Метод начальных скоростей
Меняем одну концентрацию
Как узнать порядки, если механизм неизвестен? Проведём несколько опытов, каждый раз меняя концентрацию одного вещества, и измерим начальную скорость — пока продуктов ещё нет и обратная реакция не мешает.
edit_noteОкисление оксида азота
\(\ce{2NO + O2 -> 2NO2}\):
| Опыт | \([\ce{NO}]_0\), моль/л | \([\ce{O2}]_0\), моль/л | \(v_0\), моль/(л·с) |
|---|---|---|---|
| 1 | 0,010 | 0,010 | \(2{,}5\cdot10^{-5}\) |
| 2 | 0,020 | 0,010 | \(1{,}0\cdot10^{-4}\) |
| 3 | 0,010 | 0,020 | \(5{,}0\cdot10^{-5}\) |
Опыты 1 и 2: \([\ce{NO}]\) вдвое — скорость вчетверо, порядок по \(\ce{NO}\) второй. Опыты 1 и 3: \([\ce{O2}]\) вдвое — скорость вдвое, порядок первый. \(v = k[\ce{NO}]^2[\ce{O2}]\), \(k = \dfrac{2{,}5\cdot10^{-5}}{(0{,}010)^2\cdot0{,}010} = 25\) л²/(моль²·с).
infoГде пригодилась эта реакция
Окисление \(\ce{NO}\) кислородом — стадия производства азотной кислоты по методу Оствальда (1902): аммиак сжигают на платиновой сетке до \(\ce{NO}\), затем окисляют до \(\ce{NO2}\) и поглощают водой. Скорость этой стадии при нагревании падает (урок 83), поэтому нитрозный газ перед окислением охлаждают — редкий случай, когда холод ускоряет реакцию.
График в логарифмах и проверка
Концентрации не всегда меняют ровно вдвое. Тогда порядок находят логарифмированием: из \(\dfrac{v_2}{v_1} = \left(\dfrac{c_2}{c_1}\right)^m\) следует \(m = \dfrac{\lg(v_2/v_1)}{\lg(c_2/c_1)}\). Например, при увеличении концентрации вчетверо скорость выросла в 8 раз: \(m = \lg8/\lg4 = 1{,}5\) — дробный порядок, признак многостадийного механизма.
Если опытов много, удобно построить график \(\lg v_0\) от \(\lg c\): из \(v_0 = k c^m\) следует \(\lg v_0 = \lg k + m\lg c\) — прямая с наклоном, равным порядку.
task_altИзбыточные данные
Закон, найденный по трём опытам, проверяют четвёртым: предсказывают скорость и сравнивают с измеренной. Совпадение подтверждает модель; расхождение больше погрешности говорит, что закон сложнее или в данных ошибка.
lightbulbЛайфхак: порядок по кратности
При удвоении концентрации скорость растёт в \(2^m\) раз: в 2 раза — первый порядок, в 4 — второй, в 8 — третий, в 1,41 раза — порядок ½, не меняется — нулевой. При утроении: 3, 9, 27 и 1,73. Эти числа стоит узнавать с одного взгляда.
push_pinГлавное
В каждой паре опытов меняют концентрацию одного вещества; порядок \(m = \lg(v_2/v_1)/\lg(c_2/c_1)\). Начальные скорости удобны: продуктов ещё нет, обратная реакция не мешает. Константу находят из любого опыта, а лишние опыты служат проверкой: закон должен описывать и их. На графике \(\lg v_0\) от \(\lg c\) порядок — наклон прямой.
Закрепите теорию: 8 заданий с проверкой и подсказками, урок зачитывается от 70 %.