Реферат - Гетерогенні реакції - скачати безкоштовно
Химия

Реферат — Гетерогенні реакції — скачати безкоштовно


Завантажити реферат: Гетерогенні реакції

При гетерогенному каталізі каталізатор і реагують знаходяться в різних фазах, найчастіше каталізатором є тверде тіло, а реагуючі речовини знаходяться в рідкому або газоподібному стані і реакція протікає на поверхні розділу двох фаз, тобто на поверхні каталізатора. Тому гетерогенні каталітичні процеси часто називають контактними, а тверді каталізатори – контактними речовинами.

Досвід показує, що при гетерогенному каталізі велике значення мають структура, хімічний склад та величина поверхні каталізатора. Так, гладка платинова платівка, опущена розчин пероксиду водню, мало викликають розкладання останнього. Якщо ж поверхня цієї платівки шорстка, розкладання пероксиду водню протікає помітно. Ще більше збільшується швидкість розкладання, якщо як каталізатор використовувати платину як порошку. І, нарешті, якщо до розчину пероксиду водню додати ще більш роздроблену платину у вигляді колоїдного розчину, то розкладання Н 2 Про 2 відбудеться практично миттєво — у вигляді вибуху.

Як правило, всі гетерогенні каталітичні реакції (навіть відносно прості з них) протікають у декілька стадій: 1) зближення молекул реагуючих речовин, 2) орієнтація молекул на активних центрах каталізатора, 3) адсорбція молекул реагуючих речовин, що супроводжується деформацією зв’язків у молекулах, 4) хімічне перетворення адсорбованих (і активованих) молекул; 5) десорбція продуктів реакції; 6) видалення цих продуктів з поверхні каталізатора.

Швидкість хімічної реакції визначають як зменшення кількості речовини, що реагує, або збільшення кількості за одиницю часу, наприклад за секунду. Для реакцій, що протікають при постійному обсязі, як, наприклад, у закритій посудині або в розчині, швидкість виражають через зменшення концентрації реагуючої речовини або збільшення концентрації продукту, віднесених до одиниці часу. Так швидкість утворення йодоводороду з Н 2 і I 2 протікає при ~ 400 0 C в газовій фазі

Н 2 + I 2 2 Hi ,

можна виразити трьома способами: знак мінус ставлять, коли швидкість виражається через спад концентрації вихідної речовини, щоб швидкість була позитивною величиною. Швидкість виражається через приріст концентрації йоду водню, розділена на стехіометричний коефіцієнт 2, щоб усі три вирази були чисельно однакові.

У випадку для реакції

Швидкість можна виразити будь-яким із наступних способів:

Швидкість представляє таким чином першу похідну від концентрації за часом. Графічно швидкість зображується величиною тангенса кута нахилу дотичної, проведеної до прямої, що показує залежність концентрації часу. Графічно швидкість зображується величиною тангенсу кута нахилу дотичної, проведеної до кривої, що показує залежність концентрації речовини, що прореагувала або утворилася від часу.

З наведених формул випливає, що розмірність швидкості хімічної реакції дорівнює: хімічна маса * обсяг -1 * час -1 . У системі СІ розмірність швидкості дорівнює — моль * м -3 * сек -1. Однак у літературі досі прийнято виражати швидкість реакцій у моль * дм -3 * сек -1.

Насправді при вимірі швидкостей реакції замість секунди за одиницю часу часто беруть хвилину чи годину.

У гетерогенних системах реакційним простором є поверхня поділу між фазами. Ввівши поняття поверхневої концентрації Cs , що вимірюється числом молей реагуючої речовини ( n ), що припадають на одиницю реакційного простору S маємо

Тоді середню швидкість гетерогенної реакції можна вимірювати зміною поверхневої концентрації одного з реагентів (вихідної речовини або продукту реакції) за одиницю часу, виражаючи її в моль/м або моль/см с):

Справжню (миттєву) швидкість гетерогенної реакції визначаємо, переходячи в (1.7) до межі Т-О:

Швидкість гетерогенних взаємодій залежить не тільки від самої хімічної взаємодії, а й від стадії перенесення речовини, якою є підведення молекул газоподібного або розчиненого реагенту з об’єму V до реакційної поверхні S та інтенсивність відведення від поверхні продуктів реакції. Швидкість протікання всієї гетерогенної взаємодії визначає та з трьох стадій швидкість, якою мінімальна. Її називають імітуючою стадією.

