Влияние температуры и катализаторов на скорость химических реакций

 

Повышение температуры ускоряет большинство химических реакций. Приближенно влияние температуры на скорость реакции описывает эмпирическое правило Вант-Гоффа: при повышении температуры на 10 К скорость большинства реакций увеличивается в 2¸4 раза

u2 = u1× ,

где u1, u2 – скорости реакции при температурах Т1 и Т2; g - температурный коэффициент Вант-Гоффа, который показывает во сколько раз увеличивается скорость реакции при повышении температуры на 10 К.

Для многих реакций в интервале температур от комнатных значений до 400 °С температурный коэффициент лежит в пределах от 2 до 4. Точнее значение g можно вычислить по формуле

,

где k1, k2 – константы скорости реакции при температурах Т1 и Т2.

Более строгая зависимость скорости реакции от температуры описывается уравнением Аррениуса

k =k0× ,

где k – константа скорости реакции при температуре Т; k0 – предэкспоненциальный множитель; е – основание натурального логарифма; ЕА – энергия активации, Дж/моль; R – универсальная газовая постоянная.

Энергией активации называют избыток энергии, которым должны обладать молекулы, по сравнению со средним значением энергии частиц в системе, чтобы их столкновение привело к образованию продуктов реакции. Величина энергии активации зависит от природы реагирующих веществ. Для химических реакций значения ЕА лежат в пределах 40¸400 кДж/моль. В узком интервале температур энергия активации практически не зависит от температуры и может быть вычислена по формуле

ЕА = ,

где Т1, Т2 – абсолютные значения температур, К; k1, k2 – значения констант скоростей реакции при данных температурах.

Для ускорения очень медленно протекающих химических реакций применяют катализаторы – вещества, способные понижать энергию активации реакции, ослабляя связи между молекулами. При этом молекулы становятся реакционно-способными при более низких температурах. Изменение скорости реакции путем добавления небольших порций катализатора называют катализом. Увеличение скорости реакции в присутствии катализатора можно оценить по уравнению

,

где uкат, kкат – скорость и константа скорости реакции в присутствии катализатора; u, k –скорость и константа скорости реакции без катализатора; ЕА, кат, ЕА – энергия активации реакции в присутствии катализатора и без него.

 

Пример 1.При 150 °С реакция заканчивается за 16 минут. Определите время, необходимое для протекания реакции при 200 °С, если температурный коэффициент Вант-Гоффа равен 2,5.

Р е ш е н и е

Между скоростью протекания химической реакции и ее продолжитель-ностью существует обратно пропорциональная зависимость

,

тогда правило Вант-Гоффа в данном случае можно записать в виде

, откуда мин.

 

Пример 2.Вычислите энергию активации реакции, если при повышении температуры от 290 К до 300 К скорость реакции увеличивается в 2 раза.

 

Р е ш е н и е

Согласно основному закону химической кинетики, скорость реакции и константа скорости реакции прямо пропорциональны друг другу, то есть выполняется соотношение

.

Подставим это в формулу для расчета энергии активации

ЕА = Дж/моль.

 

Пример 3. Определите, на какую величину произошло снижение энергии активации при введении в систему катализатора, если при температуре 450 К в присутствии катализатора скорость реакции увеличилась в 1000 раз.

Р е ш е н и е

Преобразуем уравнение к виду

(ЕА, катЕА) = R×T×ln .

По условию задачи , тогда

(ЕА, катЕА) = 8,314 × 450 × ln1000 = 25844 Дж/моль.

 

 






Дата добавления: 2018-11-26; просмотров: 553; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ


Поиск по сайту:

Воспользовавшись поиском можно найти нужную информацию на сайте.

Поделитесь с друзьями:

Считаете данную информацию полезной, тогда расскажите друзьям в соц. сетях.
Poznayka.org - Познайка.Орг - 2016-2022 год. Материал предоставляется для ознакомительных и учебных целей.
Генерация страницы за: 0.022 сек.