реакции пропорциональна произведению концентраций исходных веществ в степенях равных их стехеометрическцм коэффициентам.
-о = К-с[А]т . с[В]п,где с [А] и с [В] — молярные концентрации веществ А и В, К — коэффициент пропорциональности, называемый константой скорости реакции.
Влияние температуры
Зависимость скорости реакции от температуры определяется правилом Вант-Гоффа, согласно которому при повышении температуры на каждый 10 С скорость большинства реакций увеличивается в 2—4 раза. Математически эта зависимость выражается соотношением:
v = v ? у 10 ,
где и i)t , i>t — скорости реакции соответственно при начальной (t:) и конечной (t2) температурах, а у — температурный коэффициент скорости реакции, который показывает, во сколько раз увеличивается скорость реакции с повышением температуры реагирующих веществ на 10 °С.
Пример 1. Напишите выражение зависимости скорости химической реакции от концентрации реагирующих веществ для процессов:
а) Н2 4- J2 -» 2HJ (в газовой фазе);
б) Ва2+ 4- S02-= BaS04 (в растворе);
в) СаО 4- С02 -» СаС03 (с участием твердых
веществ).
Решение. v = K-c(H2)c(J2); v = K-c(Ba2+)-c(S02); v = Kc(C02).
Пример 2. Как изменится скорость реакции 2А + В2^± 2АВ, протекающей непосредственно между молекулами в закрытом сосуде, если увеличить давление в 4 раза?
Решение.
По закону действия молекул скорость химической реакции прямо пропорциональна произведению молярных концентраций реагирующих веществ: v = K-c[A]m.c[B]n. Увеличивая в сосуде давление, мы тем самым увеличиваем концентрацию реагирующих веществ.
Пусть начальные концентрации А и В равнялись с[А] = а, с[В] = Ь. Тогда = Ка2Ь. Вследствие увеличения давления в 4 раза увеличилась концентрация каждого из реагентов тоже в 4 раза и стали с[А] = 4а, с[В] = 4Ь.
При этих концентрациях:
vt = K(4a)2-4b = K64a2b.
Значение К в обоих случаях одно и тоже. Константа скорости для данной реакции есть величина постоянная, численно равная скорости реакции при молярных концентрациях реагирующих веществ, равных 1. Сравнивая v и vl9 видим, что скорость реакции возросла в 64 раза.
Пример 3. Во сколько раз увеличится скорость химической реакции при повышении температуры с 0°С до 50°С, принимая температурный коэффициент скорости равный трем?
Решение.
Скорость химической реакции зависит от температуры, при которой она протекает. При повышении температуры на 10 °С, скорость реакции увеличится в 2—4 раза. В случае понижения температуры — она во столько же раз уменьшается. Число, показывающее, во сколько раз увеличивается скорость реакции при повышении температуры на 10 °С, называется температурным коэффициентом реакции.
В математической форме зависимость изменения скорости реакции от температуры выражается уравнением:
v. =v.0'Y 10
Температура увеличивается на 50 °С, а у=3. Подставляем эти значения
50-0
^5о°с = ^о°с "3ю = "00оС ? 3 = v0oC ? 243 . Скорость увеличивается в 243 раза.
Пример 4. Реакция при температуре 50 °С протекает за 3 мин 20 с. Температурный коэффициент скорости реакции равен 3. За сколько времени закончится эта реакция при 30 и 100 °С?
Решение.
При увеличении температуры от 50 до 100 °С скорость реакции возрастает в соответствии с правилом Вант-Гоффе в следующее число раз:
у hzh, 10Q-50
Ч _ 10 „О 10 — Q3
= у ю = з ю = з* = 243 раза.
"и
Если при 50°С реакция заканчивается за 200 с (3 мин 20 с), то при 100 °С она закончится за 200/
243 = 0,82 с. При 30 °С скорость реакции умень-
50-30
шится в 3 10 = З2 = 9 раз и реакция закончится через 200*9 = 1800 с, т.е. через 30 мин.
Пример 5. Исходные концентрации азота и водорода соответственно равны 2 и 3 *моль/л. Каковы будут концентрации этих веществ в тот момент, когда прореагировало 0,5 моль/л азота?
Решение.
Напишем уравнение реакции:
N2 + ЗН2 2NH3, коэффициенты показывают, что азот реагирует с водородом в молярном отношении 1:3. Основываясь на этом, составляем соотношение:
1 моль азота реагирует с 3 моль водорода.
0,5 моль азота реагирует с х моль водорода.
о 1 0,5 3-05
Откуда - = — ; х =—- = 1,5 моль.
3 х 1
Не прореагировало 1,5 моль/л (2 - 0,5) азота и 1,5 моль/л (3 - 1,5) водорода.
Пример 6. Во сколько раз увеличится скорость химической реакции, идущей при столкновении одной молекулы вещества А и двух молекул вещества В:
А(2) + 2В -» С(2) + D(2), при увеличении концентрации вещества В в 3 раза?
Решение.
Напишем выражение зависимости скорости данной реакции от концентрации веществ:
v = К-с(А)-с2(В),
где К — константа скорости.
Примем исходные концентрации веществ с(А) = а моль/л, с(В) = b моль/л. При этих концентрациях скорость реакции равна и1 = Kab2. При увеличении концентрации вещества В в 3 раза с(В) = ЗЬ моль/л. Скорость реакции будет равна v2 = Ka(3b)2 = 9КаЬ2.
Увеличение скорости v2: иг = 9Kab2: Kab2 = 9.
Пример 7. Оксид азота и хлор взаимодействуют по уравнению реакции: 2NO + С12 2NOC1.
Во сколько раз нужно увеличить давление каждого из исх
II. Положение химического элемента в периодической системе элементов Д.И. Менделеева:
1) порядковый номер;
2) номер периода;
3) номер группы;
4) подгруппа (главная или побочная).
III. Строение атома химического элемента:
1) заряд ядра атома;
2) относительная атомная масса химического элемента;
3) число протонов;
4) число электронов;
5) число нейтронов;
6) число электронных уровней в атоме.
IV. Электронная и электронно-графическая формулы атома, его валентные электроны.
V. Тип химического элемента (металл или неметалл, s-, p-, d-или f-элемент).
VI. Формулы высшего оксида и гидроксида химического элемента, характеристика их свойств (основные, кислотные или амфотерные).
VII. Сравнение металлических или неметаллических свойств химического элемента со свойствами элементов-соседей по периоду и подгруппой.
VIII. Максимальный и минимальный степень окисления атома.
Например, предоставим характеристику химического элемента с порядковым номером 15 и его соединениям по положению в периодической системе элементов Д. И. Менделеева и строению атома.
I. Находим в таблице Д. И. Менделеева клетку с номером химического элемента, записываем его символ и название.
Химический элемент номер 15 — Фосфор. Его символ Р.
II. Охарактеризуем положение элемента в таблице Д. И. Менделеева (номер периода, группы, тип подгруппы).
Фосфор находится в главной подгруппе V группы, в 3-м периоде.
III. Предоставим общую характеристику состава атома химического элемента (заряд ядра, атомная масса, число протонов, нейтронов, электронов и электронных уровней).
Заряд ядра атома фосфора равен +15. Относительная атомная масса фосфора равна 31. Ядро атома содержит 15 протонов и 16 нейтронов (31 — 15 = 16. Атом фосфора имеет три энергетических уровня, на которых находятся 15 электронов.
IV. Составляем электронной и электронно-графическую формулы атома, отмечаем его валентные электроны.
Электронная формула атома фосфора: 15P 1s2 2s2 2p6 3s2 3p3.