У 1865 році професор Н.М. Бекетов висловив гіпотезу про взаємозв’язок між масами реагентів та часом перебігу реакції: «… тяжіння пропорційно до твору діючих мас», яка у 1867 році була підтверджена норвезьким хіміком К.М. Гульдбергом та П. Вааге в законі дії мас. Сучасне формулювання цього закону: «при постійній температурі швидкість хімічної реакції прямо пропорційна добутку концентрації речовин, що реагують, взятих у ступенях, рівних стехіометричним коефіцієнтам у рівнянні реакції».

Для реакції aA + bB – mM + nN

Математичний вираз закону дії мас має вигляд:

Де V – швидкість реакції; k – константа швидкості реакції (при [А] = [В] = 1 моль / п k = v — чисельно), [А] і З [В] і С – різні форми позначення концентрації, a та – стехіометричні коефіцієнти реагентів А і В у рівнянні реакції.

Константа швидкості k визначається природою реагуючих речовин, залежить від температури та присутності каталізатора, але не залежить від концентрації реагентів, що беруть участь у реакції.

Закон дії мас справедливий тільки для найпростіших за своїм механізмом взаємодій, що протікають у газах або розведених розчинах. Якщо складна реакція є сукупністю декількох процесів, що здійснюються паралельно або послідовно, цей закон справедливий для кожної окремої стадії реакції, але не всієї взаємодії в цілому. Математичний вираз закону дії мас для найповільнішої (лімітуючої) стадії процесу визначає швидкість всієї реакції.

У разі гетерогенної реакції, наприклад, горіння вуглецю:

З + О2 = СО2

Математичний вираз закону дії мас має вигляд:

V = k [ c ] [02]

Але концентрація твердої фази (вуглецю) у ході реакції не змінюється. Тому її зазвичай включають у константу швидкості (k):

V = k const [02] = k [02],

Тобто швидкість гетерогенної реакції залежить тільки від концентрації речовин, що знаходяться в газовій або рідкій фазах.

Досвід №1:

Спостереження залежності швидкості гетерогенної реакції від площі поверхні дотику речовин, що реагують.

Прилади та реактиви, що застосовуються.

Рівні навішування карбонату кальцію Са СО3 у вигляді порошку та у вигляді шматочків.

15% розчин соляної кислоти HCL.

Піпетки, склянки, секундомір.

Виконання досвіду.

Налийте в дві склянки по 15 або 15% соляної кислоти. У першу склянку покладіть навішення подрібненої крейди Са СО3, а в другій такий же за вагою шматочок крейди. Запишіть час, що знадобився на розчинення крейди в тій і іншій склянці. Поясніть результати досвіду, запишіть рівняння реакцій та вирази для швидкості реакції залежно від дотику твердої та рідкої фази.

Досвід №2.

Розкладання пероксиду водню.

Мета: простежити каталітичну дію різних каталізаторів на реакцію розкладання пероксиду водню за швидкістю знебарвлення індигокарміну за рахунок окислення барвника киснем, що виділяється 2 H 2 O 2 – 2 H 2 O + O 2

Реактиви: 1) розчин індигокарміну

2) 0,5г. оксиду марганцю (I У)

3) 0,5г. оксиду свинцю (I У)

4) 30% — ний. розчин пероксиду водню

Обладнання: 1) шість пробірок

2) секундомір

Налити в три пробірки по десять крапель розчину індигокарміну. У першу пробірку додати щіпку оксиду марганцю (I У) MnO 2 , у другу — стільки ж оксиду свинцю ( I У) PbO 2 . Третю пробірку залишити як зразок.

У трьох інших пробірках приготувати по 3 мл 30% -ного розчину пероксиду водню, і швидко перелити їх в кожну з пробірок з барвником. Струсити всі три пробірки. Записати, через який проміжок часу знебарвиться барвник у кожній із трьох пробірок, і зробити висновок про порівняльну каталітичну дію взятих каталізаторів.

© Реферат плюс



Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *