Факторы скорости хим реакции. Факторы, влияющие на скорость химической реакции. Влияние катализатора на скорость реакции

Некоторые химические реакции происходят практически мгновенно (взрыв кислородно-водородной смеси, реакции ионного обмена в водном растворе), вторые — быстро (горение веществ, взаимодействие цинка с кислотой), третьи — медленно (ржавление железа, гниение органических остатков). Известны настолько медленные реакции, что человек их просто не может заметить. Так, например, преобразование гранита в песок и глину происходит в течение тысяч лет.

Другими словами, химические реакции могут протекать с разной скоростью .

Но что же такое скорость реакции ? Каково точное определение данной величины и, главное, ее математическое выражение?

Скоростью реакции называют изменение количества вещества за одну единицу времени в одной единице объема. Математически это выражение записывается как:

Где n 1 и n 2 – количество вещества (моль) в момент времени t 1 и t 2 соответственно в системе объемом V .

То, какой знак плюс или минус (±) будет стоять перед выражением скорости, зависит от того, на изменение количества какого вещества мы смотрим – продукта или реагента.

Очевидно, что в ходе реакции происходит расход реагентов, то есть их количество уменьшается, следовательно, для реагентов выражение (n 2 — n 1) всегда имеет значение меньше нуля. Поскольку скорость не может быть отрицательной величиной, в этом случае перед выражением нужно поставить знак «минус».

Если же мы смотрим на изменение количества продукта, а не реагента, то перед выражением для расчета скорости знак «минус» не требуется, поскольку выражение (n 2 — n 1) в этом случае всегда положительно, т.к. количество продукта в результате реакции может только увеличиваться.

Отношение количества вещества n к объему, в котором это количество вещества находится, называют молярной концентрацией С :

Таким образом, используя понятие молярной концентрации и его математическое выражение, можно записать другой вариант определения скорости реакции:

Скоростью реакции называют изменение молярной концентрации вещества в результате протекания химической реакции за одну единицу времени:

Факторы, влияющие на скорость реакции

Нередко бывает крайне важно знать, от чего зависит скорость той или иной реакции и как на нее повлиять. Например, нефтеперерабатывающая промышленность в буквальном смысле бьется за каждые дополнительные полпроцента продукта в единицу времени. Ведь учитывая огромное количество перерабатываемой нефти, даже полпроцента вытекает в крупную финансовую годовую прибыль. В некоторых же случаях крайне важно какую-либо реакцию замедлить, в частности коррозию металлов.

Так от чего же зависит скорость реакции? Зависит она, как ни странно, от множества различных параметров.

Для того чтобы разобраться в этом вопросе прежде всего давайте представим, что происходит в результате химической реакции, например:

Написанное выше уравнение отражает процесс, в котором молекулы веществ А и В, сталкиваясь друг с другом, образуют молекулы веществ С и D.

То есть, несомненно, для того чтобы реакция прошла, как минимум, необходимо столкновение молекул исходных веществ. Очевидно, если мы повысим количество молекул в единице объема, число столкновений увеличится аналогично тому, как возрастет частота ваших столкновений с пассажирами в переполненном автобусе по сравнению с полупустым.

Другими словами, скорость реакции возрастает при увеличении концентрации реагирующих веществ.

В случае, когда один из реагентов или сразу несколько являются газами, скорость реакции увеличивается при повышении давления, поскольку давление газа всегда прямо пропорционально концентрации составляющих его молекул.

Тем не менее, столкновение частиц является, необходимым, но вовсе недостаточным условием протекания реакции. Дело в том, что согласно расчетам, число столкновений молекул реагирующих веществ при их разумной концентрации настолько велико, что все реакции должны протекать в одно мгновение. Тем не менее, на практике этого не происходит. В чем же дело?

Дело в том, что не всякое соударение молекул реагентов обязательно будет эффективным. Многие соударения являются упругими – молекулы отскакивают друг от друга словно мячи. Для того чтобы реакция прошла, молекулы должны обладать достаточной кинетической энергией. Минимальная энергия, которой должны обладать молекулы реагирующих веществ для того, чтобы реакция прошла, называется энергией активации и обозначается как Е а. В системе, состоящей из большого количества молекул, существует распределение молекул по энергии, часть из них имеет низкую энергию, часть высокую и среднюю. Из всех этих молекул только у небольшой части молекул энергия превышает энергию активации.

Как известно из курса физики, температура фактически есть мера кинетической энергии частиц, из которых состоит вещество. То есть, чем быстрее движутся частицы, составляющие вещество, тем выше его температура. Таким образом, очевидно, повышая температуру мы по сути увеличиваем кинетическую энергию молекул, в результате чего возрастает доля молекул с энергией, превышающей Е а и их столкновение приведет к химической реакции.

Факт положительного влияния температуры на скорость протекания реакции еще в 19м веке эмпирически установил голландский химик Вант Гофф. На основании проведенных им исследований он сформулировал правило, которое до сих пор носит его имя, и звучит оно следующим образом:

Скорость любой химической реакции увеличивается в 2-4 раза при повышении температуры на 10 градусов.

Математическое отображение данного правила записывается как:

где V 2 и V 1 – скорость при температуре t 2 и t 1 соответственно, а γ – температурный коэффициент реакции, значение которого чаще всего лежит в диапазоне от 2 до 4.

Часто скорость многих реакций удается повысить, используя катализаторы .

Катализаторы – вещества, ускоряющие протекание какой-либо реакции и при этом не расходующиеся.

Но каким же образом катализаторам удается повысить скорость реакции?

Вспомним про энергию активации E a . Молекулы с энергией меньшей, чем энергия активации в отсутствие катализатора друг с другом взаимодействовать не могут. Катализаторы, изменяют путь, по которому протекает реакция подобно тому, как опытный проводник проложит маршрут экспедиции не напрямую через гору, а с помощью обходных троп, в результате чего даже те спутники, которые не имели достаточно энергии для восхождения на гору, смогут перебраться на другую ее сторону.

Не смотря на то что катализатор при проведении реакции не расходуется, тем не менее он принимает в ней активное участие, образуя промежуточные соединения с реагентами, но к концу реакции возвращается к своему изначальному состоянию.

Кроме указанных выше факторов, влияющих на скорость реакции, если между реагирующими веществами есть граница раздела (гетерогенная реакция), скорость реакции будет зависеть также и от площади соприкосновения реагентов. Например, представьте себе гранулу металлического алюминия, которую бросили в пробирку с водным раствором соляной кислоты. Алюминий – активный металл, который способен реагировать с кислотами неокислителями. С соляной кислотой уравнение реакции выглядит следующим образом:

2Al + 6HCl → 2AlCl 3 + 3H 2

Алюминий представляет собой твердое вещество, и это значит, что реакция с соляной кислотой идет только на его поверхности. Очевидно, что если мы увеличим площадь поверхности, предварительно раскатав гранулу алюминия в фольгу, мы тем самым предоставим большее количество доступных для реакции с кислотой атомов алюминия. В результате этого скорость реакции увеличится. Аналогичным образом увеличения поверхности твердого вещества можно добиться измельчением его в порошок.

Также на скорость гетерогенной реакции, в которой реагирует твердое вещество с газообразным или жидким, часто положительно влияет перемешивание, что связано с тем, что в результате перемешивания достигается удаление из зоны реакции скапливающихся молекул продуктов реакции и «подносится» новая порция молекул реагента.