Электронно-графическая формула внешнего уровня атома фосфора: на третьем энергетическом уровне на 3s-подуровня находятся два электрона (в одной клетке записываются две стрелки, имеющие противоположное направление), на три р-подуровне находятся три электрона (в каждой из трех клеток записываются по одной стрелке, имеющие одинаковое направление).
Валентными электронами являются электроны внешнего уровня, т.е. 3s2 3p3 электроны.
V. Определяем тип химического элемента (металл или неметалл, s-, p-, d-или f-элемент).
Фосфор — неметалл. Поскольку в последнее подуровнем в атоме фосфора, который заполняется электронами, является p-подуровень, Фосфор относится к семейству p-элементов.
VI. Составляем формулы высшего оксида и гидроксида фосфора и характеризуем их свойства (основные, кислотные или амфотерные).
Высший оксид фосфора P2O5, проявляет свойства кислотного оксида. Гидроксид, соответствующий высшему оксиду, H3PO4, проявляет свойства кислоты. Подтвердим указанные свойства уравнениями видповиних химических реакций:
P2O5 + 3 Na2O = 2Na3PO4
H3PO4 + 3NaOH = Na3PO4 + 3H2O
VII. Сравним неметаллические свойства фосфора со свойствами элементов-соседей по периоду и подгруппой.
Соседом фосфора по подгруппе являются азот. Соседями фосфора за периодом является кремний и Сера. Неметаллические свойства атомов химических элементов главных подгрупп с ростом порядкового номера растут в периодах и снижаются в группах. Поэтому неметаллические свойства фосфора более выражены, чем у кремния и менее выражены, чем у азота и серы.
VIII. Определяем максимальный и минимальный степень окисления атома фосфора.
Максимальный положительный степень окисления для химических элементов главных подгрупп равен номеру группы. Фосфор находится в главной подгруппе пятой группы, поэтому максимальная степень окисления фосфора +5. Минимальная степень окисления для неметаллов в большинстве случаев равен разнице между номером группы и числом восемь. Так, минимальная степень окисления фосфора -3.
реакции пропорциональна произведению концентраций исходных веществ в степенях равных их стехеометрическцм коэффициентам.
-о = К-с[А]т . с[В]п,где с [А] и с [В] — молярные концентрации веществ А и В, К — коэффициент пропорциональности, называемый константой скорости реакции.
Влияние температуры
Зависимость скорости реакции от температуры определяется правилом Вант-Гоффа, согласно которому при повышении температуры на каждый 10 С скорость большинства реакций увеличивается в 2—4 раза. Математически эта зависимость выражается соотношением:
v = v ? у 10 ,
где и i)t , i>t — скорости реакции соответственно при начальной (t:) и конечной (t2) температурах, а у — температурный коэффициент скорости реакции, который показывает, во сколько раз увеличивается скорость реакции с повышением температуры реагирующих веществ на 10 °С.
Пример 1. Напишите выражение зависимости скорости химической реакции от концентрации реагирующих веществ для процессов:
а) Н2 4- J2 -» 2HJ (в газовой фазе);
б) Ва2+ 4- S02-= BaS04 (в растворе);
в) СаО 4- С02 -» СаС03 (с участием твердых
веществ).
Решение. v = K-c(H2)c(J2); v = K-c(Ba2+)-c(S02); v = Kc(C02).
Пример 2. Как изменится скорость реакции 2А + В2^± 2АВ, протекающей непосредственно между молекулами в закрытом сосуде, если увеличить давление в 4 раза?
Решение.
По закону действия молекул скорость химической реакции прямо пропорциональна произведению молярных концентраций реагирующих веществ: v = K-c[A]m.c[B]n. Увеличивая в сосуде давление, мы тем самым увеличиваем концентрацию реагирующих веществ.
Пусть начальные концентрации А и В равнялись с[А] = а, с[В] = Ь. Тогда = Ка2Ь. Вследствие увеличения давления в 4 раза увеличилась концентрация каждого из реагентов тоже в 4 раза и стали с[А] = 4а, с[В] = 4Ь.
При этих концентрациях:
vt = K(4a)2-4b = K64a2b.
Значение К в обоих случаях одно и тоже. Константа скорости для данной реакции есть величина постоянная, численно равная скорости реакции при молярных концентрациях реагирующих веществ, равных 1. Сравнивая v и vl9 видим, что скорость реакции возросла в 64 раза.
Пример 3. Во сколько раз увеличится скорость химической реакции при повышении температуры с 0°С до 50°С, принимая температурный коэффициент скорости равный трем?
Решение.
Скорость химической реакции зависит от температуры, при которой она протекает. При повышении температуры на 10 °С, скорость реакции увеличится в 2—4 раза. В случае понижения температуры — она во столько же раз уменьшается. Число, показывающее, во сколько раз увеличивается скорость реакции при повышении температуры на 10 °С, называется температурным коэффициентом реакции.
В математической форме зависимость изменения скорости реакции от температуры выражается уравнением:
v. =v.0'Y 10
Температура увеличивается на 50 °С, а у=3. Подставляем эти значения
50-0
^5о°с = ^о°с "3ю = "00оС ? 3 = v0oC ? 243 . Скорость увеличивается в 243 раза.
Пример 4. Реакция при температуре 50 °С протекает за 3 мин 20 с. Температурный коэффициент скорости реакции равен 3. За сколько времени закончится эта реакция при 30 и 100 °С?
Решение.
При увеличении температуры от 50 до 100 °С скорость реакции возрастает в соответствии с правилом Вант-Гоффе в следующее число раз:
у hzh, 10Q-50
Ч _ 10 „О 10 — Q3
= у ю = з ю = з* = 243 раза.
"и
Если при 50°С реакция заканчивается за 200 с (3 мин 20 с), то при 100 °С она закончится за 200/
243 = 0,82 с. При 30 °С скорость реакции умень-
50-30
шится в 3 10 = З2 = 9 раз и реакция закончится через 200*9 = 1800 с, т.е. через 30 мин.
Пример 5. Исходные концентрации азота и водорода соответственно равны 2 и 3 *моль/л. Каковы будут концентрации этих веществ в тот момент, когда прореагировало 0,5 моль/л азота?
Решение.
Напишем уравнение реакции:
N2 + ЗН2 2NH3, коэффициенты показывают, что азот реагирует с водородом в молярном отношении 1:3. Основываясь на этом, составляем соотношение:
1 моль азота реагирует с 3 моль водорода.
0,5 моль азота реагирует с х моль водорода.
о 1 0,5 3-05
Откуда - = — ; х =—- = 1,5 моль.
3 х 1
Не прореагировало 1,5 моль/л (2 - 0,5) азота и 1,5 моль/л (3 - 1,5) водорода.
Пример 6. Во сколько раз увеличится скорость химической реакции, идущей при столкновении одной молекулы вещества А и двух молекул вещества В:
А(2) + 2В -» С(2) + D(2), при увеличении концентрации вещества В в 3 раза?
Решение.
Напишем выражение зависимости скорости данной реакции от концентрации веществ:
v = К-с(А)-с2(В),
где К — константа скорости.
Примем исходные концентрации веществ с(А) = а моль/л, с(В) = b моль/л. При этих концентрациях скорость реакции равна и1 = Kab2. При увеличении концентрации вещества В в 3 раза с(В) = ЗЬ моль/л. Скорость реакции будет равна v2 = Ka(3b)2 = 9КаЬ2.
Увеличение скорости v2: иг = 9Kab2: Kab2 = 9.
Пример 7. Оксид азота и хлор взаимодействуют по уравнению реакции: 2NO + С12 2NOC1.
Во сколько раз нужно увеличить давление каждого из исх
( ГОТОВОАЯ ИНФА )
I. Символ химического элемента и его название.
II. Положение химического элемента в периодической системе элементов Д.И. Менделеева:
1) порядковый номер;
2) номер периода;
3) номер группы;
4) подгруппа (главная или побочная).
