Vm об'єм. Міль

Перш ніж розв'язувати завдання, слід занести формули та правила того, як знайти обсяг газу. Слід згадати закон Авогадро. А сам обсяг газу можна обчислити за допомогою кількох формул, вибравши з них потрібну. При підборі необхідної формули велике значення мають умови середовища, зокрема температура та тиск.

Закон Авогадро

У ньому говориться, що при однаковому тиску та однаковій температурі, в одних і тих самих обсягах різних газів, буде міститися однакове число молекул. Кількість молекул газу, що містяться в одному молі, є числом Авогадро. З цього закону випливає, що: 1 Кмоль (кіломоль) ідеального газу, причому будь-якого, за однакового тиску і температури (760 мм рт.ст. і t = 0*С) завжди займає один об'єм = 22,4136 м3.

Як визначити обсяг газу

• Формулу V=n*Vm найчастіше можна зустріти у завданнях. Тут обсяг газу в літрах - V, Vm – обсяг газу молярний (л/моль), який за нормальних умов = 22,4 л/моль, а n – кількість речовини у молях. Коли в умовах немає кількості речовини, але при цьому є маса речовини, тоді чинимо так: n=m/M. Тут М – г/моль (молярна маса речовини), а маса речовини у грамах – m. У таблиці Менделєєва вона написана під кожним елементом, як його атомна маса. Складемо всі маси та отримаємо шукану.
• Отже, як обчислити обсяг газу. Ось завдання: у соляній кислоті розчинити 10 г алюмінію. Питання: скільки водню може виділитися за зв. у.? Рівняння реакції має такий вигляд: 2Al+6HCl(изб.)=2AlCl3+3H2. На самому початку знаходимо алюміній (кількість), що вступив у реакцію за такою формулою: n(Al)=m(Al)/M(Al). Масу алюмінію (молярну) візьмемо з таблиці Менделєєва M (Al) = 27г/моль. Підставимо: n(Al)=10/27=0,37моль. З хімічного рівняння видно, що 3 молі водню утворилися при розчиненні 2-х молей алюмінію. Слід розрахувати, скільки ж водню виділиться з 0,4 молі алюмінію: n(H2)=3*0,37/2=0,56моль. Підставимо дані у формулу і знайдемо обсяг цього газу. V = n * Vm = 0,56 * 22,4 = 12,54л.

Мв = К · Мr (1)

Де: К – коефіцієнт пропорційності, що дорівнює 1г/моль.

Справді, для ізотопу вуглецю 12 6 З Аr = 12, а молярна маса атомів (за визначенням поняття «моль») дорівнює 12г/моль. Отже, чисельні значення двох мас збігаються, отже, К = 1. Звідси випливає, що молярна маса речовини, виражена в грамах на моль, має те ж чисельне значення, що його відносна молекулярна(атомна) маса.Так, молярна маса атомарного водню дорівнює 1,008 г/моль, молекулярного водню – 2,016 г/моль, молекулярного кисню – 31,999 г/моль.

Відповідно до закону Авогадро одне й те число молекул будь-якого газу займає за однакових умов той самий обсяг. З іншого боку, 1 моль будь-якої речовини містить (за визначенням) однакову кількість частинок. Звідси випливає, що за певних температурі і тиску 1 моль будь-якої речовини в газоподібному стані займає один і той же обсяг.

Відношення обсягу, займаного речовиною, до його кількості називається молярним обсягом речовини. За нормальних умов (101,325 кПа; 273 К) молярний об'єм будь-якого газу дорівнює 22,4л/моль(точніше, Vn = 22,4 л/моль). Це твердження справедливе для такого газу, коли іншими видами взаємодії його молекул між собою, крім їхнього пружного зіткнення, можна знехтувати. Такі гази називають ідеальними. Для неідеальних газів, які називаються реальними, молярні обсяги різні і дещо відрізняються від точного значення. Однак у більшості випадків відмінність позначається лише у четвертій та наступних значущих цифрах.

Вимірювання обсягів газу зазвичай проводять за умов, відмінних від нормальних. Для приведення обсягу газу до нормальних умов можна користуватися рівнянням, що поєднує газові закони Бойля – Маріотта та Гей – Люссака:

pV / T = p 0 V 0 / T 0

Де: V – обсяг газу при тиску p та температурі T;

V 0 – обсяг газу при нормальному тиску p 0 (101,325 кПа) та температурі T 0 (273,15 К).

Молярні маси газів можна обчислити також, користуючись рівнянням стану ідеального газу – рівнянням Клапейрона – Менделєєва:

pV = m B RT / M B ,

Де: p - Тиск газу, Па;

V - його обсяг, м 3;

M B – маса речовини, г;

M B – його молярна маса, г/моль;

Т - абсолютна температура, К;

R - універсальна газова постійна, що дорівнює 8,314 Дж / (моль К).