Последним следует отметить также огромное влияние на скорость протекания реакции и природы реагентов. Например, чем ниже в таблице Менделеева находится щелочной металл, тем быстрее он реагирует с водой, фтор среди всех галогенов наиболее быстро реагирует с газообразным водородом и т.д.

Резюмируя все вышесказанное, скорость реакции зависит от следующих факторов:

1) концентрация реагентов: чем выше, тем больше скорость реакции.

2) температура: с ростом температуры скорость любой реакции увеличивается.

3) площадь соприкосновения реагирующих веществ: чем больше площадь контакта реагентов, тем выше скорость реакции.

4) перемешивание, если реакция происходит меду твердым веществом и жидкостью или газом перемешивание может ее ускорить.

МБОУ «Элистинский технический лицей»,

учитель химии Полоусова В.В.

Урок химии в 11 классе

Тема урока:

Скорость химической реакции. Факторы, влияющие на скорость химических реакций.

Урок химии в 11 классе

Тема урока: Скорость химической реакции. Факторы, влияющие на скорость химических реакций.

Тип урока : комбинированный урок.

Форма учебной деятельности : коллективная, парная, индивидуальная, химический эксперимент.

Методы: проблемно-интегративный, эвристический, объяснительно-иллюстрированный.

Оборудование: на столах учащихся:

Приборы: набор пробирок, штатив.

Реактивы: цинк в гранулах, магний в стружке, алюминий в гранулах, медь в проволоке, кусочки и порошок известняка, растворы серной и соляной кислот (5- и 10 % -ные растворы), вода, растворы: тиосульфата натрия, сульфата меди (II ), роданида калия, хлорида железа (III ),

«Скажи и я забуду; покажи и я запомню,

дай действовать и я научусь»

Китайская мудрость

Цели урока:

Образовательные:

    Продолжить формирование понятия скорости химической реакции

    Обеспечить работу по изучению факторов, влияющих на скорость реакции, опираясь на субъектный опыт учащихся.

    Закрепление навыков лабораторной работы.

Развивающие:

    Развивать психические процессы (внимание, память, мышление).

    Развивать умения работать в группе, исследовательские навыки.

Воспитательные:

    Формирование научной картины мира.

    Создание условий для развития коммуникативных навыков.

Ход урока

    Организационный этап.

    Этап актуализации знаний (видеосюжет «Скорость химической реакции 09сек-1мин)

Вступительное слово учителя.

В жизни часто приходится управлять химической реакцией. Для разжигания угля в топке нужно ускорить реакцию. А для тушения пожара – замедлить и прекратить совсем. Выплавку металла на металлургических заводах нужно ускорить, а процесс ржавления железа по возможности, замедлить, поскольку прекратить совсем эту реакцию мы не можем. Чтобы управлять скоростью реакции, нужно знать, от чего она зависит.

«Что может повлиять на изменение скорости химической реакции?» Учащиеся высказывают предположения. Для подтверждения своих гипотез учащимся предлагается выполнить ряд экспериментальных заданий. Задания выполняются в группах. Каждая группа получает свою инструкцию. Результаты работы оформляются в виде таблицы .

    Этап исследования – лабораторный эксперимент ,

Опыт №1. Зависимость скорости реакции от природы реагирующих веществ.

Учащиеся выполняют опыт по исследованию растворимости двух металлов в соляной кислоте. (приложение 1)

Первый фактор - это природа реагирующих веществ. Учащиеся на доске и в тетрадях записывают уравнения реакций:

Zn + 2HCl = ZnCl 2 + H 2 Cu + HCl - реакция не идёт.

(По ходу повторяем активность Ме в ряду напряжений)

Опыт №2. Зависимость скорости реакции от площади поверхности соприкосновения.

Учащихся проверяют

    скорость растворимости карбоната кальция в двух видах: в виде порошка и в виде кусочка (известняк) в соляной кислоте.

    скорость взаимодействия раствора соляной кислоты с гранулами и порошком цинка.

На основании наблюдений учащиеся делают вывод, что прежде, чем проводить реакцию, надо измельчить вещества, а ещё лучше вести реакции в растворах.

Второй фактор – площадь соприкосновения реагирующих веществ. Чем она больше, тем быстрее идёт реакция. Учитель поясняет, чтобы происходила реакция, необходимо наличие частиц участвующих веществ: чем их больше, тем чаще они встречаются, тем быстрее идёт реакция. Учащиеся записывают уравнение реакции:

C аСО 3 + 2HCl = C аCl 2 + CO 2 + H 2 О

Опыт №3. Зависимость скорости реакции от концентрации.

Учащиеся испытывают

    скорость растворимости цинка в соляной кислоте различной концентрации.

Учащиеся делают соответствующий вывод: третий фактор – концентрация реагирующих веществ. (Объяснение учителя аналогично предыдущему). Учащиеся записывают уравнение реакции:

Zn + 2HCl = ZnCl 2 + H 2

    скорость взаимодействия растворов тиосульфата натрия разной концентрации с раствором серной кислоты.

Вывод: Скорость химических реакций прямо пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ, взятых в степенях их коэффициентов в уравнении реакции. Это основной закон химической кинетики .

(Сформулирован норвежскими учеными Гульбергом и Вааге и, независимо от них, русским химиком Н.Н. Бекетовым.

nA+ mB -> pC

V = k [A] п [B] m

Это кинетическое уравнение скорости химической реакции.

[A], [B] (моль/л) – концентрации исходных веществ; n, m – коэффициенты в уравнении реакции; k – константа скорости.

Физический смысл константы скорости (k):

если [A] = [B] = 1 моль/л, =>,. υ = k. Это скорость данной реакции в стандартных условиях.

Примеры:

№ 1. 2Н 2 (г) + О 2 (г) =2Н 2 О(г)

υ = k 2

Как изменится скорость этой реакции, если концентрацию каждого из исходных веществ увеличить в 2 раза?

υ = k(2) 2 (2);

2 и 2 – новые концентрации исходных веществ.

υ = k 4 2 2

υ = 8k 2 .

Сравним с уравнением (1) – скорость увеличилась в 8 раз.

№ 2. 2Сu (тв.) + О 2 (г) = 2СuO (тв.)

υ = k 2 , однако концентрация твердого вещества исключается из уравнения – ее невозможно изменить – постоянная величина.

Cu тв =>[ Сu] = const

υ = k

Опыт №4. Зависимость скорости реакции от температуры.

Учащиеся сравнивают скорость химической реакции взаимодействия цинка с соляной кислотой при разных температурах и определяют зависимость скорости химической реакции взаимодействия тиосульфата натрия с серной кислотой от температуры.

Помутнение обусловлено образованием серы:

Na 2 S 2 O 3 + H 2 SO 4 = Na 2 SO 4 + SO 2 + S ↓+ H 2 O

Учащиеся делают выводы, а учитель рассказывает им о правиле Вант-Гоффа:

При повышении температуры на каждые 10ºС скорость большинства реакций увеличивается в 2-4 раза.

Число, показывающее, во сколько раз увеличивается скорость реакции, обозначается латинской буквой γ и называется температурным коэффициентом.

