ТЕМА: Химическая кинетика и равновесие

Кинетика — учение о скорости различных процессов, в том числе химических реакций. Критерием принципиальной осуществимости реакций является неравенство ДG_Р,Т < 0. Но это неравенство не является еще полной гарантией фактического течения процесса в данных условиях, не является достаточным для оценки кинетических возможностей реакции.

Так, ДG^о_298,Н2О = -228,59 кДж/моль, а ДG^о_298,А1С13 = -313,8 кДж/моль и, следовательно, при Т = 298 К и Р = 1,013 • 10⁵ Па возможны реакции, идущие по уравнениям:

Н₂(г) + ЅО₂(г) = Н₂О(г)

2А1 (к) + 3I₂ (к) = 2А1I₃(к)

Однако эти реакции при стандартных условиях идут только в присутствии катализатора (платины для первой и воды для второй). Катализатор как бы снимает кинетический "тормоз", и тогда проявляется термодинамическая природа вещества.

Скорость химических реакций зависит от многих факторов, основные из которых — концентрация (давление) реагентов, температура и действие катализатора. Эти же факторы определяют и достижение равновесия в реагирующей системе.

Пример 1.

Во сколько раз изменится скорость прямой и обратной реакции в системе

2SO₂(г) + O₂(г) = 2SO₃(г),

если объем газовой смеси уменьшить в три раза? В какую сторону сместится равновесие системы?

Решение. Обозначим концентрации реагирующих веществ:

[SO₂] = а; [O₂] = b; [SO₃] = с.

Согласно закону действия масс скорости V прямой и обратной реакции до изменения объема

V_пр = К а²b; V_обр = К₁ с²;

После уменьшения объема гомогенной системы в три раза концентрация каждого из реагирующих веществ увеличится в три раза: [SO₂] = 3а; [O₂] = 3b; [SO₃] = 3с. При новых концентрациях скорости V прямой и обратной реакции изменились

V`<sub>пр</sub> = К (3а)<sup>2</sup> 3b = 27∙Ка<sup>2</sup>b; V`_обр = К₁ (3с)² = 9∙К₁ с²;

Отсюда

V`<sub>пр</sub> /V<sub>пр</sub> = 27∙Ка<sup>2</sup>b/К а<sup>2</sup>b =27; V`_обр /V_обр = 9∙К₁ с² /К₁ с² = 9

Следовательно, скорость прямой реакции увеличилась в 27 раз, а обратной — только в девять раз. Равновесие системы сместилось в сторону образования SO₃.

Пример 2.

Вычислите, во сколько раз увеличится скорость реакции, протекающей в газовой фазе, при повышении температуры от 30 до 70° С, если температурный коэффициент реакции равен 2.

Решение. Зависимость скорости химической реакции от температуры определяется эмпирическим правилом Вант-Гоффа по формуле

V_t(2)/V_t(1) = г^Дt/10,

Где:

Дt = t₂ – t₁ = 70 – 30 = 40^оС.,

V_t(1) – скорость реакции при температуре t₁;

V_t(2) - скорость реакции при температуре t₂;

г – температурный коэффициент, который показывает, как изменится скорость реакции при изменении температуры на 10 ^оС.

V_t(2)/V_t(1) = г^Дt/10 = 2^40/10 =2⁴ = 16.

Следовательно, скорость реакции V_t(2) при температуре 70є С больше скорости реакции V_t(1) при температуре 30° С в 16 раз.