Химическая кинетика - раздел физической химии, изучающий скорости химических реакций. Основные задачи химической кинетики: 1) расчет скоростей реакций и определение кинетических кривых, т.е. зависимости концентраций реагирующих веществ от времени (прямая задача); 2) определение механизмов реакций по кинетическим кривым (обратная задача).
Скорость химической реакции описывает изменение концентраций реагирующих веществ в единицу времени. Для реакции
aA + bB + ... dD + eE + ...,
где k - константа скорости (не зависящая от концентрации); x, y - некоторые числа, которые называют порядком реакции по веществам A и B, соответственно. Эти числа в общем случае никак не связаны с коэффициентами a и b в уравнении реакции. Сумма показателей степеней x + y называется общим порядком реакции. Порядок реакции может быть положительным или отрицательным, целым или дробным.
Большинство химических реакций состоит из нескольких стадий, называемых элементарными реакциями. Под элементарной реакцией обычно понимают единичный акт образования или разрыва химической связи, протекающий через образование переходного комплекса. Число частиц, участвующих в элементарной реакции, называют молекулярностью реакции. Элементарные реакции бывают только трех типов: мономолекулярные (A rarrow.gif (63 bytes) B + ...), бимолекулярные (A + B rarrow.gif (63 bytes) D + ...) и тримолекулярные (2A + B rarrow.gif (63 bytes) D + ...). Для элементарных реакций общий порядок равен молекулярности, а порядки по веществам равны коэффициентам в уравнении реакции.
ПРИМЕРЫ
Пример 1-1. Скорость образования NO в реакции 2NOBr(г) rarrow.gif (63 bytes) 2NO(г) + Br2(г) равна 1.6. 10-4 моль/(л. с).
При взаимодействии кальция с водой образуется гидроксид кальция и выделяется водород:
Ca + 2H2O = Ca(OH)2 + H2.
При пропускании углекислого газа через раствор гидроксида калия образуется гидрокарбонат кальция:
Ca(OH)2 + 2CO2 = Ca(HCO3)2.
Карбонат кальция образуется при взаимодействии гидрокарбоната с гидроксидом кальция:
Ca(HСО3)2 + Cа(OН)2 = 2CaCO3 + 2H2O.
В результате термического разложения карбоната кальция образуется оксид:
CaCO3 = CaO + CO2.
При алюмотермическом восстановлении оксида получится металлический кальций:
4CaO + 2Al = 3Ca + CaAl2O4.
Задача 2. Для растворения смеси оксида и карбоната магния потребовалось 400 мл 2 моль/л раствора соляной кислоты. В результате взаимодействия выделилось 6,72 л газа. Определите массы веществ в смеси.
Дано:
V (р-ра HCl) = 400 мл
CM = 2 моль/л
V (газа) = 6,72 л
М (MgO) = 40 г/моль
М (MgСO3) = 84 г/мольПри взаимодействии кальция с водой образуется гидроксид кальция и выделяется водород:
Ca + 2H2O = Ca(OH)2 + H2.
При пропускании углекислого газа через раствор гидроксида калия образуется гидрокарбонат кальция:
Ca(OH)2 + 2CO2 = Ca(HCO3)2.
Карбонат кальция образуется при взаимодействии гидрокарбоната с гидроксидом кальция:
Ca(HСО3)2 + Cа(OН)2 = 2CaCO3 + 2H2O.
В результате термического разложения карбоната кальция образуется оксид:
CaCO3 = CaO + CO2.
При алюмотермическом восстановлении оксида получится металлический кальций:
4CaO + 2Al = 3Ca + CaAl2O4.
Задача 2. Для растворения смеси оксида и карбоната магния потребовалось 400 мл 2 моль/л раствора соляной кислоты. В результате взаимодействия выделилось 6,72 л газа. Определите массы веществ в смеси.
Дано:
V (р-ра HCl) = 400 мл
CM = 2 моль/л
V (газа) = 6,72 л
М (MgO) = 40 г/моль
М (MgСO3) = 84 г/моль
Запишем уравнения реакций взаимодействия компонентов смеси с соляной кислотой:
MgO + 2HCl = MgCl2 + H2O, (1)
MgCO3 + 2HCl = MgCl2 + CO2 + H2O. (2)
Газ выделяется только в реакции (2), при взаимодействии карбоната магния и кислоты. Вычислим количество образовавшегося газа и определим количество карбоната магния:
(моль),
по уравнению реакции (2) 1 моль газа образуется из 1 моль карбоната магния, следовательно, 0,3 моль газа образуется из 0,3 моль карбоната магния. Масса карбоната магния равна:
m (MgCO3) = n · M = 0,3 · 84 = 25,2 (г).
Определить количество оксида магния в смеси можно, зная количество соляной кислоты, пошедшей на реакцию (1). Вычислим общее количество соляной кислоты. По определению молярной концентрации:
, тогда:
n (HCl) = CM · V(р-ра) = 2 · 0,4 = 0,8 (моль).
По уравнению реакции (2) 1 моль карбоната магния соответствует 2 моль соляной кислоты, в смеси имеется 0,3 моль карбоната, следовательно, на его растворение израсходовано 0,6 моль кислоты. Оставшаяся кислота реагирует с оксидом магния. Вычислим количество кислоты, пошедшей на реакцию (1):
то есть во взаимодействие с оксидом вступает 0,2 моль кислоты. По уравнению реакции (1) 1 моль оксида магния соответствует 2 моль кислоты, следовательно, 0,2 моль кислоты реагирует с 0,1 моль оксида. Масса оксида равна:
Объяснение:
Химическая кинетика - раздел физической химии, изучающий скорости химических реакций. Основные задачи химической кинетики: 1) расчет скоростей реакций и определение кинетических кривых, т.е. зависимости концентраций реагирующих веществ от времени (прямая задача); 2) определение механизмов реакций по кинетическим кривым (обратная задача).
Скорость химической реакции описывает изменение концентраций реагирующих веществ в единицу времени. Для реакции
aA + bB + ... dD + eE + ...,
где k - константа скорости (не зависящая от концентрации); x, y - некоторые числа, которые называют порядком реакции по веществам A и B, соответственно. Эти числа в общем случае никак не связаны с коэффициентами a и b в уравнении реакции. Сумма показателей степеней x + y называется общим порядком реакции. Порядок реакции может быть положительным или отрицательным, целым или дробным.
Большинство химических реакций состоит из нескольких стадий, называемых элементарными реакциями. Под элементарной реакцией обычно понимают единичный акт образования или разрыва химической связи, протекающий через образование переходного комплекса. Число частиц, участвующих в элементарной реакции, называют молекулярностью реакции. Элементарные реакции бывают только трех типов: мономолекулярные (A rarrow.gif (63 bytes) B + ...), бимолекулярные (A + B rarrow.gif (63 bytes) D + ...) и тримолекулярные (2A + B rarrow.gif (63 bytes) D + ...). Для элементарных реакций общий порядок равен молекулярности, а порядки по веществам равны коэффициентам в уравнении реакции.
ПРИМЕРЫ
Пример 1-1. Скорость образования NO в реакции 2NOBr(г) rarrow.gif (63 bytes) 2NO(г) + Br2(г) равна 1.6. 10-4 моль/(л. с).
При взаимодействии кальция с водой образуется гидроксид кальция и выделяется водород:
Ca + 2H2O = Ca(OH)2 + H2.
При пропускании углекислого газа через раствор гидроксида калия образуется гидрокарбонат кальция:
Ca(OH)2 + 2CO2 = Ca(HCO3)2.
Карбонат кальция образуется при взаимодействии гидрокарбоната с гидроксидом кальция:
Ca(HСО3)2 + Cа(OН)2 = 2CaCO3 + 2H2O.
В результате термического разложения карбоната кальция образуется оксид:
CaCO3 = CaO + CO2.
При алюмотермическом восстановлении оксида получится металлический кальций:
4CaO + 2Al = 3Ca + CaAl2O4.
Задача 2. Для растворения смеси оксида и карбоната магния потребовалось 400 мл 2 моль/л раствора соляной кислоты. В результате взаимодействия выделилось 6,72 л газа. Определите массы веществ в смеси.
Дано:
V (р-ра HCl) = 400 мл
CM = 2 моль/л
V (газа) = 6,72 л
М (MgO) = 40 г/моль
М (MgСO3) = 84 г/мольПри взаимодействии кальция с водой образуется гидроксид кальция и выделяется водород:
Ca + 2H2O = Ca(OH)2 + H2.
При пропускании углекислого газа через раствор гидроксида калия образуется гидрокарбонат кальция:
Ca(OH)2 + 2CO2 = Ca(HCO3)2.
Карбонат кальция образуется при взаимодействии гидрокарбоната с гидроксидом кальция:
Ca(HСО3)2 + Cа(OН)2 = 2CaCO3 + 2H2O.
В результате термического разложения карбоната кальция образуется оксид:
CaCO3 = CaO + CO2.
При алюмотермическом восстановлении оксида получится металлический кальций:
4CaO + 2Al = 3Ca + CaAl2O4.
Задача 2. Для растворения смеси оксида и карбоната магния потребовалось 400 мл 2 моль/л раствора соляной кислоты. В результате взаимодействия выделилось 6,72 л газа. Определите массы веществ в смеси.
Дано:
V (р-ра HCl) = 400 мл
CM = 2 моль/л
V (газа) = 6,72 л
М (MgO) = 40 г/моль
М (MgСO3) = 84 г/моль
Запишем уравнения реакций взаимодействия компонентов смеси с соляной кислотой:
MgO + 2HCl = MgCl2 + H2O, (1)
MgCO3 + 2HCl = MgCl2 + CO2 + H2O. (2)
Газ выделяется только в реакции (2), при взаимодействии карбоната магния и кислоты. Вычислим количество образовавшегося газа и определим количество карбоната магния:
(моль),
по уравнению реакции (2) 1 моль газа образуется из 1 моль карбоната магния, следовательно, 0,3 моль газа образуется из 0,3 моль карбоната магния. Масса карбоната магния равна:
m (MgCO3) = n · M = 0,3 · 84 = 25,2 (г).
Определить количество оксида магния в смеси можно, зная количество соляной кислоты, пошедшей на реакцию (1). Вычислим общее количество соляной кислоты. По определению молярной концентрации:
, тогда:
n (HCl) = CM · V(р-ра) = 2 · 0,4 = 0,8 (моль).
По уравнению реакции (2) 1 моль карбоната магния соответствует 2 моль соляной кислоты, в смеси имеется 0,3 моль карбоната, следовательно, на его растворение израсходовано 0,6 моль кислоты. Оставшаяся кислота реагирует с оксидом магния. Вычислим количество кислоты, пошедшей на реакцию (1):
n1 (HCl) = n (HCl) – n2 (HCl) = 0,8 – 0,6 = 0,2 (моль),
то есть во взаимодействие с оксидом вступает 0,2 моль кислоты. По уравнению реакции (1) 1 моль оксида магния соответствует 2 моль кислоты, следовательно, 0,2 моль кислоты реагирует с 0,1 моль оксида. Масса оксида равна:
m (MgO) = n · M = 0,1 · 40 = 4 (г).
ответ: m (MgО) = 4 г; m (MgCO3) = 25,2 г.
Объяснение: