Как найти начальную температуру реакции

Как правильно рассчитывать тепловой эффект реакции, изменение энтропии реакции, костанту равновесия реакции

Вычисление теплового эффекта реакции

Задача 67.
Вычислить тепловой эффект реакции: Al2O3(тв.) + 3SO3 = Al2(SO4)3(тв.) при условии, что она протекает в калориметрической бомбе при постоянном объеме и Т = 298 К.
Решение:
ΔН°Al2O3 = -1675,7 кДж/моль;
ΔН°Al2(SO4)3 = -3441,8 кДж/моль;
ΔН°SO3 = -395,8 кДж/моль 
ΔН = ?
Рассчитаем энтальпию реакции при стандартных условиях, используя следствие из закона Гесса:

ΔНх.р. = ΔНобр.прод. — ΔНобр.исх.

Тогда 

ΔН°298 = ΔH°Al2(SO4)3  — (ΔH°Al2O3 — 3ΔH°SO3) =
= -3441,8 — [-1675,7 + 3(-395,8)] = -578,7 кДж/моль.

Знак минус перед тепловым эффектом означает, что теплота выделяется в результате реакции.


 


Определение темпрературы начала протекания реакции

Задача 68.
Возможна ли реакция диссоциации углекислого газа при Т = 500 градусов цельсия? И при какой температуре эта реакция может начать протекать?
Уравнение реакции: 2CO2 = 2CO +  O2.
ΔH°CO2 = -393,51  кДж/моль;      
ΔH°CO = -110,53   кДж/моль;
S°СО2 = 213,66 Дж/(моль·К); 
S°СО = 197,55 Дж/(моль·К);
S°О2 = 205,04 Дж/(моль·К); 
T =  500 °C = 773 K;       
∆G°773 = ?
Решение:
Рассчитаем энтальпию реакции при стандартных условиях, используя следствие из закона Гесса, при этом учитываем, что для простых веществ стандартная теплота образования равна нулю.
Уравнение Гесса:

ΔНх.р. = ΔНобр.прод. — ΔНобр.исх.

Тогда 

ΔН°298 = 2ΔH°СО  — 2ΔH°CО2) =
= 2(-110,53) — 2(-393,51) = 565,96 кДж/моль.

Знак плюс перед тепловым эффектом означает, что теплота поглощается в результате реакции.
Расчет энтропии будем вести по формуле Гесса:

∆S°х.р. = ∑S°(обр.прод.) — ∑S°(обр.исх.).

Подставив найденные значения энтропий в искомое уравнение, и произведя расчеты, получим:

∆S°х.р. = (2S°СО + S°O2) — 2S°CO2
= [(2 . 197,55) + 205,04] — (2 . 213,66) = 172,82 Дж/(моль . К).

Теперь находим ∆G°773х.р., выражая ∆S°х.р. в кДж/(моль·К):

∆G°773 = ΔН°298 — Т∆S°х.р.;
∆G°773х.р. = [565,96 — 773(172,82 . 10-3)] = 432.37014 кДж/моль.

Т.к. ∆G°773х.р. > 0, то реакция при 773 К не может протекать самостоятельно.

Рассчитаем температуру начала реакции, т.е. состояние равновесия её, получим.

В состоянии равновесия:

∆G = 0 и ∆H = T∆S.

Тогда

Т = ∆H/∆S;
Т = (565,96 кДж/моль)/(172,82 .10-3 кДж/моль·К) = 3274,85 K или приблизительно 3000 °С.


 


Причины изменения энтропии в ходе реакции

Задача 69.
Сколько тепла выделится при сгорании 50 г бензола в стандартных условиях? Подробно объясните причины изменения энтропии в ходе прямой реакции.
Решение:
m(С6Н6) = 50 г;
M(С6Н6) = 78,11 г/моль;
∆H°С6Н6(ж) = 49,03 кДж/моль;
∆H°СO2(г) = -393,51 кДж/моль;
∆H°Н2О(ж) = -285,83 кДж/моль;
S°С6Н6(ж) = 172,8 Дж/(моль . K);
S°СO2(г) = 213,67 Дж/(моль . K);
S°Н2О) = 70,08 Дж/(моль . K);
S°O2(г) = 205,04 Дж/(моль . K);
Qp = ?
∆S° = ?
Уравнение реакции горения бензолы имеет вид:

С6Н6(ж) + 3,5О2 =  2СО2 + 3Н2О(ж), Q. 

Рассчитаем энтальпию реакции при стандартных условиях, используя следствие из закона Гесса, при этом учитываем, что для простых веществ стандартная теплота образования равна нулю.
Уравнение Гесса:

ΔНх.р. = ΔНобр.прод. — ΔНобр.исх.

Тогда 

ΔН°298 = 3ΔH°Н2О(ж) + 2∆H°СO2 — ∆H°С6Н6(ж) =
= 3(-285,83) + 2(-393,51) — 49,03 = -1595,01 кДж/моль;
Q = -ΔНх.р. = 1595,01 кДж.

Знак минус перед тепловым эффектом означает, что теплота выделяется в результате реакции.

Тогда

Qp = [m(С6Н6) . (-ΔНх.р.)]/M(С6Н6) = (50 . 1595,01)/78,11 = 1021 кДж.

Изменение энтропии химического процесса (ΔS°) определяется как разность сумм энтропий продуктов реакции и реагентов с учетом их стехиометрических коэффициентов в уравнении реакции. Расчет энтропии будем вести по формуле Гесса:

∆S°х.р. = ∑S°(обр.прод.) — ∑S°(обр.исх.).

Подставив найденные значения энтропий в искомое уравнение, и произведя расчеты, получим:

∆S°х.р. = [3S°Н2О(ж) + 2S°CO2(г)] — [S°С6Н6(ж) + 3,5S°O2(г)] = 
= [(3 .70,08) + (2 . 213,67)] — [172,8 + (3,5 . 205,04] = -254.12 Дж/(моль . К).

Так как общее число молей газообразных веществ уменьшается (3,5VО2) исходных газообразных веществ и (2VСО2) газообразных продуктов), то система переходит из менее упорядоченного состояния в более упорядоченное, поэтому ∆S° < 0.
Если энтальпия ΔН° < 0 и энтропия ∆S°  < 0, то процесс возможен при условии, что член (ΔН°) в уравнении для энергии Гиббса (∆G =  ∆H — T∆S) больше по абсолютному значению, чем член (T∆S°); поскольку абсолютное значение члена(T∆S°) с ростом множителя (Т) увеличивается, то указанное условие будет осуществляться при достаточно низких температурах, возможно и в стандартных условиях. 


 


Расчет стандартной энтальпии образования оксида фосфора (V)

Задача 70.
При окислении 12,4 г фосфора выделилось 306 кДж теплоты. Рассчитайте стандартную энтальпию образования оксида фосфора (V).
Решение:
m(P) = 12,4 г;
Q = 306 кДж;
∆H = ?
Уравнение реакции имеет вид:

2Р + 5/2О2 = Р2О5, Q

Из уравнения реакции вытекает, что при окислении 2 моль Р образуется 1 моль Р2О5, т.е. 2n(P) = n(Р2О5).
Рассчитаем количество окислившегося фосфора, получим:

n(P) = m(P)/M(P) = 12,4/31 = 0,4 моль.

Рассчитаем стандартную энтальпию образования оксида фосфора (V), получим:

0,4 моль : 306 кДж = 2 моль : х;
х = (306 кДж . 2 моль)/0,4 моль = 1530 кДж;
Qр = 1530 кДж;
∆H = -Qр = 11530 кДж/моль.


Расчет константы равновесия реакции (н.у.), зная значение энергии Гиббса

Задача 71.
Определите возможность протекания реакции при стандартных условиях. Если реакция возможна, то рассчитайте константу её равновесия. Как нужно изменить температуру проведения реакции, чтобы увеличить выход продуктов реакции. Дайте обоснованный ответ. Уравнение реакции имеет вид:
4HCl(г) + O2(г) = 2H2O(ж) + 2Cl2(г).
Решение:
∆H°HCl(г) = -92,31 кДж/моль;
∆H°H2O(ж) = -285,83 кДж/моль;
S°HCl(г) = 186,79 Дж/(моль . К);
S°H2O(ж) = 70,08;
S°O2(г) = 205,04 Дж/(моль . К);
S°Cl2(г) = 222,98 Дж/(моль . К);
Кр = ?
Рассчитаем энтальпию реакции при стандартных условиях, используя следствие из закона Гесса, при этом учитываем, что для простых веществ стандартная теплота образования равна нулю.
Уравнение Гесса:

ΔНх.р. = ΔНобр.прод. — ΔНобр.исх.

Тогда 

ΔН°298 = 2ΔH°Н2О(ж) — 4∆H°HCl(г) =
= 2(-285,83) — 4(-92,31) = -202,42 кДж/моль.

