Контрольная работа: Реакційна здатність неорганічних сполук

У першому наближенні, питання про термодинамічну можливість проведення звичайно вирішується на основі аналізу зміни енергії Гіббса реакції, проведеної у стандартних термодинамічних умовах:

Δ_r G^o = Δ_r Н^o – ТΔ_r S^o і в припущенні, що значення Δ_r Н^o і Δ_r S^o не залежать від температури.

1.5 Хімічна кінетика і швидкість хімічної реакції

У хімії і хімічній технології, як правило, при розробці і реалізації того або іншого хімічного процесу доводиться вирішувати дві великі проблеми. Перша з них зв'язана з можливістю протікання хімічної реакції з метою одержання бажаного продукту за певних умов (температура, тиск та інші фактори), наприклад синтез аміаку з гідрогену й нітрогену по реакції: N_2(г) + 3H_2(г) ↔ 2NH_3(г)

На це питання дає відповідь хімічна термодинаміка, що дозволяє визначити спрямованість хімічного процесу і вихід цільового продукту в конкретних умовах його проведення. Однак термодинамічний підхід указує тільки на принципову можливість мимовільного протікання реакції.

Разом з тим для практики дуже важливо знати, як швидко пройде реакція або, іншими словами, яка швидкість мимовільного процесу, дозволеного з позицій термодинаміки. Розділ хімії, що вивчає швидкості і механізми реакцій, називається хімічною кінетикою (від греч. kinetikos — який приводить у рух). Предметом хімічної кінетики є дослідження закономірностей протікання хімічних процесів у часі (їхніх швидкостей у залежності від ряду факторів — температури, тиску, концентрацій та ін.) та механізмів хімічних реакцій або їх окремих стадій.

Хімічна кінетика дозволяє розраховувати час досягнення заданих ступенів перетворення вихідних речовин у процесах і мінімізувати цей час шляхом оптимального варіювання факторів, що впливають на швидкість реакції. Таким чином, для практичного впровадження хіміко-технологічних процесів необхідний комплексний підхід, що враховує основні закони як хімічної термодинаміки, так і хімічної кінетики.

У 1865 р. М.М.Бекетов, а в 1867 р. норвезькі вчені К.Гульдберг і П.Вааге на основі експериментальних даних сформулювали основний постулат хімічної кінетики, або закон діючих мас, що виражає залежність швидкості реакції від концентрації реагентів: при постійній температурі швидкість елементарної хімічної реакції пропорційна добуткові концентрацій реагуючих речовин у ступенях, рівних їх стехіометричним коефіцієнтам.

Наприклад, для реакції: a + b → продукти закон діючих мас приймає вираження:

V_пр =k[A]^a [B]^b ,

де k – коефіцієнт пропорційності, який називається константою швидкості реакції;

a, b – частні кінетичні порядки або порядки реакції по речовинах А и В відповідно.

Загальним кінетичним порядком реакції називається сума частних порядків. Для простих необоротних реакцій загальний порядок приймає значення 0, 1, 2 і 3. Для складних реакцій загальний порядок може бути цілим числом і дробовим, позитивним і негативним. Порядок реакції визначається на підставі кінетичних даних, тобто залежності концентрації речовин від часу протікання реакції.

Константа швидкості реакції визначається природою реагуючих речовин і при даній температурі є величиною постійною. Історично відомі два види залежності константи швидкості від температури: емпіричне правило Вант-Гоффа і більш строге рівняння Ареніуса. В області помірних температур для гомогенних і багатьох гетерогенних реакцій справедливо правило Вант-Гоффа: при постійних концентраціях реагуючих речовин збільшення температури на 10^о С (або 10 К) приводить до зростання швидкості реакції в 2÷4 рази.

Відповідно до рівняння Ареніуса швидкість реакції з підвищенням температури збільшується по експонентному закону:

k = k_o exp(-E_A /(RT)),

де k_o – предекспоненційний множник у рівнянні Ареніуса;

E_A – енергія активації хімічної реакції.

2.Практична частина

2.1Завдання 1

Написати електронну конфігурацію атомів нітрогену і церію.

Рішення:

Нітроген, атомний номер 7, число електронів 7.

Нітроген має електронну конфігурацію 1s² 2s² 2p³.

Церій, атомний номер 58, число електронів 58.

Церій має електронну конфігурацію:

1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹º 4s² 4p⁶ 4d¹º 4f² 5s² 5p⁶ 6s².

2.2Завдання 2

Розрахувати зміну ентальпії реакції 0,5А2 + 0,5В2 = АВ, якщо відомі наступні величини: енергія зв'язку між атомами А (Е _А-А ), енергія зв'язку між атомами В (Е_В-В ), відносні електронегативності атомів А і В (ЄА і ЄВ).

Рішення: