Научная работа: Скорость химической реакции
Влияние температуры на скорость химической реакции
При повышении температуры скорость химических реакций обычно возрастает. Это объясняется теорией активации: энергия необходимая для активирования молекул, называется энергией активации (Е акт ).
Молекулы
 |
Неактивные Активные
(Энергия молекул меньше (Энергия молекул
энергии активации: больше энергии активации:
Е мол ‹ Е акт) Е мол › Е акт)
С повышением температуры увеличивается число активных молекул, поэтому увеличивается скорость реакции.
Зависимость скорости химической реакции от температуры определяется правилом Вант-Гоффа: при повышении температуры на 10о С скорость большинства химических реакций увеличивается в 2–4 раза. Это правило математически выражается следующей формулой:
где γ – температурный коэффициент, который показывает, во сколько раз увеличивается скорость реакции при повышении температуры на 10о С.
Катализ и ингибирование
Есть вещества, которые в лияют на скорость химической реакции, не являясь при этомреагентами. Они принимают в реакции самое непосредственное участие, но в результате реакции остаются неизменными. Такие вещества называются катализаторами, если они ускоряют реакцию, и ингибиторами, если замедляют ее. Механизм действия катализаторов объясняется образованием промежуточных соединений. Например, механизм действия катализатора К в реакции А + В = АВ можно схематически показать так:
А + К = АК АК + В = АВ + К
А + В = АВ (АК – промежуточное соединение).
В присутствии катализатора изменяется путь, по которому происходит суммарная реакция, поэтому изменяется ее скорость. Например: 2SO2 + O2 = 2 SO3 (медленно);
2SO2 + O2 = 2 SO3 (присутствии катализатора NO – быстро).
Механизм: 2 NO + O2 = 2 NO2 (быстро)
NO2 + SO2 = SO3 + NO (быстро). NO – катализатор, NO2 - промежуточное соединение. (приложение, рисунок 6)
Особый случай катализа – аутокатализ, или ускорение реакции одним из ее продуктов. При этом скорость реакции не уменьшается по мере расходования реагентов, а растет. Так, реакция
2KMnO4 + 5K2 SO3 + 3H2 SO4 = 2MnSO4 + 6K2 SO4 + 3H2 O
ускоряется по мере накопления ионов Mn2+ , образующихся при восстановлении перманганата.
Методика и результаты исследования
1. Зависимость скорости реакции от природы взаимодействующих веществ
Цель: проверить влияние природы реагирующих веществ на скорость химической реакции.
А. Оборудование: 0,5 М раствор тиосульфата натрия (79 г./л), 0,5 М раствор серной кислоты, 1 М раствор соляной кислоты, 0,5 М раствор ортофосфорной кислоты, дистиллированная вода, пробирки, черная бумага, часы с секундной стрелкой.
Берем тиосульфат натрия и три кислоты (серную, соляную и ортофосфорную):
Na2 S2 O3 + H2 SO4 = Na2 SO4 + SO2 + S + H2 O
Na2 S2 O3 + 2 HCl = 2 NaCl + SO2 + S + H2 O
3 Na2 S2 O3 +2 H3 РO4 = 2 Na3 РO4 + 3 SO2 + 3 S + 3 H2 O
Наливаем в три пробирки по 8 мл раствора тиосульфата натрия. В первую пробирку с раствором тиосульфата натрия наливаем 8 мл серной кислоты, быстро перемешиваем и засекаем время в секундах от начала реакции до помутнения раствора. Чтобы лучшее заметить окончание реакции, с противоположной стороны стенки пробирки приклеиваем полоску черной бумаги. Отчет времени заканчиваем в момент, когда эта полоска не будет просматриваться сквозь помутневший раствор.