Порядок и закон скорости
Закон скорости
Как скорость зависит от концентраций? Опыт показывает, что во многих случаях — степенным образом:
Показатели \(m\) и \(n\) — частные порядки по веществам, их сумма — общий порядок; \(k\) — константа скорости.
errorПорядок — не коэффициент
Для \(\ce{NO2 + CO -> NO + CO2}\) при низких температурах \(v = k[\ce{NO2}]^2\): второй порядок по \(\ce{NO2}\) и нулевой по \(\ce{CO}\), хотя коэффициенты равны 1. Реакция \(\ce{H2 + Br2 -> 2HBr}\) имеет сложный закон с дробным порядком. Порядки определяют только из эксперимента: они отражают механизм (тема 8), а суммарное уравнение о механизме ничего не говорит.
Совпадают порядки и коэффициенты только у элементарной реакции — одного акта столкновения: \(\ce{NO + O3 -> NO2 + O2}\) идёт в одну стадию, и \(v = k[\ce{NO}][\ce{O3}]\). Большинство же реакций многостадийны; закон скорости задаёт самая медленная стадия вместе с предшествующими ей быстрыми равновесиями. Отсюда дробные и нулевые порядки, а иногда и закон не степенного вида: для \(\ce{H2 + Br2 -> 2HBr}\) \(v = \dfrac{k[\ce{H2}][\ce{Br2}]^{1/2}}{1 + k^{\prime}[\ce{HBr}]/[\ce{Br2}]}\) — у такого закона общего порядка нет вовсе.
infoИнтересный факт
Реакцию \(\ce{H2 + I2 -> 2HI}\) почти 70 лет приводили в учебниках как образец простой бимолекулярной реакции: закон скорости \(v = k[\ce{H2}][\ce{I2}]\) идеально совпадал с уравнением. Лишь в 1967 году Джон Салливан показал, что при облучении светом, расщепляющим \(\ce{I2}\) на атомы, скорость растёт, — в механизме участвуют атомы иода. Совпадение закона с уравнением ещё не доказывает, что реакция элементарна.
Константа скорости и её единицы
Скорость зависит от концентраций и меняется по ходу реакции. Константа скорости от концентраций не зависит — только от температуры (и катализатора). Это разные величины с разными единицами:
| Общий порядок | Закон | Единицы \(k\) |
|---|---|---|
| 0 | \(v = k\) | моль/(л·с) |
| 1 | \(v = k[\ce{A}]\) | с⁻¹ |
| 2 | \(v = k[\ce{A}]^2\) или \(k[\ce{A}][\ce{B}]\) | л/(моль·с) |
| 3 | \(v = k[\ce{A}]^2[\ce{B}]\) | л²/(моль²·с) |
Единицы \(k\) сразу выдают порядок — удобная проверка.
push_pinГлавное
Закон скорости \(v = k[\ce{A}]^m[\ce{B}]^n\): \(m\), \(n\) — частные порядки, \(m + n\) — общий. Порядки находят из опыта: они совпадают с коэффициентами только для элементарных реакций. Константа скорости \(k\) зависит от температуры, но не от концентраций; её единицы — (моль/л)\(^{1-n}\)·с⁻¹. Скорость и константа скорости — разные величины.
Закрепите теорию: 8 заданий с проверкой и подсказками, урок зачитывается от 70 %.