Задание 1813 мин на разбор

Скорость химической реакции

Почему порошок растворяется быстрее куска, зачем нагревают колбу и что на самом деле делает катализатор. Разберём все факторы и научимся считать по правилу Вант-Гоффа.

1Что такое скорость реакции

Скорость показывает, насколько быстро меняется концентрация вещества. Для гомогенных реакций её считают на единицу объёма, для гетерогенных — на единицу площади поверхности.

v = Δc / Δt, моль/(л·с)

Δc — изменение концентрации, Δt — промежуток времени

2Пять факторов

Фактор	Как влияет	Почему
Природа веществ	определяет саму возможность реакции	разная прочность связей и энергия активации
Концентрация	выше концентрация — выше скорость	чаще столкновения частиц
Температура	рост на 10 °C ускоряет в 2–4 раза	больше частиц с достаточной энергией
Площадь поверхности	измельчение ускоряет	только для гетерогенных реакций
Катализатор	ускоряет, сам не расходуется	снижает энергию активации

3Соберите условия сами

Классический школьный опыт: цинк и соляная кислота. Меняйте условия — и смотрите, как меняется поток пузырьков водорода.

Лаборатория: что ускоряет реакцию

Меняйте условия — скорость пересчитывается, а пузырьки водорода идут быстрее

Концентрация кислоты1 моль/л

Температура20 °C

Состояние цинка

Добавить катализатор (соль меди)

Скорость относительно исходной

×1.0

концентрация ×1.0температура ×1.0поверхность ×1

4Закон действующих масс

Для простой гомогенной реакции скорость пропорциональна произведению концентраций реагентов, взятых в степенях их коэффициентов.

v = k[A]ᵃ[B]ᵇ

для реакции aA + bB → продукты

Твёрдые вещества в это выражение не входят: их концентрация постоянна. Поэтому для реакции C(тв) + O₂(г) → CO₂(г) скорость записывают как v = k·[O₂].

Проверьте себя

Как изменится скорость реакции 2NO + O₂ → 2NO₂, если концентрацию NO увеличить в 2 раза?

Кинетическое уравнение v = k·[NO]²·[O₂]. Концентрация NO входит во второй степени, поэтому при увеличении вдвое скорость растёт в 2² = 4 раза.

5Правило Вант-Гоффа

При повышении температуры на каждые 10 градусов скорость возрастает в 2–4 раза. Коэффициент γ показывает, во сколько именно.

Правило Вант-Гоффа: считаем во сколько раз

Задайте температуры и коэффициент γ — увидите расчёт по шагам

v₂ / v₁ = γ^((t₂ − t₁) / 10)

γ — температурный коэффициент, обычно 2–4

Начальная t₁20 °C

Конечная t₂50 °C

Коэффициент γ2

Находим изменение температуры

Δt = 50 − 20 = 30 °C

Делим на 10 — получаем показатель степени

(30) / 10 = 3

Возводим γ в эту степень

2^3 = 8.00

Скорость возрастает

в 8.0 раза

6Катализ

Катализатор снижает энергию активации — тот энергетический барьер, который частицы должны преодолеть. Барьер ниже, значит подходящих столкновений больше, и реакция идёт быстрее. При этом сам катализатор из реакции выходит неизменным.

Обратите внимание: катализатор опускает вершину, но уровни исходных веществ и продуктов остаются прежними. Тепловой эффект реакции не меняется.

MnO₂ — разложение H₂O₂ и KClO₃
Fe — синтез аммиака
V₂O₅ — окисление SO₂ до SO₃
Pt, Ni — гидрирование, окисление аммиака
Конц. H₂SO₄ — этерификация и дегидратация спиртов
AlCl₃ — алкилирование бензола

Проверьте себя

На скорость какой реакции не влияет измельчение твёрдого вещества?

Измельчение увеличивает площадь соприкосновения, а это работает только для гетерогенных реакций. Синтез аммиака идёт между газами — реакция гомогенная, твёрдых веществ в ней нет, дробить нечего.

Коротко

v = Δc/Δt, единицы — моль/(л·с)
Закон действующих масс: v = k·[A]ᵃ·[B]ᵇ
Твёрдые вещества в кинетическое уравнение не входят
Правило Вант-Гоффа: v₂/v₁ = γ^(Δt/10)
Давление действует только на реакции с газами
Катализатор ускоряет реакцию, но не смещает равновесие