Скорость химической реакции

8 заданий

Что такое скорость реакции

Ржавчина появляется за месяцы, порох сгорает за доли секунды — а у одной и той же реакции скорость к тому же меняется во время процесса. Чтобы сравнивать, её нужно аккуратно определить.

При постоянном объёме за реакцией следят по концентрациям. Но участники меняются с разной быстротой: в реакции \(\ce{2N2O5 -> 4NO2 + O2}\) диоксид азота накапливается вдвое быстрее, чем расходуется \(\ce{N2O5}\). Чтобы скорость была одна для всей реакции, изменение концентрации делят на коэффициент:

\[v = -\frac12\frac{d[\ce{N2O5}]}{dt} = \frac14\frac{d[\ce{NO2}]}{dt} = \frac{d[\ce{O2}]}{dt}.\]

В общем виде \(v = \dfrac{1}{\nu_i}\dfrac{dc_i}{dt}\), где \(\nu_i\) отрицательны для реагентов. Единицы — моль/(л·с).

infoСкорость через степень протекания

Строго скорость определяют через степень протекания \(\xi\) (урок 17): \(v = \dfrac{1}{V}\dfrac{d\xi}{dt}\). При постоянном объёме \(dc_i = \nu_i\,d\xi/V\), и получается та же формула. Если же объём меняется — газ в цилиндре с поршнем, — считать надо через \(\xi\): концентрации меняются ещё и от расширения.

edit_noteРазбор: одна скорость на всех

В реакции \(\ce{2N2O5 -> 4NO2 + O2}\) концентрация \(\ce{NO2}\) за 10 с выросла на 0,040 моль/л. Средняя скорость реакции \(v = \dfrac14\cdot\dfrac{0{,}040}{10} = 1{,}0\cdot10^{-3}\) моль/(л·с). За то же время \(\ce{N2O5}\) убыло \(2\cdot1{,}0\cdot10^{-3}\cdot10 = 0{,}020\) моль/л, а кислорода образовалось 0,010 моль/л — проверьте по коэффициентам.

infoИз истории

Понятие константы скорости ввели английские химики Огастес Гаркорт и Уильям Эссон (1865–1867), изучая реакцию перманганата со щавелевой кислотой: Гаркорт ставил опыты, а математик Эссон подбирал к ним дифференциальные уравнения. Это была одна из первых совместных работ экспериментатора и теоретика в химии.

Средняя и мгновенная скорость

Скорость меняется по ходу реакции, поэтому различают:

среднюю за промежуток: \(\bar v = -\dfrac{\Delta c}{\Delta t}\) — наклон секущей на графике \(c(t)\);
мгновенную: предел средней при \(\Delta t \to 0\), производная — наклон касательной в данный момент.

Концентрация реагента во времени: наклон секущей — средняя скорость за промежуток, наклон касательной — мгновенная скорость

Обычно скорость со временем падает: реагентов становится меньше, и они реже встречаются. Исключения — автокаталитические реакции, где продукт ускоряет процесс.

push_pinГлавное

Скорость реакции при постоянном объёме \(v = \dfrac{1}{\nu_i}\dfrac{dc_i}{dt}\) (\(\nu_i < 0\) для реагентов) не зависит от того, за каким участником следят. Средняя скорость — наклон секущей на графике \(c(t)\), мгновенная — наклон касательной. Скорость обычно падает со временем: реагенты расходуются.

Закрепите теорию: 8 заданий с проверкой и подсказками, урок зачитывается от 70 %.