Материал: Методическое руководство для самостоятельной работы и контроля знаний по теме «Скорость химических реакций. Химическое равновесие». Корнеева В.В., Корнеева А.Н

ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет»

Кафедра химии

Методическое руководство

для самостоятельной работы и контроля знаний (тестирование) по теме «Скорость химических реакций. Химическое равновесие» по дисциплине «Химия» для студентов направлений подготовки бакалавров 150100, 150400, 210100 221700, 223200

очной и заочной форм обучения

Воронеж 2012

Составители: канд. техн. наук В.В. Корнеева,

канд. техн. наук А.Н. Корнеева,

д-р техн. наук В.А. Небольсин

УДК.546

Методическое руководство для самостоятельной работы и контроля знаний (тестирование) по теме «Скорость химических реакций. Химическое равновесие» по дисциплине «Химия» для студентов направлений подготовки бакалавров 150100, 150400, 210100, 221700, 223200 очной и заочной форм обучения / ФГБОУ ВПО «Воронежский технический университет»; сост. В.В. Корнеева, А.Н. Корнеева, В.А. Небольсин. Воронеж, 2012. 29 с.

Методическое руководство имеет цель – оказать помощь студентам самостоятельно изучить, закрепить и углубить знания по теме «Скорость химических реакций. Химическое равновесие», без понимания которой невозможно успешное освоение механизма протекания химических процессов, а преподавателю – проверить знания тестированием.

Предназначено для студентов первого курса очной и заочной форм обучения.

Методические указания подготовлены в электронном виде в текстовом редакторе Microsoft Word 2003 и содержится в файле «Скорость химических реакций 2012.doc».

Библиогр.: 6 назв.

Рецензент канд. физ.-мат. наук, доц. О.И. Сысоев

Ответственный за выпуск зав. кафедрой д-р техн. наук, проф. В.А.Небольсин

Издаётся по решению редакционно-издательского совета Воронежского государственного технического университета

©ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет», 2012

СОДЕРЖАНИЕ

Предисловие	2
1. Скорость химических реакций. Химическое равновесие	2
2. Спецификация текста по теме: “Скорость химических реакций. Химическое равновесие”	6
3. Варианты теста	7
Библиографический список	29

Предисловие

В методических указаниях по теме “Скорость химических реакций. Химическое равновесие” дается краткое теоретическое введение. Но для успешного выполнения вариантов теста необходимы прослушивание лекции, выполнение лабораторной работы и самоподготовка.

1. Скорость химических реакций. Химическое равновесие

Скорость химической реакции количественно характеризуется изменением концентраций реагирующих веществ в единицу времени.

Скорость химической реакции зависит от природы реагирующих веществ и условий протекания реакции: концентрации, температуры, присутствия катализатора, а также от некоторых других факторов.

Основной закон кинетики устанавливает зависимость скорости гомогенной (однофазной) химической реакции от концентрации реагирующих веществ: скорость химической реакции пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ в степенях, соответствующих стехиометрическим коэффициентам в уравнении реакции. Так, для реакции

m A + n B = p C + q D

,

где С_А и С_В – концентрации веществ А и В, моль/л; k – константа скорости. Она численно равна скорости реакции при условии, если концентрации каждого из реагирующих веществ составляют 1 моль/л. Константа скорости зависит от температуры и от природы реагирующих веществ, но не зависит от концентрации последних.

Если в гомогенных системах химическое взаимодействие происходит во всем объеме, то в гетерогенных (многофазных) системах лишь на поверхности твердой фазы, которая остается также неизменной. При этом концентрация твердого участка реакции также не изменяется.

Так, для реакции горения угля С_тв + О_{2 газ} = СО_{2 газ} закон действующих масс может быть записан следующим образом:

, (1)

где k – константа скорости; S_c – величина поверхности угля; С_с – его концентрация.

Обозначая произведение постоянных величин через , получим:

, (2)

т.е. скорость гетерогенной химической реакции пропорциональна лишь концентрации газообразного реагента (кислорода), концентрация и площадь поверхности твердого вещества (угля) входит в значение константы скорости.

Зависимость скорости реакции от температуры определяется правилом Вант-Гоффа: при повышении температуры на каждые 10°С скорость реакции увеличивается в 2-4 раза:

, (3)

где и – скорости реакции при конечной (Т₂) и начальной (Т₁) температурах, а – температурный коэффициент скорости реакции.

