константы скорости прямой и обратной… Энергетическая величина Е в этом уравнение называется энергией активации.… Для большинства хим. реакций энергия активации определяется в пределах . Физический смысл энергии активации…

0.028
Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Education Insider Sample
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
Реклама
Соответствующий теме материал
  • Похожее
  • По категориям
  • По работам