Изменение скорости реакции можно посчитать по следующей формуле:

v 2 /v 1 = γ (t 1 – t 2)/10 ,

где v 1 – скорость реакции до нагревания;

v 2 – скорость реакции после нагревания;

t 1 – температура до нагревания;

t 2 – температура после нагревания;

γ – температурный коэффициент.

Учащиеся записывают формулу в тетрадях. Итак, четвёртый фактор – температура.

Объяснение учителя: необходимо не только наличие, но и движение частиц реагирующих веществ. А чем выше температура, тем более интенсивным становится движение, тем чаще они встречаются друг с другом, тем быстрее идёт реакция.

Решение задачи : во сколько раз изменится скорость реакции при увеличении температуры от 200 до 600ºС. Температурный коэффициент равен 2. (Один из учащихся вызывается к доске).

Опыт №5. Зависимость скорости реакции от катализатора

Учащимся предложено рассмотреть влияние катализатора сульфата меди на скорость взаимодействия роданида железа (III ) и раствора тиосульфата натрия.

Реакция протекает согласно уравнению:

CuSO 4

2Fe(NCS) 3 + Na 2 S 2 O 3 2Fe(NCS) 2 + 2NaNCS +Na 2 S 4 O 6

И провести опыты с картофелем и перекисью водорода. В 1-ю пробирку положены кусочки сырого картофеля, во вторую - вареного. Добавляем перекись водорода в обе пробирки и наблюдаем бурное выделение газа только в первой, так как в сыром картофеле содержится фермент каталаза, ускоряющий разложение перекиси водорода на кислород и воду. В вареном картофеле фермент по своей природе белок свернулся - денатурировал. В отсутствии катализатора реакции идут медленно.

2Н 2 О 2 =2Н 2 О + О 2

Так что же такое катализатор? Сформулируем ответ.

IV этап. Закрепление и первичная проверка знаний .

Решение тестовых заданий ЕГЭ (при помощи слайдов презентации №9-14) (устно, поочередно спрашивая учащихся).

V . Рефлексия. Самопроверка.

Домашнее задание. § 15, упр.1-7стр.136;

Список использованной литературы :

    Габриелян, О.С. Химия. 11кл. – М.: Дрофа, - 2009.

    Габриелян, О.С, Воскобойникова И.П. Настольная книга для учителя. Химия. 8 кл. – М.: Дрофа, 2003.

    Куимова, О.К. Исследование как метод изучения нового материала// Химия в школе. – 2001. - №1. – с.26-31.

    Время в химии: скорость химических реакций / Энциклопедия для детей - М.: Аванта, 2003г.- Химия, том 17- с.116-123.

Лабораторная работа (протокол)

Ф.И. учащегося_______________________

Изучение условий, влияющих на скорость химических реакций

Приборы: набор пробирок, держатель для пробирок, штатив, спиртовка, лучинка, спички.

Реактивы: цинк в гранулах, магний в стружке, алюминий в гранулах, медь в проволоке, кусочки и порошок известняка, растворы серной и соляной кислот (5- и 10 % -ные растворы), вода, растворы: тиосульфата натрия, сульфата меди (II ), роданида калия, хлорида железа (III ),

Группа 1

Влияние температуры на скорость химической реакции.

Исходные вещества

Признаки химической реакции

Уравнения химических реакций


Тест (проверка знаний)

Группа 2

Влияние концентрации реагирующих веществ на скорость химической реакции.

Исходные вещества

Признаки химической реакции

Уравнения химических реакций

Выводы о скорости протекания химической реакции


Группа 3

Фактор 1 Исследование влияния природы реагирующих веществ на скорость химической реакции.

Фактор 2 . Влияние катализатора на скорость химической реакции

Исходные вещества

Признаки химической реакции

Уравнения химических реакций

Выводы о скорости протекания химической реакции


Группа 4

Влияние поверхности соприкосновения реагирующих веществ на скорость химической реакции .

Исходные вещества

Признаки химической реакции

Уравнения химических реакций

Выводы о скорости протекания химической реакции


Приложение 2.

Хронометраж урока.

Этапы урока

Ход урока

Временные затраты

30 мин (40мин)

1. Организация класса

Готовность класса к уроку, фиксация в журнале отсутствующих учащихся на уроке.

2. Актуализация знаний.

1. Объявляется тема урока, ставится задача, обсуждается с учащимися (слайд 1).

3. Усвоение новых знаний и способов действий.

1. Проведение эксперимента учащимися. «Факторы, влияющие на скорость химической реакции» (теория вопроса и проведение учащимися эксперимента)

- природа реагирующих веществ (слайд 4) ;

- поверхность соприкосновения реагирующих веществ (слайд 5);

Эксперимент, выводы в протоколе;

Концентрация реагирующих веществ (слайд 6);

Проведение эксперимента, выводы;

Закон действующих масс, введение понятия (слайд8);

Закрепление знаний по фактору 3 (слайд 10,11), работа в группах;

- температура (слайд 12,13);

Проведение опыта;

- катализатор , фронтальная беседа, с применением знаний из курса 9 класса (слайд14);

Выводы (слайд 4).

4. Закрепление первичных знаний о скорости химической реакции.

1. Закрепление знаний о скорости химической реакции, Работа с тестами на компьютере

5 мин.(7 мин)

7. Контроль и самопроверка знаний.

1. слайд 17- ответы на тестирование, для самопроверки)

2. Сдача протоколов

8. Подведение итогов занятия, выставление и комментирование оценок за работу на уроке.

1. Выводы по уроку (слайд16)

9. Домашнее задание.

1. Инструктаж по домашнему заданию слайд 18

Приложение 3

Проверка знаний (закрепление) (ЕГЭ задание В19)

Выберите один правильный ответ и впишите его в бланк ответов. Каждый правильный ответ оценивается в 1 балл.

«5» - 10 баллов, «4»- 8-9 баллов, «3» - 5-7 баллов, «2» менее 5 баллов.

1. B 19 № 22. Ско­рость ре­ак­ции азота с во­до­ро­дом по­ни­зит­ся при

1) умень­ше­нии тем­пе­ра­ту­ры 2) уве­ли­че­нии кон­цен­тра­ции азота

3) ис­поль­зо­ва­нии ка­та­ли­за­то­ра 4) уве­ли­че­нии дав­ле­ния

2. B 19 № 164. Ско­рость ре­ак­ции азота с во­до­ро­дом умень­шит­ся при

1) по­ни­же­нии тем­пе­ра­ту­ры 2) уве­ли­че­нии кон­цен­тра­ции азота

3) ис­поль­зо­ва­нии ка­та­ли­за­то­ра 4) по­вы­ше­нии дав­ле­ния

3. B 19 № 2345. Для уве­ли­че­ния ско­ро­сти хи­ми­че­ской ре­ак­ции

не­об­хо­ди­мо

1) уве­ли­чить дав­ле­ние

2) умень­шить тем­пе­ра­ту­ру

3) уве­ли­чить кон­цен­тра­цию

4) умень­шить ко­ли­че­ство маг­ния

4. B 19 № 2431. Ско­рость вза­и­мо­дей­ствия цинка с рас­тво­ром сер­ной кис­ло­ты воз­растёт, если

1) из­мель­чить ме­талл

2) уве­ли­чить дав­ле­ние

3) по­ни­зить тем­пе­ра­ту­ру ре­ак­ци­он­ной смеси

4) раз­ба­вить рас­твор

5. B 19 № 2560. С наи­боль­шей ско­ро­стью при ком­нат­ной тем­пе­ра­ту­ре про­те­ка­ет ре­ак­ция между

1) медью и кис­ло­ро­дом

2) рас­тво­ра­ми кар­бо­на­та на­трия и хло­ри­да каль­ция

3) цин­ком и серой

4) маг­ни­ем и со­ля­ной кис­ло­той

Физическая химия: конспект лекций Березовчук А В

2. Факторы, влияющие на скорость химической реакции

Для гомогенных, гетерогенных реакций:

1) концентрация реагирующих веществ;

2) температура;

3) катализатор;

4) ингибитор.

Только для гетерогенных:

1) скорость подвода реагирующих веществ к поверхности раздела фаз;

2) площадь поверхности.

Главный фактор – природа реагирующих веществ – характер связи между атомами в молекулах реагентов.

NO 2 – оксид азота (IV) – лисий хвост, СО – угарный газ, монооксид углерода.

Если их окислить кислородом, то в первом случае реакция пойдет мгновенно, стоит приоткрыть пробку сосуда, во втором случае реакция растянута во времени.

Концентрация реагирующих веществ будет рассмотрена ниже.

Голубая опалесценция свидетельствует о моменте выпадения серы, чем выше концентрация, тем скорость выше.

Рис. 10

Чем больше концентрации Na 2 S 2 O 3 , тем меньше времени идет реакция. На графике (рис. 10) изображена прямо пропорциональная зависимость. Количественная зависимость скорости реакции от концент-рации реагирующих веществ выражается ЗДМ (законом действующих масс), который гласит: скорость химической реакции прямо пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ.

Итак, основным законом кинетики является установленный опытным путем закон: скорость реакции пропорциональна концентрации реагирующих веществ, пример: (т.е. для реакции)

Для этой реакции Н 2 + J 2 = 2НJ – скорость можно выразить через изменение концентрации любого из веществ. Если реакция протекает слева направо, то концентрация Н 2 и J 2 будет уменьшаться, концентрация НJ – увеличиваться по ходу реакции. Для мгновенной скорости реакций можно записать выражение:

квадратными скобками обозначается концентрация.

Физический смысл k– молекулы находятся в непрерывном движении, сталкиваются, разлетаются, ударяются о стенки сосуда. Для того, чтобы произошла химическая реакция образования НJ, молекулам Н 2 и J 2 надо столкнуться. Число же таких столкновений будет тем больше, чем больше молекул H 2 и J 2 содержится в объеме, т. е. тем больше будут величины [Н 2 ] и . Но молекулы движутся с разными скоростями, и суммарная кинетическая энергия двух сталкивающихся молекул будет различной. Если столкнутся самые быстрые молекулы Н 2 и J 2 , энергия их может быть такой большой, что молекулы разобьются на атомы йода и водорода, разлетающиеся и взаимодействующие затем с другими молекулами Н 2 + J 2 ? 2H+2J, далее будет H + J 2 ? HJ + J. Если энергия сталкивающихся молекул меньше, но достаточно велика для ослабления связей H – H и J – J, произойдет реакция образования йодоводорода:

У большинства же сталкивающихся молекул энергия меньше необходимой для ослабления связей в Н 2 и J 2 . Такие молекулы «тихо» столкнутся и также «тихо» разойдутся, оставшись тем, чем они были, Н 2 и J 2 . Таким образом, не все, а лишь часть столкновений приводит к химической реакции. Коэффициент пропорциональности (k) показывает число результативных, приводящих к реакции соударений при концентрациях [Н 2 ] = = 1моль. Величина k– const скорости . Как же скорость может быть постоянной? Да, скоростью равномерного прямолинейного движения называют постоянную векторную величину, равную отношению перемещения тела за любой промежуток времени к значению этого промежутка. Но молекулы движутся хаотически, тогда как же может быть скорость – const? Но постоянная скорость может быть только при постоянной температуре. С ростом температуры увеличивается доля быстрых молекул, столкновения которых приводят к реакции, т. е. увеличивается константа скорости. Но увеличение константы скорости не безгранично. При какой-то температуре энергия молекул станет столь большой, что практически все соударения реагентов будут результативными. При столкновении двух быстрых молекул будет происходить обратная реакция.

Настанет такой момент, когда скорости образования 2НJ из Н 2 и J 2 и разложения будут равны, но это уже химическое равновесие. Зависимость скорости реакции от концентрации реагирующих веществ можно проследить, пользуясь традиционной реакцией взаимодействия раствора тиосульфата натрия с раствором серной кислоты.

Na 2 S 2 O 3 + H 2 SO 4 = Na 2 SO 4 + H 2 S 2 O 3 , (1)

H 2 S 2 O 3 = S?+H 2 O+SO 2 ?. (2)

Реакция (1) протекает практически мгновенно. Скорость реакции (2) зависит при постоянной температуре от концентрации реагирующего вещества H 2 S 2 O 3 . Именно эту реакцию мы наблюдали – в этом случае скорость измеряется временем от начала сливания растворов до появления опалесценции. В статье Л. М. Кузнецовой описана реакция взаимодействия тиосульфата натрия с соляной кислотой. Она пишет, что при сливании растворов происходит опалесценция (помутнение). Но данное утверждение Л. М. Кузнецовой ошибочно так как опалесценция и помутнение – это разные вещи. Опалесценция (от опал и латинского escentia – суффикс, означающий слабое действие) – рассеяние света мутными средами, обусловленное их оптической неоднородностью. Рассеяние света – отклонение световых лучей, распространяющихся в среде во все стороны от первоначального направления. Коллоидные частицы способны рассеивать свет (эффект Тиндаля – Фарадея) – этим объясняется опалесценция, легкая мутноватость коллоидного раствора. При проведении этого опыта надо учитывать голубую опалесценцию, а затем коагуляцию коллоидной суспензии серы. Одинаковую плотность суспензии отмечают по видимому исчезновению какого-либо рисунка (например, сетки на дне стаканчика), наблюдаемого сверху через слой раствора. Время отсчитывают по секундомеру с момента сливания.

Растворы Na 2 S 2 O 3 x 5H 2 O и H 2 SO 4 .

Первый готовят путем растворения 7,5 г соли в 100 мл H 2 O, что соответствует 0,3 М концентрации. Для приготовления раствора H 2 SO 4 той же концентрации отмерить надо 1,8 мл H 2 SO 4 (к), ? = = 1,84 г/см 3 и растворить ее в 120 мл H 2 O. Приготовленный раствор Na 2 S 2 O 3 разлить в три стакана: в первый – 60 мл, во второй – 30 мл, в третий – 10 мл. Во второй стакан добавить 30 мл H 2 O дистиллированной, а в третий – 50 мл. Таким образом, во всех трех стаканах окажется по 60 мл жидкости, но в первом концентрация соли условно = 1, во втором – Ѕ, а в третьем – 1/6. После того, как будут подготовлены растворы, в первый стакан с раствором соли прилейте 60 мл раствора H 2 SO 4 и включите секундомер, и т. д. Учитывая, что скорость реакции падает с разбавлением раствора Na 2 S 2 O 3 , ее можно определить как величину, обратно пропорциональную времени v = 1/? и построить график, отложив на оси абсцисс концентрацию, а на оси ординат – скорость реакции. Из этого вывод – скорость реакции зависит от концентрации веществ. Полученные данные занесены в таблицу 3. Можно этот опыт выполнить с помощью бюреток, но это требует от выполняющего большой практики, потому что график бывает неправильным.

Таблица 3

Скорость и время реакции

Подтверждается закон Гульдберга-Вааге – профессора химии Гульдерга и молодого ученого Вааге).

Рассмотрим следующий фактор – температуру.

При увеличении температуры скорость большинства химических реакций повышается. Эта зависимость описана правилом Вант-Гоффа: «При повышении температуры на каждые 10 °C скорость химических реакций увеличивается в 2 – 4 раза».

где ? – температурный коэффициент, показывающий, во сколько раз увеличивается скорость реакции при повышении температуры на 10 °C;

v 1 – скорость реакции при температуре t 1 ;

v 2 – скорость реакции при температуре t 2 .

Например, реакция при 50 °С протекает за две минуты, за сколько времени закончится процесс при 70 °С, если температурный коэффициент ? = 2?

t 1 = 120 с = 2 мин; t 1 = 50 °С; t 2 = 70 °С.

Даже небольшое повышение температуры вызывает резкое увеличение скорости реакции активных соударений молекулы. Согласно теории активации, в процессе участвуют только те молекулы, энергия которых больше средней энергии молекул на определенную величину. Эта избыточная энергия – энергия активации. Физический смысл ее – это та энергия, которая необходима для активного столкновения молекул (перестройки орбиталей). Число активных частиц, а следовательно, скорость реакции возрастает с температурой по экспоненциальному закону, согласно уравнению Аррениуса, отражающему зависимость константы скорости от температуры

где А – коэффициент пропорциональности Аррениуса;

k– постоянная Больцмана;

Е А – энергия активации;

R – газовая постоянная;

Т– температура.

Катализатор – вещество, ускоряющее скорость реакции, которое само при этом не расходуется.

Катализ – явление изменения скорости реакции в присутствии катализатора. Различают гомогенный и гетерогенный катализ. Гомогенный – если реагенты и катализатор находятся в одном агрегатном состоянии. Гетерогенный – если реагенты и катализатор в различных агрегатных состояниях. Про катализ см. отдельно (дальше).

Ингибитор – вещество, замедляющее скорость реакции.

Следующий фактор – площадь поверхности. Чем больше поверхность реагирующего вещества, тем больше скорость. Рассмотрим на примере влияние степени дисперсности на скорость реакции.

CaCO 3 – мрамор. Плиточный мрамор опустим в соляную кислоту HCl, подождем пять минут, он растворится полностью.

Порошкообразный мрамор – с ним проделаем ту же процедуру, он растворился через тридцать секунд.

Уравнение обоих процессов одинаково.

CaCO 3 (тв) + HCl(г) = CaCl 2 (тв) + H 2 O(ж) + CO 2 (г) ?.

Итак, при добавлении порошкообразного мрамора время меньше, чем при добавлении плиточного мрамора, при одинаковой массе.

С увеличением поверхности раздела фаз скорость гетерогенных реакций увеличивается.

Из книги Физическая химия: конспект лекций автора Березовчук А В

2. Уравнение изотермы химической реакции Если реакция протекает обратимо, то?G= 0.Если реакция протекает необратимо, то?G? 0 и можно рассчитать изменение?G. где? – пробег реакции – величина, которая показывает, сколько молей изменилось в ходе реакции. I сп – характеризует

Из книги Новейшая книга фактов. Том 3 [Физика, химия и техника. История и археология. Разное] автора Кондрашов Анатолий Павлович

3. Уравнения изохоры, изобары химической реакции Зависимость К от температуры Уравнение изобары: Уравнение изохоры: По ним судят о направлении протекания

Из книги Нейтрино - призрачная частица атома автора Азимов Айзек

1. Понятие химической кинетики Кинетика – наука о скоростях химических реакций.Скорость химической реакции – число элементарных актов химического взаимодействия, протекающих в единицу времени в единицу объема (гомогенные) или на единице поверхности

Из книги Атомная энергия для военных целей автора Смит Генри Деволф

8. Факторы, влияющие на перенапряжение водорода. Перенапряжение кислорода Факторы, влияющие на?Н2:1) ?тока (плотность тока). Зависимость от плотности тока описывается уравнением Тафеля;2) природа материала катода – ряд по возрастанию?, ?– перенапряжение.В уравнении Тафеля

Из книги Курс истории физики автора Степанович Кудрявцев Павел

Из книги Что такое теория относительности автора Ландау Лев Давидович

Ядерные реакции и электрический заряд Когда в 90-х годах прошлого века физики стали яснее представлять себе структуру атома, они обнаружили, что, по крайней мере, некоторые его части несут электрический заряд. Например, электроны, заполняющие внешние области атома,

Из книги Физика на каждом шагу автора Перельман Яков Исидорович

ЯДЕРНЫЕ РЕАКЦИИ МЕТОДЫ БОМБАРДИРОВКИ ЯДЕР1.40. Кокрофт и Уолтон получали протоны с достаточно большой энергией путем ионизации газообразного водорода и последующего ускорения ионов высоковольтной установкой с трансформатором и выпрямителем. Подобный же метод можно

Из книги 50 лет советской физики автора Лешковцев Владимир Алексеевич

ПРОБЛЕМА ЦЕПНОЙ РЕАКЦИИ 2.3. Принцип действия атомных бомб или силовой установки, использующей деление урана, достаточно прост. Если один нейтрон вызывает деление, которое приводит к освобождению нескольких новых нейтронов, то число делений может чрезвычайно быстро

Из книги Новый ум короля [О компьютерах, мышлении и законах физики] автора Пенроуз Роджер

ПРОДУКТЫ РЕАКЦИИ И ПРОБЛЕМА РАЗДЕЛЕНИЯ 8.16. В хэнфордской установке процесс производства плутония разделяется на две главных части: собственно получение его в котле и выделение его из блоков урана, в которых он образуется. Переходим к рассмотрению второй части процессу

Из книги На кого упало яблоко автора Кессельман Владимир Самуилович

ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА РАЗДЕЛЕНИЕ ИЗОТОПОВ 9.2. По определению, изотопы элемента отличаются своими массами, но не химическими свойствами. Точнее говоря, хотя массы ядер изотопов и их строение различны, заряды ядер одинаковы, и поэтому наружные электронные оболочки

Из книги автора

Осуществление цепной реакции деления ядер Теперь встал со всей силой вопрос о цепной реакции деления и о возможности получения разрушительной взрывной энергии деления. Этот вопрос роковым образом переплелся с мировой войной, развязанной фашистской Германией 1 сентября

Из книги автора

И скорость относительна! Из принципа относительности движения следует, что говорить о прямолинейном и равномерном движении тела с некоторой скоростью, не указывая, относительно какой из покоящихся лабораторий измерена скорость, имеет столь же мало смысла, как говорить

Из книги автора

Скорость звука Случалось ли вам наблюдать издали за дровосеком, рубящим дерево? Или, быть может, вы следили за тем, как вдали работает плотник, вколачивая гвозди? Вы могли заметить при этом очень странную вещь: удар раздается не тогда, когда топор врезается в дерево или

Из книги автора

УПРАВЛЯЕМЫЕ ТЕРМОЯДЕРНЫЕ РЕАКЦИИ Неуправляемые термоядерные реакции происходят при взрывах водородных бомб. Они приводят к высвобождению громадного количества ядерной энергии, сопровождающемуся крайне разрушительным взрывом. Теперь задача ученых - найти пути

Из книги автора

Из книги автора

В лабиринтах реакции деления В 1938 году немецкие ученые Отто Ган и Фриц Штрассман (1902–1980) сделали удивительное открытие. Они обнаружили, что при бомбардировке урана нейтронами иногда возникают ядра, примерно вдвое более легкие, чем исходное ядро урана. Дальнейшие

Изучением скорости химической реакции и условиями, влияющими на ее изменение, занимается одно из направлений физической химии - химическая кинетика. Она также рассматривает механизмы протекания этих реакций и их термодинамическую обоснованность. Эти исследования важны не только в научных целях, но и для контроля взаимодействия компонентов в реакторах при производстве всевозможных веществ.

Понятие скорости в химии

Скоростью реакции принято называть некое изменение концентраций, вступивших в реакцию соединений (ΔС) в единицу времени (Δt). Математическая формула скорости химической реакции выглядит следующим образом:

ᴠ = ±ΔC/Δt.

Измеряют скорость реакции в моль/л∙с, если она происходит во всем объеме (то есть реакция гомогенная) и в моль/м 2 ∙с, если взаимодействие идет на поверхности, разделяющей фазы (то есть реакция гетерогенная). Знак «-» в формуле имеет отношение к изменению значений концентраций исходных реагирующих веществ, а знак «+» - к изменяющимся значениям концентраций продуктов той же самой реакции.

Примеры реакций с различной скоростью

Взаимодействия химических веществ могут осуществляться с различной скоростью. Так, скорость нарастания сталактитов, то есть образования карбоната кальция, составляет всего 0,5 мм за 100 лет. Медленно идут некоторые биохимические реакции, например, фотосинтез и синтез белка. С довольно низкой скоростью протекает коррозия металлов.

Средней скоростью можно охарактеризовать реакции, требующие от одного до нескольких часов. Примером может послужить приготовление пищи, сопровождающееся разложением и превращением соединений, содержащихся в продуктах. Синтез отдельных полимеров требует нагревания реакционной смеси в течение определенного времени.

Примером химических реакций, скорость которых довольно высока, могут послужить реакции нейтрализации, взаимодействие гидрокарбоната натрия с раствором уксусной кислоты, сопровождающееся выделением углекислого газа. Также можно упомянуть взаимодействие нитрата бария с сульфатом натрия, при котором наблюдается выделение осадка нерастворимого сульфата бария.

Большое число реакций способно протекать молниеносно и сопровождаются взрывом. Классический пример - взаимодействие калия с водой.

Факторы, влияющие на скорость химической реакции

Стоит отметить, что одни и те же вещества могут реагировать друг с другом с различной скоростью. Так, например, смесь газообразных кислорода и водорода может довольно длительное время не проявлять признаков взаимодействия, однако при встряхивании емкости или ударе реакция приобретает взрывной характер. Поэтому химической кинетикой и выделены определенные факторы, которые имеют способность оказывать влияние на скорость химической реакции. К ним относят:

  • природу взаимодействующих веществ;
  • концентрацию реагентов;
  • изменение температуры;
  • наличие катализатора;
  • изменение давления (для газообразных веществ);
  • площадь соприкосновения веществ (если говорят о гетерогенных реакциях).

Влияние природы вещества

Столь существенное отличие в скоростях химических реакций объясняется разными значениями энергии активации (Е а). Под ней понимают некое избыточное количество энергии в сравнении со средним ее значением, необходимым молекуле при столкновении, для того чтобы реакция произошла. Измеряется в кДж/моль и значения обычно бывают в границах 50-250.

Принято считать, что если Е а =150 кДж/моль для какой-либо реакции, то при н. у. она практически не протекает. Эта энергия тратится на преодоление отталкивания между молекулами веществ и на ослабление связей в исходных веществах. Иными словами, энергия активации характеризует прочность химических связей в веществах. По значению энергии активации можно предварительно оценить скорость химической реакции:

  • Е а < 40, взаимодействие веществ происходят довольно быстро, поскольку почти все столкнове-ния частиц при-водят к их реакции;
  • 40-<Е а <120, предполагается средняя реакция, поскольку эффективными будет лишь половина соударений молекул (например, реакция цинка с соляной кислотой);
  • Е а >120, только очень малая часть стол-кновений частиц приведет к реакции, и скорость ее будет низкой.

Влияние концентрации

Зависимость скорости реакции от концентрации вернее всего характеризуется законом действующих масс (ЗДМ), который гласит:

Скорость химической реакции имеет прямо пропорциональную зависимость от произведения концентраций, вступивших в реакцию веществ, значения которых взяты в степенях, соответствующих им стехиометрическим коэффициентам.

Этот закон подходит для элементарных одностадийных реакций, или же какой-либо стадии взаимодействия веществ, характеризующегося сложным механизмом.

Если требуется определить скорость химической реакции, уравнение которой можно условно записать как:

αА+ bB = ϲС, то,

в соответствии с выше обозначенной формулировкой закона, скорость можно найти по уравнению:

V=k·[A] a ·[B] b , где

a и b - стехиометрические коэффициенты,

[A] и [B] - концентрации исходных соединений,

k - константа скорости рассматриваемой реакции.

Смысл коэффициента скорости химической реакции заключается в том, что ее значение будет равно скорости, если концентрации соединений будут равны единицам. Следует отметить, что для правильного расчета по этой формуле стоит учитывать агрегатное состояние реагентов. Концентрацию твердого вещества принимают равной единице и не включают в уравнение, поскольку в ходе реакции она остается постоянной. Таким образом, в расчет по ЗДМ включают концентрации только жидких и газообразных веществ. Так, для реакции получения диоксида кремния из простых веществ, описываемой уравнением

Si (тв) + Ο 2(г) = SiΟ 2(тв) ,

скорость будет определяться по формуле:

Типовая задача

Как изменилась бы скорость химической реакции монооксида азота с кислородом, если бы концентрации исходных соединений увеличили в два раза?

Решение: Этому процессу соответствует уравнение реакции:

2ΝΟ + Ο 2 = 2ΝΟ 2 .

Запишем выражения для начальной (ᴠ 1) и конечной (ᴠ 2) скоростей реакции:

ᴠ 1 = k·[ΝΟ] 2 ·[Ο 2 ] и

ᴠ 2 = k·(2·[ΝΟ]) 2 ·2·[Ο 2 ] = k·4[ΝΟ] 2 ·2[Ο 2 ].

ᴠ 1 /ᴠ 2 = (k·4[ΝΟ] 2 ·2[Ο 2 ]) / (k·[ΝΟ] 2 ·[Ο 2 ]).

ᴠ 2 /ᴠ 1 = 4·2/1 = 8.

Ответ: увеличилась в 8 раз.

Влияние температуры

Зависимость скорости химической реакции от температуры была определена опытным путем голландским ученым Я. Х. Вант-Гоффом. Он установил, что скорость многих реакций возрастает в 2-4 раза с повышением температуры на каждые 10 градусов. Для этого правила имеется математическое выражение, которое имеет вид:

ᴠ 2 = ᴠ 1 ·γ (Τ2-Τ1)/10 , где

ᴠ 1 и ᴠ 2 - соответствующие скорости при температурах Τ 1 и Τ 2 ;

γ - температурный коэффициент, равен 2-4.

Вместе с тем это правило не объясняет механизма влияния температуры на значение скорости той или иной реакции и не описывает всей совокупности закономерностей. Логично сделать вывод о том, что с повышением температуры, хаотичное движение частиц усиливается и это провоцирует большее число их столкновений. Однако это не особо влияет на эффективность соударения молекул, поскольку она зависит, главным образом, от энергии активации. Также немалую роль в эффективности столкновения частиц имеет их пространственное соответствие друг другу.

Зависимость скорости химической реакции от температуры, учитывающая природу реагентов, подчиняется уравнению Аррениуса:

k = А 0 ·е -Еа/RΤ , где

А о - множитель;

Е а - энергия активации.

Пример задачи на закон Вант-Гоффа

Как следует изменить температуру, чтобы скорость химической реакции, у которой температурный коэффициент численно равен 3, выроста в 27 раз?

Решение. Воспользуемся формулой

ᴠ 2 = ᴠ 1 ·γ (Τ2-Τ1)/10 .

Из условия ᴠ 2 /ᴠ 1 = 27, а γ = 3. Найти нужно ΔΤ = Τ 2 -Τ 1 .

Преобразовав исходную формулу получаем:

V 2 /V 1 =γ ΔΤ/10 .

Подставляем значения: 27=3 ΔΤ/10 .

Отсюда понятно, что ΔΤ/10 = 3 и ΔΤ = 30.

Ответ: температуру следует повысить на 30 градусов.

Влияние катализаторов

В физической химии скорость химических реакций активно изучает также раздел, называемый катализом. Его интересует, как и почему сравнительно малые количества тех или иных веществ существенно увеличивают скорость взаимодействия других. Такие вещества, которые могут ускорять реакцию, но сами при этом в ней не расходуются, называются катализаторами.

Доказано, что катализаторы меняют механизм самого химического взаимодействия, способствуют появлению новых переходных состояний, для которых характерны меньшие высоты энергетического барьера. То есть они способствуют снижению энергии активации, а значит и увеличению количества эффективных ударений частиц. Катализатор не может вызвать реакцию, которая энергетически невозможна.

Так пероксид водорода способен разлагаться с образованием кислорода и воды:

Н 2 Ο 2 = Н 2 Ο + Ο 2 .

Но эта реакция очень медленная и в наших аптечках она существует в неизменном виде довольно долгое время. Открывая лишь очень старые флаконы с перекисью, можно заметить небольшой хлопок, вызванный давлением кислорода на стенки сосуда. Добавление же всего нескольких крупинок оксида магния спровоцирует активное выделение газа.

Та же реакция разложения перекиси, но уже под действием каталазы, происходит при обработке ран. В живых организмах находится много различных веществ, которые увеличивают скорость биохимических реакций. Их принято называть ферментами.

Противоположный эффект на протекание реакций оказывают ингибиторы. Однако это не всегда плохо. Ингибиторы используют для защиты металлической продукции от коррозии, для продления срока хранения пищи, например, для предотвращения окисления жиров.

Площадь соприкосновения веществ

В том случае, если взаимодействие идет между соединениями, имеющими разные агрегатные состояния, или же между веществами, которые не способны образовывать гомогенную среду (не смешивающиеся жидкости), то еще и этот фактор влияет на скорость химической реакции существенно. Связано это с тем, что гетерогенные реакции осуществляются непосредственно на границе раздела фаз взаимодействующих веществ. Очевидно, что чем обширнее эта граница, тем больше частиц имеют возможность столкнуться, и тем быстрее идет реакция.

Например, гораздо быстрее идет в виде мелких щепок, нежели в виде бревна. С той же целью многие твердые вещества растирают в мелкий порошок, прежде чем добавлять в раствор. Так, порошкообразный мел (карбонат кальция) быстрее действует с соляной кислотой, чем кусочек той же массы. Однако, помимо увеличения площади, данный прием приводит также к хаотичному разрыву кристаллической решетки вещества, а значит, повышает реакционную способность частиц.

Математически скорость гетерогенной химической реакции находят, как изменение количества вещества (Δν), происходящее в единицу вре-мени (Δt) на единице поверхности

(S): V = Δν/(S·Δt).

Влияние давления

Изменение давления в системе оказывает влияние лишь в том случае, когда в реакции принимают участие газы. Повышение давления сопровождается увеличением молекул вещества в единице объема, то есть концентрация его пропорционально возрастает. И наоборот, понижение давление приводит к эквивалентному уменьшению концентрации реагента. В этом случае подходит для вычисления скорости химической реакции формула, соответствующая ЗДМ.

Задача. Как возрастет скорость реакции, описываемой уравнением

2ΝΟ + Ο 2 = 2ΝΟ 2 ,

если объем замкнутой системы уменьшить в три раза (Т=const)?

Решение. При уменьшении объема пропорционально увеличивается давление. Запишем выражения для начальной (V 1) и конечной (V 2) скоростей реакции:

V 1 = k· 2 ·[Ο 2 ] и

V 2 = k·(3·) 2 ·3·[Ο 2 ] = k·9[ΝΟ] 2 ·3[Ο 2 ].

Чтобы найти во сколько раз новая скорость больше начальной, следует разделить левые и правые части выражений:

V 1 /V 2 = (k·9[ΝΟ] 2 ·3[Ο 2 ]) / (k·[ΝΟ] 2 ·[Ο 2 ]).

Значения концентраций и константы скорости сокращаются, и остается:

V 2 /V 1 = 9·3/1 = 27.

Ответ: скорость возросла в 27 раз.

Подводя итог, нужно отметить, что на скорость взаимодействия веществ, а точнее, на количество и качество столкновений их частиц, влияет множество факторов. В первую очередь - это энергия активации и геометрия молекул, которые практически невозможно скорректировать. Что касается остальных условий, то для роста скорости реакции следует:

  • увеличить температуру реакционной среды;
  • повысить концентрации исходных соединений;
  • увеличить давление в системе или уменьшить ее объем, если речь идет о газах;
  • привести разнородные вещества к одному агрегатному состоянию (например, растворив в воде) или увеличить площадь их соприкосновения.

Урок химии в 11 классе на тему:

«Скорость химической реакции и факторы, влияющие на скорость химической реакции»

Цели:

  1. дать понятие о скорости химической реакции;
  2. показать влияние на скорость химической реакции таких факторов, как природа реагирующих веществ, их концентрация, площадь поверхности соприкосновения веществ, температура и участие катализаторов;
  3. рассмотреть классификацию химических реакций по таким признакам, как «фазовое состояние» и «участие катализатора»;
  4. развивать умение анализировать, сравнивать, делать выводы, применять приобретённые знания и умения в практической деятельности и повседневной жизни.

Тип урока: урок изучения нового материала с элементами исследования.

Основные понятия: молярная концентрация, скорость химической реакции, гомогенные и гетерогенные реакции, катализ, катализаторы, ферменты.

Оборудование и реактивы: растворы HCl, H2SO4, CH3COOH, H2O2, Zn, Mg, Fe, CuO, MnO2, пробирки, спиртовки, инструкции по выполнению лабораторных работ.

Ход урока.