Знак минус перед тепловым эффектом означает, что теплота выделяется в результате реакции.
Согласно 3-му следствию из закона Гесса, изменение энтропии химического процесса (ΔS°) определяется как разность сумм энтропий продуктов реакции и реагентов с учетом их стехиометрических коэффициентов в уравнении реакции. Расчет энтропии будем вести по формуле Гесса:

∆S°х.р. = ∑S°(обр.прод.) — ∑S°(обр.исх.).

Подставив найденные значения энтропий в искомое уравнение, и произведя расчеты, получим:

∆S°х.р. = [2S°Н2О(ж) + 2S°Cl2(г)] — [4S°HCl(г) + S°O2(г)] = 
= [(2 . 70,08) + (2 . 222,98)] — [(4. 186,79) + 205,04] = -366,08 Дж/(моль . К).

Отрицательное значение изменения энтропии (уменьшение энтропии) свидетельствует о невозможности осуществления указанного процесса самопроизвольно в стандартных условиях.
Теперь находим ∆G°298, выражая ∆S°х.р. в кДж/(моль·К):

∆G°298 = ΔН°298 — Т∆S°х.р.;
∆G°298 = [-202,42 — 298(-366,08 . 10-3)] кДж/моль = -93,38816 кДж/моль.

Т.к. ∆G°250х.р. < 0, то реакция при 298 К может протекать самостоятельно.

Рассчитаем константу равновесия реакции (н.у.) по формуле:

lgK = ∆G°298/-5,69.

Тогда

lgK = ∆G°298/-5,69 = -202,42/-5,69 = 35,57;
К = 3,7 . 10^35.

Так как процесс идес с выделением температуры, то для увеличения выхода продукта нужно понизить температуру в системе, т.е. отводить тепло.


Как найти первоначальную температуру газа

Часто в ходе какого-либо технологического процесса или при решении задач из курса термодинамики возникает необходимость ответить на вопрос: какова была начальная температура смеси газов, находившейся при определенных условиях (объеме, давлении и т.д.)

Как найти первоначальную температуру газа

Инструкция

Предположим, заданы такие условия. Смесь трех газов: водорода, углекислого газа и кислорода, первоначально занимала сосуд объемом 22, 4 литра. Масса водорода составляла 8 г, масса углекислого газа – 22 г, а кислорода – 48 г. При этом парциальное давление водорода ровнялось примерно 4,05*10^5 Па, углекислого газа – 5,06*10^4 Па, а кислорода, соответственно – 3,04*10^5 Па. Требуется определить первоначальную температуру этой газовой смеси.

Прежде всего вспомните закон Дальтона, гласящий: общее давление смеси газов, находящейся в каком-то объеме, равно сумме парциальных давлений каждого из компонентов этой смеси. Сложите известные вам величины: 4,05*10^5 + 0,506*10^5 + 3,04*10^5 = 7,596*10^5 Па. Для упрощения расчетов примите округленное значение: 7,6*10^5 Па. Таково давление газовой смеси.

Теперь вам на помощь придет универсальное уравнение Менделеева-Клапейрона, описывающее состояние идеального газа. Разумеется, ни один из компонентов вашей смеси не является идеальным газом, но его вполне можно использовать в расчетах – погрешность будет очень невелика. Это уравнение записывается в такой форме: PV = MRT/m, где P – давление газа, V – его объем, R – универсальная газовая постоянная, M – фактическая масса газа, m – его молярная масса.

Но ведь у вас смесь газов. Как же быть в этом случае? Надо лишь немного преобразовать уравнение Менделеева-Клапейрона, записав его в таком виде: PV = (M1/m1 + M2/m2 + M3/m3) RT.

Легко можно понять, что если бы количество компонентов газовой смеси было равно 4, 5, 6 и т.д., уравнение преобразовывалось бы абсолютно аналогичным образом. Следовательно, искомая начальная температура газовой смеси вычисляется по формуле: Т = PV/(M1/m1 + M2/m2 + M3/m3)R.

Подставив в эту формулу известные вам значения (с учетом того, что величина R равна 8,31), и произведя вычисления, вы получите: 7,6*10^5* 0,0224 / (8,31 * 7,5) = 17024/62,325 = 273,15. Это значение температуры выражено, разумеется, в градусах Кельвина. То есть получается, что первоначально газовая смесь содержалась при температуре, равной 0 градусов по шкале Цельсия. Задача решена.

Войти на сайт

или

Забыли пароль?
Еще не зарегистрированы?

This site is protected by reCAPTCHA and the Google Privacy Policy and Terms of Service apply.

Начальная температура — реакция

Cтраница 1

Начальная температура реакции переэтерификацпи должна быть ниже температуры кипения гликоля и составляет обычно 180 С. К концу процесса температуру постепенно повышают. Это объясняется необходимостью отгонки не вступившего в реакцию избытка гликоля. Смесь диглп-колевого эфира терефталевой кислоты и низкомолекулярных полиэфиров подвергают фильтрации для отделения примесей и нерастворившихся катализаторов, а затем ее направляют на вторую стадию процесса синтеза полиэфира.
 [1]

Начальная температура реакции переэтерификации ДМТ должна быть ниже температуры кипения гликоля и составляет обычно 180 С. К концу процесса температуру постепенно повышают до 205 5 С. Это объясняется необходимостью отгонки не вступившего в реакцию избытка гликоля. Смесь дигликолевого эфира терефталевой кислоты и низкомолекулярных полиэфиров подвергают фильтрации для отделения примесей и нерастворенного катализатора, а затем ее используют для синтеза полиэфира.
 [2]

С понижением начальной температуры реакции продолжительность индукционного периода увеличивается ( кривая 3), в этом случае он заканчивается на пятнадцатой минуте.
 [3]

Для каждого сульфида определена начальная температура реакции, найдено необходимое количество окислителя и изучена зависимость выхода SO2 от температуры. Продолжительность опыта при определении выхода 40 мин.
 [5]

В процессе хлорирования алканов для снижения начальной температуры реакции и повышения селективности хлорирования используются гетерогенные и гомогенные катализаторы.
 [6]

Продолжительность процесса поликонденсации составляет 3 — 8 ч, начальная температура реакции равна 240 — 260 С, конечная достигает 280 — 290 С.
 [7]

Здесь жиры нагреваются при перемешивании глухим водяным паром до начальной температуры реакции 160 — 200 С. В нагретые жиры из мешалки 2 дозирующим насосом 3 подают порцию паспортного катализатора, который готовится из смеси свежего и повторно используемого катализатора. Сюда же из мешалки 10 насосом 11 подается оборотный ( повторно используемый) катализатор.
 [8]

На рис. 31 показана зависимость равновесной степени контактирования от начальной температуры реакции. Из графика видно, что с понижением температуры равновесная степень контактирования увеличивается. Отсюда, вообще говоря, следует, что для получения максимальных степеней контактирования требуется обеспечить управление процессом при минимально возможных температурах.
 [9]

Так, в патенте [8] рекомендуют мольное соотношение формальдегида и масляного альдегида 4: 1, начальную температуру реакции 25 — 44 С, конечную — 50 — 95 С.
 [10]

Для таких сульфидов, как FeS2, FenSm, FeCuS2, ZnS, PbS CdS, были определены начальные температуры реакции, изучена зависимость выхода SO2 от температуры и кинетики выделения его при температуре, обеспечивающей максимальный выход газа.
 [11]

Посредством варьирования концентраций азотной кислоты, ее избытка и температуры Карташев установил, что влияние этих факторов на нитрование выражается следующим образом: 1) избыток азотной кислоты понижает начальную температуру реакции значительно более резко, чем увеличение ее концентрации; 2) понижение температуры реакции уменьшает окислительные процессы; 3) азотная кислота действует на фенол при концентрации не ниже 2.8 % ( уд.
 [12]

Варьируя концентрацию азотной кислоты, ее Избыток и температуру, А. В. Карташев установил, что влияние этих факторов на нитрование заклкь чается в ледующем: 1) избыток азотной кислоты понижает начальную температуру реакции значительно более резко, чем увеличение ее концентрации; 2) понижение температуры реак — ции уменьшает окислительные процессы; 3) азотная кислота действует на фенол при концентрации не ниже 2 8 % уд, в.
 [13]

Рассчитанная величина h равна 1 2см, что составляет лишь около 0 3 % высоты реакционной зоны, поэтому можно считать что тепловое равновесие наступает до начала реакции и что величина Тр представляет собой начальную температуру реакции.
 [14]

Рассчитанная величина h равна 1 2 см, что составляет лишь около 0 3 % высоты реакционной зоны, поэтому можно считать, что тепловое равновесие наступает до начала реакции и что величина Гр представляет собой начальную температуру реакции.
 [15]

Страницы:  

   1

   2

   3

Темы кодификатора ЕГЭ: Скорость реакции. Ее зависимость от разных факторов.