III. Строение атома химического элемента:
1) заряд ядра атома;
2) относительная атомная масса химического элемента;
3) число протонов;
4) число электронов;
5) число нейтронов;
6) число электронных уровней в атоме.
IV. Электронная и электронно-графическая формулы атома, его валентные электроны.
V. Тип химического элемента (металл или неметалл, s-, p-, d-или f-элемент).
VI. Формулы высшего оксида и гидроксида химического элемента, характеристика их свойств (основные, кислотные или амфотерные).
VII. Сравнение металлических или неметаллических свойств химического элемента со свойствами элементов-соседей по периоду и подгруппой.
VIII. Максимальный и минимальный степень окисления атома.
Например, предоставим характеристику химического элемента с порядковым номером 15 и его соединениям по положению в периодической системе элементов Д. И. Менделеева и строению атома.
I. Находим в таблице Д. И. Менделеева клетку с номером химического элемента, записываем его символ и название.
Химический элемент номер 15 — Фосфор. Его символ Р.
II. Охарактеризуем положение элемента в таблице Д. И. Менделеева (номер периода, группы, тип подгруппы).
Фосфор находится в главной подгруппе V группы, в 3-м периоде.
III. Предоставим общую характеристику состава атома химического элемента (заряд ядра, атомная масса, число протонов, нейтронов, электронов и электронных уровней).
Заряд ядра атома фосфора равен +15. Относительная атомная масса фосфора равна 31. Ядро атома содержит 15 протонов и 16 нейтронов (31 — 15 = 16. Атом фосфора имеет три энергетических уровня, на которых находятся 15 электронов.
IV. Составляем электронной и электронно-графическую формулы атома, отмечаем его валентные электроны.
Электронная формула атома фосфора: 15P 1s2 2s2 2p6 3s2 3p3.
Электронно-графическая формула внешнего уровня атома фосфора: на третьем энергетическом уровне на 3s-подуровня находятся два электрона (в одной клетке записываются две стрелки, имеющие противоположное направление), на три р-подуровне находятся три электрона (в каждой из трех клеток записываются по одной стрелке, имеющие одинаковое направление).
Валентными электронами являются электроны внешнего уровня, т.е. 3s2 3p3 электроны.
V. Определяем тип химического элемента (металл или неметалл, s-, p-, d-или f-элемент).
Фосфор — неметалл. Поскольку в последнее подуровнем в атоме фосфора, который заполняется электронами, является p-подуровень, Фосфор относится к семейству p-элементов.
VI. Составляем формулы высшего оксида и гидроксида фосфора и характеризуем их свойства (основные, кислотные или амфотерные).
Высший оксид фосфора P2O5, проявляет свойства кислотного оксида. Гидроксид, соответствующий высшему оксиду, H3PO4, проявляет свойства кислоты. Подтвердим указанные свойства уравнениями видповиних химических реакций:
P2O5 + 3 Na2O = 2Na3PO4
H3PO4 + 3NaOH = Na3PO4 + 3H2O
VII. Сравним неметаллические свойства фосфора со свойствами элементов-соседей по периоду и подгруппой.
Соседом фосфора по подгруппе являются азот. Соседями фосфора за периодом является кремний и Сера. Неметаллические свойства атомов химических элементов главных подгрупп с ростом порядкового номера растут в периодах и снижаются в группах. Поэтому неметаллические свойства фосфора более выражены, чем у кремния и менее выражены, чем у азота и серы.
VIII. Определяем максимальный и минимальный степень окисления атома фосфора.
Максимальный положительный степень окисления для химических элементов главных подгрупп равен номеру группы. Фосфор находится в главной подгруппе пятой группы, поэтому максимальная степень окисления фосфора +5. Минимальная степень окисления для неметаллов в большинстве случаев равен разнице между номером группы и числом восемь. Так, минимальная степень окисления фосфора -3.