Сообщение темы, цели урока, методов, формы работы. Для актуализации знаний учитель проводит с учащимися беседу по вопросам.

  1. Для чего нужны знания о скорости химической реакции?
  2. Приведите примеры химических реакций, идущих с разной скоростью.
  3. Предположите, чем можно измерить скорость химической реакции?

Предполагаемые ответы.

  1. Знания о скорости химической реакции помогут обосновать экономическую эффективность химических производств. Замедлить или ускорить процессы, которые сопровождают нас в повседневной жизни: коррозия металлов, хранение продуктов питания и т. п.
  2. Коррозия металлов, разложение органических веществ идут медленно. Горение спирта, взаимодействие кислот с металлами и мрамором - быстро. Реакции ионного обмена в растворах электролитов протекают мгновенно.
  3. Ответ на этот вопрос, как правило, вызывает затруднения. Целесообразно обратить внимание учащихся на количественные характеристики веществ (концентрацию), участвующих в химической реакции, и признаки, по которым судят о скорости химической реакции.

Учитель формулирует определение понятия «молярная концентрация». Молярная концентрация С - это отношение количества вещества к объёму:

C = n ? V

Единицей измерения является моль / л.

Скорость химической реакции υ - это изменение концентрации одного из реагирующих веществ или одного из продуктов реакции в единицу времени:

υ = ± С1 - С2 / t2 - t1 = ± (знак дельта)C / (знак дельта)t,

где С1 и С2 - молярная концентрация реагирующих веществ или продуктов реакции соответственно в момент времени t2 и t1.

Единица изменения скорости химической реакции моль / л. с.

Если С2 больше С1 , то перед дробью ставят знак «минус».

Данное определение и формула справедливы лишь для гомогенных реакций. Учитель предлагает классификацию реакций по фазовому состоянию:

Химические реакции:

гомогенные : протекающие в однородной среде (нет поверхности раздела между реагирующими веществами)

гетерогенные: протекающие в неоднородной среде (есть поверхность раздела между веществами)

Учащимся предлагается классифицировать химические реакции по данному признаку.

N2(Г) +3H2(Г)→2NH3(Г)

S(Т) +O2(Г)→SO2(Г)

CaCO3(Т) +2HCl(Р-Р)→CaCl2(Р-Р) +CO2(Г) +H2O(Ж)

N2(Г) +O2(Г)→2NO(Г)

Учитель задаёт вопрос: «Что может повлиять на изменение скорости химической реакции?» Учащиеся высказывают предположения. Для подтверждения своих гипотез учащимся предлагается выполнить ряд экспериментальных заданий. Задания выполняются в группах. Каждая группа получает свою инструкцию. Результаты работы оформляются в виде таблицы.

Исходные вещества

Признаки химической реакции

Уравнения химических реакций

Выводы о скорости протекания химической реакции

Перед выполнением работы учитель проводит инструктаж по правилам техники безопасности.

Инструкция группе 1.

Исследование влияния природы реагирующих веществ на скорость химической реакции.

Цель: сравнить скорость протекания химической реакции взаимодействия раствора соляной кислоты с различными металлами.

Оборудование и реактивы: раствор соляной кислоты, Mg, Zn, Fe, пробирки.

Возьмите три пробирки и налейте в них по одному мл соляной кислоты, поместите в них примерно одинаковые кусочки Mg, Zn, Fe. Наблюдения и выводы запишите в таблицу.

Инструкция группе 2.

Влияние концентрации реагирующих веществ на скорость химической реакции.

Цель: изучить зависимость скорости взаимодействия растворов соляной кислоты разной концентрации с Zn.

Оборудование и реактивы: раствор HCl, Zn, H2O.

В три пробирки налейте раствор HCl: в первую - 3мл, во вторую - 2мл, в третью - 1мл. Во вторую и третью пробирки долейте воды до 3 мл. В каждую пробирку поместите одинаковые гранулы Zn. Наблюдения и выводы занесите в таблицу.

Инструкция группе 3.

Влияние температуры на скорость химической реакции.

Цель: сравнить скорость химической реакции взаимодействия CuO и H2SO4 при разной температуре.

Оборудование и реактивы: CuO, H2SO4, спиртовка, стакан с горячей водой, пробирки.

В три пробирки насыпьте немного порошка CuO, добавьте 3-5мл раствора H2SO4 . Первую пробирку поставьте в штатив, вторую - в стакан с горячей водой (пробирку предварительно подогрейте), третью нагрейте в пламени спиртовки. По изменению окраски раствора сделайте вывод о скорости протекания химической реакции.

Инструкция группе 4.

Влияние поверхности соприкосновения реагирующих веществ на скорость химической реакции.

Цель: сравнить скорость взаимодействия раствора соляной кислоты с гранулами, опилками и порошком Zn.

Оборудование и реактивы: раствор HCl, Zn, пробирки.

В три пробирки поместите гранулы, опилки и порошок Zn примерно одинакового объёма, добавьте раствор HCl. Наблюдения и выводы занесите в таблицу.

Инструкция группе 5.

Влияние катализатора на скорость химической реакции.

Цель: рассмотреть влияние катализаторов MnO2 на скорость разложения перекиси водорода.

Оборудование и реактивы: раствор H2O2, MnO2, пробирки, спиртовка, лучинка.

Вспомните, какие вещества называют катализаторами?

В пробирку налейте раствор H2O2. Что наблюдаете? Добавьте в пробирку немного порошка MnO2. Внесите в пробирку тлеющую личинку. Какой газ выделяется? Сравните скорость разложения H2O2 при разных условиях.

После окончания эксперимента происходит обсуждение. Учащиеся демонстрируют результаты опытов, делают выводы о влиянии различных факторов на скорость химических реакций. Уравнения проделанных реакций записывают на доске.

Выводы по результатам эксперимента.

  1. Каждое вещество оказывает влияние на скорость химической реакции.
  2. Чем больше концентрация реагирующих веществ, тем выше скорость химической реакции.
  3. При повышении температуры скорость химической реакции увеличивается. Правило Вант-Гоффа: при изменении (повышении или понижении) температуры на каждые 10 градусов скорость химической реакции изменяется (соответственно повышается или понижается) в 2-4 раза.

υ2 = υ1 . γ (t2-t1) / 10

υ2 υ1 - скорости химической реакции при температуре соответственно t2 и t1, γ - температурный коэффициент, показывающий во сколько раз изменяется скорость химической реакции.

4.Чем больше площадь поверхности соприкосновения реагирующих веществ, тем выше скорость химической реакции.

5.Катализаторы - вещества, изменяющие скорость химической реакции, но остающиеся неизменными к её окончанию.

Ферменты - биологические катализаторы белковой природы.

По участию катализатора химические реакции делят на:

каталитические:

2SO2+O2 →2SO3

4NH3+5O2 →4NO+6H2O

некаталитические:

CuO+H2SO4 →CuSO4+H2O

2Fe(OH)3 →Fe2O3+3H2O

Вывод: знания о скорости химической реакции и факторах, влияющих на её изменение, позволяют управлять в значительной степени химическими реакциями.

Домашнее задание: подготовить сообщения по темам:

  1. «Применение катализаторов в промышленности»
  2. «Роль ферментов в жизнедеятельности живых организмов»

§ 15 упр. 1,3,6,7.


Рекомендуем почитать