Газообразное состояние вещества
|
Скачать 1.64 Mb.
|
|
Тема: Скорость химической реакции. Зависимость скорости химической реакции от природы реагирующих веществ, концентрации, температуры. Реакции гомо- и гетерогенные. Обратимость химических реакций. Необратимые и обратимые химические реакции. Понятие о катализе и катализаторах. Состояние химического равновесия для обратимых химических реакций. Способы смещения химического равновесия на примере синтеза аммиака. Основные понятия и термины по теме: химические реакции, гомогенная, гетерогенная реакция, обратимость химических реакций, понятие о катализе и катализаторах. План изучения темы (перечень вопросов, обязательных к изучению):
Содержание: 1.Скорость химической реакции. Химические реакции протекают с разными скоростями. Очень быстро проходят реакции в водных растворах практически мгновенно. Если химические реакции происходят в однородной среде, например, и растворе или в газовой фазе, то взаимодействие реагирующих веществ происходит во всем объеме. Такие реакции называют гомогенными. H2(г. ) + Cl2(г. ) = 2HCl(г. ) CH3COOH(р-р) + C2H5OH(р-р) ↔ CH3COOC2H5(р-р) + H2O И гетерогенные реакции, если продукты реакции и исходные вещества находятся в разных агрегатных состояниях. 2Al(т. ) + 3CuCl2(р-р) = 3Cu(т. ) + 2AlCl3(р-р) СаС2(т. ) + 2Н2О (ж. ) = С2Н2(г. ) + Са (ОН) 2(р-р) 2.Скорость гомогенной реакции определяется как изменение количества вещества в единицу времени в единице объема:  — изменение числа молей одного из веществ (чаще всего исходного, ко может быть и продукта реакции); — интервал времени (с, мин); — объем газа или раствора (л). Поскольку отношение количества веществ к объему представляет собой молярную концентрацию С, то  Таким образом, скорость гомогенной реакции определяется как изменение концентрации одного из веществ в единицу времени:  если объем системы не меняется. Факторы, влияющие на скорость химической реакции. Скорость химической реакции определяется следующими основными факторами: 1) природой реагирующих веществ (энергия активации); 2) концентрацией реагирующих веществ (закон действующих масс); 3) температурой (правило Вант-Гоффа); 4) наличием катализаторов (энергия активации); 5) давлением (реакции с участием газов); 6) степенью измельчения (реакции, протекающие с участием твердых веществ); 7) видом излучения (видимое, УФ, ИК, рентгеновское). Обратимыми называются такие реакции, которые одновременно протекают в двух взаимно противоположных направлениях. Это означает, что в реакционной смеси протекает как взаимодействие реагентов, так и взаимодействие продуктов. В этом смысле различие между реагентами и продуктами условное. Направление протекания химической реакции определяется условиями ее проведения (температурой, давлением, концентрацией веществ). Многие реакции имеют одно преимущественное направление и для проведения таких реакций в противоположном направлении требуются экстремальные условия. В подобных реакциях происходит почти полное превращение реагентов в продукты. Реакции, которые протекают только в одном направлении и завершаются полным превращением исходных реагирующих веществ в конечные вещества, называются необратимыми. Примером такой реакции может служить разложение хлората калия (бертолетовой соли) при нагревании: 2KClO 3 = 2KCl + 3O 2 ↑ Реакция прекратится тогда, когда весь хлорат калия превратится в хлорид калия и кислород. Необратимых реакций не так много. Большинство реакций являются обратимыми. В уравнениях обратимых реакций между левой и правой частями ставят две стрелки, направленные в противоположные стороны. Примером такой реакции может служить синтез аммиака из водорода и азота. Понятие о катализе и катализаторах. Типы Катализа. Реакции по участию катализатора: а) Каталитические – с участием катализатора 2KClO3 → 2KCl + 3O2↑ (катализатор - MnO2) C2H5OH → C2H4↑ + H2O (катализатор - H2SO4 конц. ) б) Некаталитические – без участия катализатора 2HgO → 2Hg + O2↑ C2H4 + 3O2 → 2CO2 + 2H2O По механизму протекания а) Радикальные – протекают между радикалами и молекулами. Cl2 → Cl. + Cl. (на свету; точки означают неспаренные электроны у радикалов) CH4 + Cl. → CH3. + HCl CH3. + Cl2 → CH3Cl + Cl. и т. д. б) Ионные реакции – протекают между ионами AgNO3 + HCl = AgCl↓ + HNO3 В настоящее время каталитические процессы занимают доминирующее положение в химической технологии: более 80% продукции тяжёлой химической промышленности получают с использованием различных катализаторов. Катализ играет важнейшую роль в живой природе. Сложные комплексы химических превращений, обусловливающие брожение, дыхание, пищеварение, синтез белков осуществляется с помощью ферментов – катализаторов белковой природы, образующихся в живых телах. По некоторым свойствам ферменты существенно превосходят промышленные катализаторы. Изучение каталитических процессов является одним из важнейших направлений современной химии и знакомство с ними является существенным элементом образования современного химика-технолога. Катализаторы – вещества, которые изменяют механизм реакции, уменьшают Еакт => υ ↑. ▪ Катализаторы остаются неизменными по окончании реакции. ▪ Ферменты – биологические катализаторы, по природе белки. ▪ Ингибиторы – вещества, которые ↓ υ. Под катализом в настоящее время понимается изменение скорости химической реакции при добавлении к реагентам небольших количеств веществ (катализаторов), многократно вступающих в промежуточное химическое взаимодействие с участниками реакции, но восстанавливающих после каждого цикла промежуточных взаимодействий свой состав. Наряду с увеличением скорости реакций, небольшие добавки веществ, не изменяющие после окончания цикла свой состав, могут вызывать и уменьшение скорости процесса. В этом случае говорят об ингибировании (отрицательном катализе) химических реакций. В подавляющем большинстве случаев катализатор не изменяет состояния равновесия, так как снижает энергетический барьер и в обратной реакции, но ускоряет достижение равновесного состава. Строго говоря, введение катализатора меняет изобарно-изотермический потенциал системы и может изменить свойства среды, например, коэффициенты активности. Обычно этим обстоятельством пренебрегают, поскольку количество вводимого катализатора мало. Константа скорости в каталитических процессах может расти как за счет уменьшения энергетического барьера, так и в результате роста энтропии активации. Снижение энергии активации обусловлено тем, что взаимодействие катализатора и реагирующей молекулы изменяет их свойства (длина и энергия связи в реакционном узле) и образование активированного комплекса происходит с меньшими энергетическими затратами. Изменение энтропии связано с реорганизацией реагирующей системы. Важной особенностью каталитических процессов является сохранение катализатором своего состава в процессе реакции. Количество реагирующего вещества, которое может испытывать превращение в присутствии определенного количества катализатора не ограничивается какими-либо стехиометрическими соотношениями и может быть очень большим. Например, одна весовая часть катализатора в производстве серной кислоты вызывает превращение 104весовых частей реагирующих веществ. Катализаторы подразделяют на гомогенные и гетерогенные. Гомогенный катализатор и реагирующие вещества образуют единую фазу, чаще всего жидкую, в которой протекает каталитическая реакция. К гомогенным катализаторам относят также ферменты или энзимы — биокатализаторы, под действием которых в живых организмах протекает синтез большинства веществ, необходимых для их жизнедеятельности. Гетерогенно-каталитические реакции протекают на границе раздела фаз, образуемых катализатором и реагентами. Наиболее часто в качестве гетерогенных катализаторов используют твердые тела, при этом реагирующие вещества находятся в жидкой или газовой фазе. СН3СOOС2Н5+ Н2O→CH3COOH+ С2Н5OН Специфичность катализа. Специфичность каталитического действия заключается в том, что реакции данного типа ускоряются катализаторами лишь определенного химического состава независимо от того, являются они гомогенными или гетерогенными. Так, кислотно-основные реакции ускоряются кислотами или основаниями, а окислительно-восстановительные — переходными металлами или их соединениями, при этом особенно высоким каталитическим действием обладают элементы восьмой группы таблицы Д.И.Менделеева. Однако даже в пределах одной группы каталитические свойства веществ меняются немонотонно. Так, из всех элементов восьмой группы лишь железо обладает достаточно высокой активностью в реакции синтеза аммиака. Такое же заключение можно сделать относительно каталитического действия серебра при сравнении его с медью и золотом в реакции окисления этилена. Специфичность свойственна в той или иной мере всем катализаторам и обусловлена специфичностью химических связей (ковалентной, донорно-акцепторной или водородной), которые возникают между катализатором и реагентом. В образовании химической связи с реагентами участвуют лишь определенные группы атомов катализатора. Такую группу атомов принято называть каталитическим или активным центром. В гомогенном катализе каждая молекула катализатора, например, ион гидроксония, может рассматриваться как активный центр. В комплексных соединениях переходных металлов в качестве активных центров может выступать "вакантное место" в координационной сфере комплексного соединения иона металла. Активные центры гетерогенных катализаторов находятся на поверхности твердого тела и представляют собой один или группу атомов, ионов кристаллической решетки. Более сложное строение имеют активные центры ферментов. Специфичность каталитического действия того или иного катализатора определяется химическим составом, строением и структурой его активных центров. Активность и селективность катализаторов. Любая каталитическая реакция включает по крайней мере две стадии: 1) взаимодействие активного центра с молекулой реагента и образование промежуточного соединения; 2) распад промежуточного соединения с образованием продуктов реакции и "свободного" активного центра. Последний вновь вступает во взаимодействие с молекулами исходных веществ. Такие циклы могут повторяться многократно. Число циклов, совершающихся за единицу времени на одном активном центре, называют числом оборотов катализатора. Мерой каталитической активности является число оборотов катализатора. Для гомогенных катализаторов число оборотов легко подсчитать, если разделить скорость реакции на молярную концентрацию катализатора. Активность катализатора, так же как и скорость реакции, зависит от условий проведения каталитического процесса: температуры, концентрации реагентов, давления, а также растворителя, если каталитическая реакция протекает в жидкой фазе. Поэтому сравнение каталитической активности различных катализаторов проводят при строго одинаковых условиях. Состояние обратимой реакции, при котором υ→ =υ← называется химическим равновесием.(т.е. V прямой реакции равна V обратной) Для системы, находящейся в химическом равновесии, концентрации реагентов, температура и другие параметры системы не изменяются со временем. А2 + В2 ⇄ 2AB . Смещение химического равновесия. Положение химического равновесия зависит от следующих параметров реакции: температуры, давления и концентрации. Чтобы реакция на химических производствах проходила как можно полнее, необходимо сместить равновесие в сторону продукта. Для того, чтобы определить, как тот или иной фактор изменит равновесие в системе, используют принцип Ле Шателье (1844 г.): Если на систему, находящуюся в состоянии равновесия, оказать внешнее воздействие (изменить t, р, С), то равновесие сместится в ту сторону, которая ослабит это воздействие. Факторы, влияющие на химическое равновесие: 1) при ↑ Среаг →, при ↑ Спрод ← : S2+2O2=2SO2 ,[O]↑ →, [SO2]↑ ← 2) при ↑ p (для газов) - в сторону уменьшения объема, при ↓ р – в сторону увеличения V; если реакция протекает без изменения числа молекул газообразных веществ, то давление не влияет на равновесие в данной системе. CaCO3=CaO+CO2 P↑ ←, P↓ → 1моль=1моль+1моль . 3) при ↑ t – в сторону эндотермической реакции (- Q), при ↓ t – в сторону экзотермической реакции (+ Q). CaCO3=CaO+CO2 -Q t↑ →, t↓ ← N2+3H2↔2NH3 +Q t↑ ←, t↓ → Способы смещения химического равновесия на примере синтеза аммиака. Сырье: азотоводородная смесь. Вспомогательный материал: катализатор (пористое железо). Основной химический процесс: Предварительно получают азотоводородную смесь. Водород получают парокислородной конверсией метана (из природного газа): СН4 + Н2О(г) → СО + ЗН2 - Q 2СН4 + О2 = 2СО + 4Н2 + Q СО + Н2О(г) = СО2 + Н2 + Q Азот получают ректификацией жидкого воздуха.
Особенности технологического процесса: направление движения азотоводородной смеси в колонне синтеза выбирают таким образом, чтобы максимально использовать теплоту реакции и предохранить наружные стенки аппарата от чрезмерного нагревания. Образующийся аммиак (10—20%) отделяют сжижением, возвращая непрореагировавшую азотоводородную смесь в колонну синтеза. Процесс непрерывный, циркуляционный. Основной продукт: аммиак. Применение: производство азотных удобрений, взрывчатых веществ, пластических масс и др. Контроль знаний: Дайте определение и приведите примеры гомо- и гетерогенных реакций, состояния химического равновесия, катализа и катализаторов. Литература: 1. Габриелян О.С. Химия: учеб. для студ. сред. проф. учеб. заведений.- 2-е издание / О.С. Габриелян, И.Г. Остроумов. – М., 2013. 2. http://ru.wikipedia.org- энциклопедия. 3. Рудзитис Г.Е., Фельдман Ф.Г, химия. 10 класс: учебник для общеобразовательных учреждений (базовый уровень). – М.: Просвещение, 2016. ![owl%20book[1]](117591_html_8989278.png) Самостоятельная работа №3 |
Похожие:
 |
Инструкция по эксплуатации модели С° чернила сублимируют (переходят в газообразное состояние) и проникают в поверхностный слой синтетических материалов, образуя прочные... |
 |
Ф. А. Брокгауз И. А. Ефрон Энциклопедический словарь (П-2) При переходе тел из твердого состояния в жидкое и потом в газообразное или при обратных переходах тел, без изменения их химического... |
|
Нанообъекты занимают промежуточное состояние между атомно-молекулярным... Следует подчеркнуть, что нанообъекты занимают промежуточное состояние между атомно-молекулярным и конденсированным непрерывным (континуальным)... |
|
Гентамицин I. Общие сведения Гентамицина сульфат 4% раствор – лекарственное средство, содержащее в качестве действующего вещества гентамицина сульфат. В 1 мл... |
|
А могут быть превышены при написании дозы этого вещества прописью с восклицательным знаком Лекарственная форма придаёт лекарственному средству или лекарственному растительному сырью удобное для применения состояние, при... |
|
Руководство по общей рецептуре для студентов медицинских училищ и колледжей Фармакология знакомит нас с химическими веществами, их биологическими свойствами и фармакотерапевтическим действием, при помощи которого... |
|
Руководство по общей рецептуре для студентов медицинских училищ и колледжей Фармакология знакомит нас с химическими веществами, их биологическими свойствами и фармакотерапевтическим действием, при помощи которого... |
|
Инструкция о порядке уничтожения использованных ампул из-под наркотических... Заявка на наркотические средства и психотропные вещества, сильнодействующие вещества списка пккн для многопрофильного стационара... |
|
Программа предметного курса для учащихся 11 класса Пояснительная записка При рассмотрении теоретического материала, выполнении лабораторных и практических работ используются вещества, имеющие практическое... |
|
идентификация вещества / препарата и компании / предприятия Соответствующие установленные области применения вещества или смеси и нерекомендуемые области применения |
|
идентификация вещества / препарата и компании / предприятия Соответствующие установленные области применения вещества или смеси и нерекомендуемые области применения |
|
Правила освидетельствования лица, которое управляет транспортным... Освидетельствованию на состояние алкогольного опьянения, медицинскому освидетельствованию на состояние опьянения подлежит водитель... |
|
Правительство российской федерации постановление Льствование на состояние опьянения, медицинского освидетельствования этих лиц на состояние опьянения и оформления его результатов... |
|
Ооо ветпродукт инструкция Тилозин 50 и Тилозин 200 – антибактериальные лекарственные средства в форме растворов для инъекций, содержащие в качестве действующего... |
|
Модульная программа «Биологически активные вещества» 10 класс г. Ярославль 2011 Модуль 5: Биологически активные вещества ( элективный модуль) Учебная научно-практическая конференция |
|
Система стандартов безопасности труда пожаровзрывоопасность веществ и материалов Настоящий стандарт распространяется на простые вещества, химические соединения и их смеси в различных агрегатных состояниях и комбинациях,... |