Правило Вант-Гоффа является приближенным и применимо лишь для ориентировочной оценки влияния температуры на скорость реакции.

Большинство химических реакций являются обратимыми. Они заканчиваются достижением состояния химического равновесия. В состоянии равновесия прямая и обратная реакции не прекращаются, поэтому такое равновесие называют подвижным, или динамическим. Концентрация всех веществ, которые устанавливаются при химическом равновесии, называются равновесными. В состоянии равновесия скорости прямой и обратной реакций равны между собой.

Так, для обратимого процесса

m A + nB pC + qD

при установившемся равновесии , или согласно основному кинетическому закону

, (4)

откуда

(5)

где , , и – равновесные концентрации участников реакции; и – константы скоростей прямой и обратной реакций; – константа химического равновесия.

Выражение (5) носит название закона действия масс: отношение произведения равновесных концентраций продуктов к произведению равновесных концентраций исходных веществ в степенях, равных стехиометрическим коэффициентам в уравнении реакции, есть величина постоянная при данной температуре.

Константа равновесия не зависит от концентрации, а изменяется лишь с изменением температуры.

Если константа равновесия выражена через концентрации реагирующих веществ, то ее принято обозначать . Для реакций, протекающих с участием газообразных веществ, константу равновесия выражают через парциальные давления и обозначают .

Например, для реакции

(6)

Если обратимая реакция является гетерогенной, то химическое равновесие должно устанавливаться на всех границах раздела между всеми фазами.

Если в гетерогенной реакции участвуют твердые вещества и газы, например реакция горения угля, то в выражение для константы химического равновесия входят лишь парциальные давления газообразных участков реакции:

(7)

Направление смещения химического равновесия определяется общим положением, известным под названием принципа Ле Шателье: изменение одного из условий (температуры, концентрации, давления), при которых система находится в состоянии равновесия, вызывает смещение равновесия в направлении той реакции, которая противодействует произведенному изменению.

Согласно принципу Ле Шателье при повышении температуры происходит смещение равновесия в сторону эндотермической реакции, при понижении – в сторону экзотермической.

Увеличение концентрации исходных веществ смещает равновесие в сторону образования продуктов: увеличение концентрации продуктов реакции смещает равновесие в сторону образования исходных веществ.

Изменение давления действует на смещение равновесия реакций, идущих с изменением числа молей газообразных веществ. Увеличение давления смещает равновесие в сторону реакции, приводящей к уменьшению числа молей в газовой фазе, а следовательно, к уменьшению давления в системе.

2. Спецификация теста по теме “Скорость химических реакций. Химическое равновесие”

Для контроля знаний по данной теме предлагаются тестовые задания, включающие понятия скорости химической реакции, факторы, влияющие на нее, математическое выражение для скорости гомогенной и гетерогенной реакций, зависимость скорости реакции от температуры (правило Вант-Гоффа), представления о химическом равновесии, математическое выражение закона действующих масс (константы равновесия), способы смещения химического равновесия (принцип Ле Шателье).

Перечень объектов контроля:

а) фактологические знания – знание основных научно-технических терминов, фактов и процессов;

б) базовые знания – знание основных понятий и законов;

в) методологические знания и умения – знать и уметь использовать методы теоретического и экспериментального исследования в химии, уметь оценивать численные порядки величин при расчетах

Используется закрытая форма заданий с выборочными ответами. Всего 15 вариантов теста, число заданий 5, к каждому заданию даны несколько ответов, из которых только один правильный. Общее время выполнения теста 45 минут. За каждое правильно выполненное задание начисляется 2 балла. Максимальная сумма баллов 10. Предлагается следующая категория пересчета по пятибалльной системе

9-10 – 5;

7-8 – 4;

5-6 – 3.

3. Варианты теста Вариант 1

А 1. Скорость реакции уменьшается при понижении температуры с 35°С до 15 °С при в

1) 2,5 раза 2) 20 раз 3) 2,5²⁰ раз 4) 50 раз 5) 6,25 раза

А 2. Повышение температуры в системе

приведет к

1) уменьшению концентрации

2) увеличению концентрации

3) увеличению концентрации

4) уменьшению концентрации

5) смещению равновесия вправо (→)

А 3. Скорость прямой реакции

при увеличении давления смеси в 4 раза изменится

1) уменьшится в 4 раза

2) увеличится в 4 раза