Скорость химической реакции показывает, как быстро происходит та или иная реакция. Взаимодействие происходит при столкновении частиц в пространстве. При этом реакция происходит не при каждом столкновении, а только когда частица обладают соответствующей энергией.

Скорость реакции – количество элементарных соударений взаимодействующих частиц, заканчивающихся химическим превращением, за единицу времени.

Определение скорости химической реакции связано с условиями ее проведения. Если реакция гомогенная – т.е. продукты и реагенты находятся в одной фазе – то скорость химической реакции определяется, как изменение концентрации вещества в единицу времени:

υ = ΔC / Δt

Если реагенты, или продукты находятся в разных фазах, и столкновение частиц происходит только на границе раздела фаз, то реакция называется гетерогенной, и скорость ее определяется изменением количества вещества в единицу времени на единицу реакционной поверхности:

υ = Δν / (S·Δt)

Факторы, влияющие на скорость химической реакции

1. Температура

Самый простой способ изменить скорость реакции – изменить температуру. Как вам, должно быть, известно из курса физики, температура – это мера средней кинетической энергии движения частиц вещества. Если мы повышаем температуру, то частицы любого вещества начинают двигаться быстрее, а следовательно, сталкиваться чаще.

Однако при повышении температуры скорость химических реакций увеличивается в основном благодаря тому, что увеличивается число эффективных соударений. При повышении температуры резко увеличивается число активных частиц, которые могут преодолеть энергетический барьер реакции. Если понижаем температуру – частицы начинают двигаться медленнее, число активных частиц уменьшается, и количество эффективных соударений в секунду уменьшается. Таким образом, при повышении температуры скорость химической реакции повышается, а при понижении температуры — уменьшается.

Обратите внимание! Это правило работает одинаково для всех химических реакций (в том числе для экзотермических и эндотермических). Скорость реакции не зависит от теплового эффекта. Скорость экзотермических реакций при повышении температуры возрастает, а при понижении температуры – уменьшается. Скорость эндотермических реакций также возрастает при повышении температуры, и уменьшается при понижении температуры.

Более того, еще в XIX веке голландский физик Вант-Гофф экспериментально установил, что скорость большинства реакций примерно одинаково изменяется (примерно в 2-4 раза) при изменении температуры на 10оС.

 Правило Вант-Гоффа звучит так: повышение температуры на 10оС приводит к увеличению скорости химической реакции в 2-4 раза (эту величину называют температурный коэффициент скорости химической реакции γ).

Точное значение температурного коэффициента определяется для каждой реакции.

формулы Вантгоффа

 здесь v2 — скорость реакции при температуре T2,

v1 — скорость реакции при температуре T1,

γ — температурный коэффициент скорости реакции, коэффициент Вант-Гоффа.

В некоторых ситуациях повысить скорость реакции с помощью температуры не всегда удается, т.к. некоторые вещества разлагаются при повышении температуры, некоторые вещества или растворители испаряются при повышенной температуре, т.е. нарушаются условия проведения процесса.

2. Концентрация

Также изменить число эффективных соударений можно, изменив концентрацию реагирующих веществ. Понятие концентрации, как правило, используется для газов и жидкостей, т.к. в газах и жидкостях частицы быстро двигаются и активно перемешиваются. Чем больше концентрация реагирующих веществ (жидкостей, газов), тем больше число эффективных соударений, и тем выше скорость химической реакции.

На основании большого числа экспериментов в 1867 году в работах норвежских  ученых П. Гульденберга и П. Вааге и, независимо от них, в 1865 году русским ученым Н.И. Бекетовым был выведен основной закон химической кинетики, устанавливающий зависимость скорости химической реакции от концентрации реагирующих веществ:

Скорость химической реакции прямо пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ в степенях, равных их коэффициентам в уравнении химической реакции.

Для химической реакции вида: aA + bB = cC + dD закон действующих масс записывается так:

Закон действующих масс

здесь v —  скорость химической реакции,

CA и CB — концентрации веществ А и В, соответственно, моль/л

k – коэффициент пропорциональности, константа скорости реакции.

Например, для реакции образования аммиака:

N2  +  3H2  ↔  2NH3

 закон действующих масс выглядит так:

Закон действующих масс для реакции получения аммиака

Константа скорости реакции k показывает, с какой скоростью будут реагировать вещества, если их концентрации равны 1 моль/л, или их произведение равно 1. Константа скорости химической реакции зависит от температуры и не зависит от концентрации реагирующих веществ.

В законе действующих масс не учитываются концентрации твердых веществ, т.к. они реагируют, как правило, на поверхности, и количество реагирующих частиц на единицу поверхности при этом не меняется.

В большинстве случаев химическая реакция состоит из нескольких простых этапов, в таком случае уравнение химической реакции показывает лишь суммарное или итоговое уравнение происходящих процессов. При этом скорость химической реакции сложным образом зависит (или не зависит) от концентрации реагирующих веществ, полупродуктов или катализатора, поэтому точная форма кинетического уравнения определяется экспериментально, или на основании анализа предполагаемого механизма реакции. Как правило, скорость сложной химической реакции определяется скоростью его самого медленного этапа (лимитирующей стадии).

3. Давление

Концентрация газов напрямую зависит от давления. При повышении давления повышается концентрация газов. Математическое выражение этой зависимости (для идеального газа) — уравнение Менделеева-Клапейрона:

pV = νRT

Таким образом, если среди реагентов есть  газообразное вещество, то при повышении давления скорость химической реакции увеличивается, при понижении давления — уменьшается.

Например. Как изменится скорость реакции сплавления извести с оксидом кремния:

CaCO +  SiO2  ↔  CaSiO3  +  CO2

при повышении давления?

Правильным ответом будет – никак, т.к. среди реагентов нет газов,  а карбонат кальция – твердая соль, нерастворимая в воде, оксид кремния – твердое вещество. Газом будет продукт – углекислый газ. Но продукты не влияют на скорость прямой реакции.

4. Катализатор

Еще один способ увеличить скорость химической реакции – направить ее по другому пути, заменив прямое взаимодействие, например, веществ А и В серией последовательных реакций с третьим веществом К, которые требуют гораздо меньших затрат энергии (имеют более низкий активационный энергетический барьер) и протекают при данных условиях быстрее, чем прямая реакция. Это третье вещество называют катализатором.

Катализатор, энергия активации

Катализаторы – это химические вещества, участвующие в химической реакции, изменяющие ее скорость и направление, но не расходующиеся в ходе реакции (по окончании реакции не изменяющиеся ни по количеству, ни по составу).  Примерный механизм работы катализатора для реакции вида А + В можно представить так:

A + K = AK

AK + B = AB + K

Процесс изменения скорости реакции при взаимодействии с катализатором называют катализом. Катализаторы широко применяют в промышленности, когда необходимо увеличить скорость реакции, либо направить ее по определенному пути.

По фазовому состоянию катализатора различают гомогенный и гетерогенный катализ.

Гомогенный катализ – это когда реагирующие вещества и катализатор находятся в одной фазе (газ, раствор). Типичные гомогенные катализаторы – кислоты и основания. органические амины и др.

Гетерогенный катализ – это когда реагирующие вещества и катализатор находятся в разных фазах. Как правило, гетерогенные катализаторы – твердые вещества. Т.к. взаимодействие в таких катализаторах идет только на поверхности вещества, важным требованием для катализаторов является большая площадь поверхности. Гетерогенные катализаторы отличает высокая пористость, которая увеличивает площадь поверхности катализатора. Так, суммарная площадь поверхности некоторых катализаторов иногда достигает 500 квадратных метров на 1 г катализатора. Большая площадь и пористость обеспечивают эффективное взаимодействие с реагентами. К гетерогенным катализаторам относятся металлы, цеолиты — кристаллические минералы группы алюмосиликатов (соединений кремния и алюминия), и другие.

Катализатор

Пример гетерогенного катализа – синтез аммиака:

N2  +  3H2  ↔ 2NH3

В качестве катализатора используется пористое железо с примесями Al2O3 и K2O.

Сам катализатор не расходуется в ходе химической реакции, но на поверхности катализатора накапливаются другие вещества, связывающие активные центры катализатора и блокирующие его работу (каталитические яды). Их необходимо регулярно удалять, путем регенерации катализатора.

В биохимических реакция очень эффективными оказываются катализаторы – ферменты. Ферментативные катализаторы действуют эффективно и избирательно, с избирательностью 100%. К сожалению, ферменты очень чувствительны к повышению температуры, кислотности среды и другим факторам, поэтому есть ряд ограничений для реализации в промышленных масштабах процессов с ферментативным катализом.

Катализаторы не стоит путать с инициаторами процесса и ингибиторами.

Например, для инициирования радикальной реакции хлорирования метана необходимо облучение ультрафиолетом. Это не катализатор. Некоторые радикальные реакции инициируются пероксидными радикалами. Это также не катализаторы.

Ингибиторы – это вещества, которые замедляют химическую реакцию. Ингибиторы могут расходоваться и участвовать в химической реакции.  При этом ингибиторы не являются катализаторами наоборот. Обратный катализ в принципе невозможен – реакция в любом случае будет пытаться идти по наиболее быстрому пути.

5. Площадь соприкосновения реагирующих веществ

 Для гетерогенных реакций одним из способов увеличить число эффективных соударений является увеличение площади реакционной поверхности. Чем больше площадь поверхности контакта реагирующих фаз, тем больше скорость гетерогенной химической реакции. Порошковый цинк гораздо быстрее растворяется в кислоте, чем гранулированный цинк такой же массы.

В промышленности для увеличения площади контактирующей поверхности реагирующих веществ используют метод «кипящего слоя».

Например, при производстве серной кислоты методом «кипящего слоя» производят обжиг колчедана.

6. Природа реагирующих веществ

На скорость химических реакций при прочих равных условиях также оказывают влияние химические свойства, т.е. природа реагирующих веществ.

Менее активные вещества будут имеют более высокий активационный барьер, и вступают в реакции медленнее, чем более активные вещества.

Более активные вещества имеют более низкую энергию активации, и значительно легче и чаще вступают в химические реакции.

Более стабильные вещества — это, например, те вещества, которые окружают нас в быту, либо существуют в природе.

Например, хлорид натрия NaCl (поваренная соль), или воды H2O, или металлическое железо Fe.

Более  активные вещества мы можем встретить в быту и природе сравнительно редко.

Например, оксид натрия Na2O или сам натрий Na в быту и в природе не не встречаем, т.к. они активно реагируют с водой.

При небольших значениях энергии активации (менее 40 кДж/моль) реакция проходит очень быстро и легко. Значительная часть столкновений между частицами заканчивается химическим превращением. Например, реакции ионного обмена происходят при обычных условиях очень быстро.

При высоких значениях энергии активации (более 120 кДж/моль) лишь незначительное число столкновений заканчивается химическим превращением. Скорость таких реакций пренебрежимо мала. Например, азот с кислородом практически не взаимодействует при нормальных условиях.

При средних значениях энергии активации (от 40 до 120 кДж/моль) скорость реакции будет средней. Такие реакции также идут при обычных условиях, но не очень быстро, так, что их можно наблюдать невооруженным глазом. К таким реакциям относятся взаимодействие натрия с водой, взаимодействие железа с соляной кислотой и др.

Вещества, стабильные при нормальных условиях, как правило, имеют высокие значения энергии активации.

537

Создан на
11 января, 2022 От Admin

Скорость химических реакций

Тренажер задания 18 ЕГЭ по химии

1 / 10

Из предложенного перечня выберите два вещества, взаимодействие которых будет протекать с наибольшей скоростью при равных условиях.

1) железо

2) цинк

3) магний

4) уксусная кислота

5) соляная кислота

Запишите в поле ответа номера выбранных веществ.

2 / 10

Из предложенного перечня выберите все способы увеличить скорость пиролиза октана в газовой фазе  

1) увеличение объёма реактора

2) увеличение концентрации октана

3) увеличение общего давления в системе

4) нагревание

5) уменьшение концентрации водорода

3 / 10

Из предложенного перечня выберите все внешние воздействия, которые увеличивают скорость химической реакции, протекающей по схеме

Сr(тв) + 2H+(р-р) = Cr2+(р-р) + H2(г)

1) увеличение степени измельчения хрома

2) увеличение концентрации кислоты

3) нагревание реакционной смеси

4) пропускание водорода через реакционную смесь

5) добавление индикатора в реакционную смесь

Запишите номера выбранных ответов.

4 / 10

Из предложенного перечня выберите два внешних воздействия, которые приводят к увеличению скорости химической реакции, схема которой

FeO(тв.) + CO(г)→ Fe(тв.) + CO2(г)

1) повышение давления

2) измельчение железа

3) понижение температуры

4) увеличение концентрации CO

5) увеличение концентрации CO2

Запишите в поле ответа номера выбранных внешних воздействий.

5 / 10

Из предложенного перечня выберите все реакции, которые при одинаковых температуре и концентрации кислот протекают с меньшей скоростью, чем взаимодействие гранул цинка с соляной кислотой.

1) взаимодействие гранул магния с соляной кислотой

2) взаимодействие гранул цинка с уксусной кислотой

3) взаимодействие порошка магния с серной кислотой

4) взаимодействие раствора гидроксида бария и соляной кислоты

5) взаимодействие гранул железа с раствором уксусной кислоты

6 / 10

Из предложенного перечня выберите два внешних воздействия, которые способствуют уменьшению скорости реакции гидрирования метаналя.

1) увеличение концентрации продукта реакции

2) повышение температуры

3) уменьшение концентрации водорода

4) понижение температуры

5) повышение давления в системе

Запишите в поле ответа номера выбранных внешних воздействий.

7 / 10

Из предложенного перечня выберите все реакции, для которых увеличение давления приводит к увеличению скорости реакции.

1) Cl2 + H2 = 2HCl

2) 4P(белый) + 5O2 = 2P2O5

3) Fe(порошок) + S(порошок) = FeS

4) Zn + 2HCl(р-р) = ZnCl2 + H2

5) C + 2H2 = CH4

Запишите номера выбранных ответов.

8 / 10

Из предложенного перечня выберите все факторы, которые приводят к уменьшению скорости химической реакции бутана с кислородом.

1) уменьшение концентрации углекислого газа

2) уменьшение концентрации кислорода

3) уменьшение концентрации бутана

4) понижение давления в системе

5) понижение температуры

9 / 10

Из предложенного перечня выберите две схемы химических реакций, для которых увеличение концентрации кислоты приведёт к увеличению скорости их протекания.

1) H2О(ж) + Cl2(г) → HCl(р-p) + HClO(р-р)

2) Zn(тв.) + HCl(р-р) → ZnCl2(р-р) + H2(г)

3) P2O5(тв.) + H2О(ж) → H3PO4(p-p)

4) SO2(г) + H2O(ж) → H23(p-p)

5) CuO(тв.) + H2SO4(p-p) → CuSO4(p-p) + H2О(ж)

Запишите в поле ответа номера выбранных схем реакций.

10 / 10

Из предложенного перечня выберите все внешние воздействия, которые приводят к уменьшению скорости реакции между раствором серной кислоты и карбонатом кальция.

1) охлаждение реакционной смеси

2) разбавление кислоты

3) измельчение карбоната кальция

4) повышение давления

5) понижение давления

Запишите номера выбранных ответов.

Ваша оценка

The average score is 40%

Как определить температуру реакции

Температура химической реакции – один из основных факторов, влияющих на ее скорость. Согласно правилу Вант-Гоффа, при повышении температуры на 10 градусов скорость гомогенной элементарной реакции увеличивается в два–четыре раза. Следует учесть, что это правило действует лишь в сравнительно узком диапазоне температур и неприменимо при больших размерах молекул – например, в случае с полимерами или белками. Как же определить температуру химической реакции?Как определить температуру реакцииВам понадобится

Рассмотрим конкретный пример – синтез этилацетата в ходе реакции этерификации. В колбу, донышко которой помещено в песчаную баню, налейте равные объемы этанола и серной кислоты (предположим, по 10 мл). В одно из «горл» вставьте термометр. Но учтите, что надо заранее подобрать термометр такой длины, чтобы его ртутный кончик был в смеси, но не касался дна колбы. В другое «горло» вставьте капельную воронку. Через центральное «горло» будут отходить пары продуктов реакции.

Нагрейте этанол и серную кислоту на песчаной бане до 140 градусов, после чего начните по каплям приливать смесь из этилового спирта и уксусной кислоты.

Вскоре в приемной емкости начнет собираться сконденсированный дистиллят. Это означает, что начал образовываться этилацетат. С помощью термометра можно определить, при какой температуре смеси идет реакция.

В ряде случаев можно определить температуру химической реакции, используя формулу энергии Гиббса: ∆G = ∆H — T∆S. Величину энергии Гиббса, энтальпии и энтропии многих конкретных реакций легко найти в любом справочнике по химической термодинамике. Неизвестной останется только величина Т – температура реакции в градусах Кельвина, которую очень легко можно будет вычислить по формуле: Т = (∆H — ∆G) / ∆S.

Понравилась статья? Поделить с друзьями:

Не пропустите также:

  • Как найти все таблички в инадзуме
  • Как исправить кривошею у грудничка 3 месяца самостоятельно
  • Как найти тень в ворде
  • Как найти средства на стартап
  • Как найти незабудки в лесу

  • 0 0 голоса
    Рейтинг статьи
    Подписаться
    Уведомить о
    guest

    0 комментариев
    Старые
    Новые Популярные
    Межтекстовые Отзывы
    Посмотреть все комментарии