Формула скорости химической реакции
Определение и формула скорости химической реакции
Химические реакции протекают с различными скоростями. Некоторые из них полностью заканчиваются за малые доли секунды, другие осуществляются за минуты, часы, дни; известны реакции, требующие для своего протекания несколько лет. Кроме того, одна и та же реакции может в одних условиях, например, при повышенных температурах, протекать быстро, а в других, — например, при охлаждении, — медленно; при этом различие в скорости одной и той же реакции может быть очень большим.
При рассмотрении вопроса о скорости химической реакции необходимо различать реакции, протекающие в гомогенной системе (гомогенные реакции), и реакции, протекающие в гетерогенной системе (гетерогенные реакции).
Различают гомогенные и гетерогенные системе. Гомогенной называется система, состоящая из одной фазы, гетерогенной – система, состоящая из нескольких фаз. Фазой называется часть системы, отделенная от других её частей поверхностью раздела, при переходе через которую свойства изменяются скачком.
Примером гомогенной системы может служить любая газовая смесь 9все газы при не очень высоких давлениях неограниченно растворяются друг в друге) или раствор нескольких веществ в одном растворителе.
В качестве примеров гетерогенных систем можно привести следующие системы: вода со льдом, насыщенный раствор с осадком, уголь и сера в атмосфере воздуха.
Если реакция протекает в гомогенной системе, то она идет во всем объеме этой системы. Если реакция протекает между веществами, образующими гетерогенную систему то она может идти только на поверхности раздела фаз, образующих систему. В связи с этим скорость гомогенной реакции и скорость гетерогенной реакции определяются различно.
Скоростью гетерогенной реакции называется количество вещества, вступающего в реакцию или образующегося при реакции за единицу времени на единице площади поверхности фазы.
Оба эти определения можно записать в математической форме. Введем обозначения: υhomogen – скорость реакции в гомогенной системе; υheterogen – скорость реакции в гетерогенной системе;n– число молей какого-либо из получающихся при реакции веществ; V– объем системы; t–время; S – площадь поверхности фазы, на которой протекает реакция; Δ – знак приращения (Δn = n2–n1; Δt = t2–t1). Тогда
υhomogen = Δn / (V× Δt);
υheterogen = Δn / (S× Δt).
Первое из этих уравнений можно упростить. Отношение количества вещества (n) к объему (V) системы представляет собою молярную концентрацию (с) вещества: c=n/V, откуда Δc=Δn/V и окончательно:
υhomogen = Δc / Δt.
Примеры решения задач
| Задание | Составьте формулы двух оксидов железа, если массовые доли железа в них 77,8% и 70,0%. |
| Решение | Массовая доля элемента Х в молекуле состава НХ рассчитывается по следующей формуле:
ω (Х) = n × Ar (X) / M (HX) × 100%. Найдем массовую долю в каждом из оксидов меди: ω1 (О) = 100% — ω1 (Fe) = 100% — 77,8% = 22,2%; ω2 (О) = 100% — ω2 (Fe) = 100% — 70,0% = 30,0%. Обозначим количество моль элементов, входящих в состав соединения за «х» (железо) и «у» (кислород). Тогда, мольное отношение будет выглядеть следующим образом (значения относительных атомных масс, взятых из Периодической таблицы Д.И. Менделеева округлим до целых чисел): x:y = ω1 (Fe)/Ar(Fe) : ω1 (O)/Ar(O); x:y = 77,8/56 : 22,2/16; x:y = 1,39 : 1,39 = 1 : 1. Значит формула первого оксида железа будет иметь вид FeO. x:y = ω2 (Fe)/Ar(Fe) : ω2 (O)/Ar(O); x:y = 70/56 : 30/16; x:y = 1,25 : 1,875 = 1 : 1,5 = 2 : 3. Значит формула второго оксида железа будет иметь вид Fe2O3. |
| Ответ | FeO, Fe2O3 |
| Задание | Составьте формулу соединения водорода, йода и кислорода, если массовые доли элементов в нём: ω(H) = 2,2%, ω(I) = 55,7%, ω(O) = 42,1%. |
| Решение | Массовая доля элемента Х в молекуле состава НХ рассчитывается по следующей формуле:
ω (Х) = n × Ar (X) / M (HX) × 100%. Обозначим количество моль элементов, входящих в состав соединения за «х» (водород), «у» (йод), «z» (кислород). Тогда, мольное отношение будет выглядеть следующим образом (значения относительных атомных масс, взятых из Периодической таблицы Д.И. Менделеева, округлим до целых чисел): x:y:z = ω(H)/Ar(H) : ω(I)/Ar(I) : ω(O)/Ar(O); x:y:z= 2,2/1 : 55,7/127: 42,1/16; x:y:z= 2,2 : 0,44: 2,63 = 5 : 1 : 6. Значит формула соединения водорода, йода и кислорода будет иметь вид H5IO6. |
| Ответ | H5IO6 |
