4.5. Контрольные упражнения

Определите тепловой эффект реакции гашения извести водой:

CaO + H₂O = Ca(OH)₂ ,

если известны стандартные теплоты образования:

Какая это реакция: экзо- или эндотермическая? Напишите термохимическое уравнение реакции.

Декарбонизация доломита идет по схеме:

Тепловой эффект этого процесса Определите теплоту образования доломита, если:

Литература: [4 – тема 18]; [7 – раздел 2, глава 5, §§ 5.1 – 5.5].

Работа 5. КИНЕТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ УПРАВЛЕНИЯ

ХИМИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ

5.1. Цель работы

• Усвоить основные понятия и законы химической кинетики.

• Установить влияние концентрации реагирующих веществ, температуры и катализатора на скорость и равновесие химических реакций.

5.2. Общие теоретические сведения

Химическая кинетика рассматривает вопросы управления скоростью химических процессов и изучает зависимость протекания химических процессов от различных структурно-кинетических факторов: строения исходных реагентов, их концентрации, температуры, давления, наличия в реакторе катализаторов и других добавок, способов смешивания реагентов и т.п., а также механизмы протекания химических реакций.

Под скоростью химических реакций понимают число элементарных актов химических взаимодействий в единицу времени. Скорость реакций измеряется изменением количества вещества в единицу времени.

Химическую реакцию, протекающую в гомогенной системе, можно представить в общем виде:

a A + b B → d D + e E,

где A и В – исходные вещества, D и Е – продукты реакции, a, b, d, e – стехиометрические коэффициенты.

В соответствии с законом действующих масс при постоянной температуре скорость химических реакций прямо пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ, взятых в степенях равных их стехиометрическим коэффициентам. Математически закон действующих масс выражается через кинетическое уравнение реакции:

υ= k C ^a_A C^b_B, (5.1)

где k – константа скорости реакции, зависит от природы реагирующих веществ и температуры; C^a_A, C^b_B – концентрации реагирующих веществ.

Если процесс протекает в гетерогенной системе, то в кинетическое уравнение входят концентрации веществ, находящихся только в жидкой или газовой фазах. Для протекания химической реакции необходимо столкновение реагирующих частиц, однако этого недостаточно, также нужно чтобы частицы обладали необходимым запасом энергии, достаточным для взаимодействия.

С повышением температуры возрастает число активных (реакционноспособных) частиц и скорость реакции увеличивается. По правилу Вант-Гоффа при изменении температуры на 10 ^о скорость химической реакции изменяется в 2–4 раза (поскольку имеет экспоненциальную зависимость от её вида):

, (5.2)

где υ_Т1 и υ_Т2 – скорость реакции при температурах Т₁ и Т₂;

γ – температурный коэффициент скорости реакции.

Многие встречающиеся в природе и осуществляемые в технологии химические реакции протекают под воздействием катализаторов, т.е. веществ, которые ускоряют химические реакции, но не испытывают химического превращения в их результате. Явление изменение скорости реакции под воздействием катализаторов называется катализом.

Катализ играл решающую роль в процессе перехода от химических систем к биологическим. Роль этих процессов усиливалась по мере усложнения состава и структуры химических систем. Таким образом, ученые напрямую связывают химическую эволюцию с самоорганизацией и саморазвитием каталитических систем.

Большинство природных и техногенных процессов являются обратимыми, т.е. могут протекать как в прямом, так и в обратном направлении:

прямая реакция

а А + в В d D + е Е

обратная реакция

Химическое равновесие – это такое состояние системы, когда скорость прямой реакции равна скорости обратной реакции, при этом процесс не прекращается, т.е. химическое равновесие носит динамический характер.

Химическое равновесие изменяется в соответствии с принципом Ле Шателье: система, находящаяся в устойчивом состоянии равновесия, при воздействии внешних факторов стремится уменьшить произведенное воздействие.