Якщо обсяг та тиск газу виражені в інших одиницях вимірювання, то значення газової постійної в рівнянні Клапейрона – Менделєєва набуде іншого значення. Воно може бути розраховане за формулою, що випливає з об'єднаного закону газового стану для моля речовини за нормальних умов для одного моля газу:

R = (p 0 · V 0 / T 0)

приклад 1. Виразіть у молях: а) 6,0210 21 молекул СО 2 ; б) 1,2010 24 атомів кисню; в) 2,0010 23 молекул води. Чому дорівнює молярна маса вказаних речовин?

Рішення.Моль – це кількість речовини, в якій міститься кількість частинок будь-якого певного сорту, що дорівнює постійній Авогадро. Звідси, а) 6,0210 21 тобто. 0,01 моль; б) 1,2010 24 , тобто. 2 моль; в) 2,0010 23 , тобто. 1/3 моль. Маса молячи речовини виражається в кг/моль або г/моль. Молярна маса речовини в грамах чисельно дорівнює її відносній молекулярній (атомній) масі, вираженій в атомних одиницях маси (а.е.м.)

Так як молекулярні маси 2 і Н 2 Про і атомна маса кисню відповідно дорівнюють 44; 18 і 16а.е.м., їх молярні маси рівні: а) 44г/моль; б) 18г/моль; в) 16г/моль.

приклад 2. Обчисліть абсолютну масу молекули сірчаної кислоти у грамах.

Рішення.Моль будь-якої речовини (див. приклад 1) містить постійну Авогадро N A структурних одиниць (у нашому прикладі молекул). Молярна маса H 2 SO 4 дорівнює 98,0 г/моль. Отже, маса однієї молекули 98/(6,02 10 23) = 1,63 10 -22 г.

Молярний обсяг- Обсяг одного молячи речовини, величина, що виходить від поділу молярної маси на щільність. Характеризує густину упаковки молекул.

Значення N A = 6,022 ... × 10 23називається числом Авогадро на честь італійського хіміка Амедео Авогадро. Це універсальна постійна для найдрібніших частинок будь-якої речовини.

Саме така кількість молекул містить 1 моль кисню Про 2 таку ж кількість атомів в 1 молі заліза (Fe), молекул в 1 молі води H 2 O і т. д.

Відповідно до закону Авогадро, 1 моль ідеального газу при нормальних умовахмає той самий обсяг V m= 22,413 996(39) л. За нормальних умов більшість газів близькі до ідеальних, тому вся довідкова інформація про молярний об'єм хімічних елементів відноситься до їх конденсованих фаз, якщо не обговорено назад

Масу 1 моль речовини називають молярною. А як називають об'єм 1 моль речовини? Вочевидь, що його називають молярним обсягом.

Чому дорівнює молярний об'єм води? Коли ми відмірювали 1 моль води, ми не зважували на терезах 18 г води - це незручно. Ми користувалися мірним посудом: циліндром або мензуркою, оскільки знали, що густина води дорівнює 1 г/мл. Тому молярний обсяг води дорівнює 18 мл/моль. У рідин і твердих речовин молярний об'єм залежить від їхньої щільності (рис. 52, а). Інша річ у газів (рис. 52, б).

Мал. 52.
Молярні обсяги (н. у.):
а - рідин та твердих речовин; б - газоподібних речовин

Якщо взяти 1 моль водню Н 2 (2 г), 1 моль кисню O 2 (32 г), 1 моль озону O 3 (48 г), 1 моль вуглекислого газу З 2 (44 г) і навіть 1 моль водяної пари Н 2 O (18 г) за однакових умов, наприклад нормальних (в хімії прийнято називати нормальними умовами (н. у.) температуру 0 °С і тиск 760 мм рт. ст., або 101,3 кПа), то виявиться, що 1 моль будь-якого з газів займе той самий об'єм, рівний 22,4 л, і містить однакове число молекул - 6 × 10 23 .

А якщо взяти 44,8 л газу, то яку кількість речовини його буде взято? Звичайно ж 2 моль, так як заданий об'єм удвічі більший за молярний. Отже:

де V – обсяг газу. Звідси

Молярний обсяг - це фізична величина, що дорівнює відношенню обсягу речовини до кількості речовини.

Молярний обсяг газоподібних речовин виявляється у л/моль. Vm – 22,4 л/моль. Об'єм одного кіломолю називають кіломолярним і вимірюють у м 3 /кмоль (Vm = 22,4 м 3 /кмоль). Відповідно мілімолярний об'єм дорівнює 22,4 мл/ммоль.

Завдання 1. Знайдіть масу 33,6 м 3 аміаку NH 3 (н. у.).

Завдання 2. Знайдіть масу та об'єм (н. у.), який мають 18 × 10 20 молекул сірководню H 2 S.

При розв'язанні задачі звернемо увагу на число молекул 18×10 20 . Так як 10 20 в 1000 разів менше 10 23 очевидно, розрахунки слід вести з використанням ммоль, мл/ммоль і мг/ммоль.

Ключові слова та словосполучення

1. Молярний, мілімолярний та кіломолярний об'єми газів.
2. Молярний об'єм газів (за нормальних умов) дорівнює 22,4 л/моль.
3. Нормальні умови.

Робота з комп'ютером

1. Зверніться до електронної програми. Вивчіть матеріал уроку та виконайте запропоновані завдання.
2. Знайдіть в Інтернеті електронні адреси, які можуть бути додатковими джерелами, які розкривають зміст ключових слів і словосполучень параграфа. Запропонуйте вчителю свою допомогу у підготовці нового уроку - зробіть повідомлення за ключовими словами та словосполученнями наступного параграфа.

Запитання та завдання

1. Знайдіть масу та число молекул при н. у. для: а) 11,2 л кисню; б) 5,6 м 3 азоту; в) 22,4мл хлору.
2. Знайдіть обсяг, який за зв. у. займуть: а) 3 г водню; б) 96 кг озону; в) 12 × 1020 молекул азоту.
3. Знайдіть щільність (масу 1 л) аргону, хлору, кисню та озону при н. у. Скільки молекул кожної речовини буде міститися в 1 л за тих самих умов?
4. Розрахуйте масу 5 л (н. у.): а) кисню; б) озону; в) вуглекислого газу СО 2 .
5. Вкажіть, що важче: а) 5 л сірчистого газу (SO 2) або 5 л вуглекислого газу (СО 2); б) 2 л вуглекислого газу (СО 2) або 3 л чадного газу (СО).

Де m-маса, M-молярна маса, V-об'єм.

4. Закон Авогадро.Встановлено італійським фізиком Авогадро у 1811 р. Однакові обсяги будь-яких газів, відібрані при одній температурі і однаковому тиску, містять одне й те ж число молекул.

Таким чином, можна сформулювати поняття кількості речовини: 1 моль речовини містить число частинок, що дорівнює 6,02 * 1023 (називається постійною Авогадро)

Наслідком цього закону є те, що 1 моль будь-якого газу займає за нормальних умов (Р 0 = 101,3 кПа і Т 0 = 298 К) обсяг, рівний 22,4 л.

5. Закон Бойля-Маріотта

При постійній температурі обсяг даної кількості газу обернено пропорційний тиску, під яким він знаходиться:

6. Закон Гей-Люссака

При постійному тиску зміна обсягу газу прямо пропорційна температурі:

V/T = const.

7. Залежність між об'ємом газу, тиском та температурою можна виразити об'єднаним законом Бойля-Маріотта та Гей-Люссака,яким користуються для приведення обсягів газу від одних умов до інших:

P 0 , V 0 , T 0-тиск об'єму і температури за нормальних умов: P 0 = 760 мм рт. ст. або 101,3 кПа; T 0 =273 К (0 0 С)

8. Незалежна оцінка значення молекулярної маси М може бути виконана з використанням так званого рівняння стану ідеального газу або рівняння Клапейрона-Менделєєва :

pV=(m/M)*RT=vRT.(1.1)

де р -тиск газу в замкнутій системі, V- Об'єм системи, т -маса газу, Т -абсолютна температура, R -Універсальна газова постійна.

Зазначимо, що значення постійної Rможе бути отримано підстановкою величин, що характеризують один моль газу при н.у., рівняння (1.1):

r = (Р V) / (Т) = (101,325кПа 22.4л)/(1 моль 273К) = 8.31Дж/моль.К)

Приклади розв'язання задач

приклад 1.Приведення обсягу газу до нормальних умов.

Який об'єм (н.у.) займуть 0,4×10 -3 м 3 газу, що знаходяться при 50 0 С та тиск 0,954×10 5 Па?

Рішення.Для приведення обсягу газу до нормальних умов користуються загальною формулою, що поєднує закони Бойля-Маріотта та Гей-Люссака:

pV/T = p0V0/T0.

Обсяг газу (н.у.) дорівнює де Т 0 = 273 К; р 0 = 1,013 10 5 Па; Т = 273 + 50 = 323 К;

М 3 = 0,32 10 -3 м 3 .

При (н.у.) газ займає об'єм, що дорівнює 0,32×10 -3 м 3 .

приклад 2.Обчислення відносної густини газу за його молекулярною масою.

Обчисліть щільність етану С 2 Н 6 водню та повітрю.

Рішення.З закону Авогадро випливає, що відносна щільність одного газу по іншому дорівнює відношенню молекулярних мас ( М год) цих газів, тобто. D=М 1 /М 2. Якщо М 1С2Н6 = 30, М 2Н2 = 2, середня молекулярна маса повітря дорівнює 29, то відносна щільність етану водню дорівнює D Н2 = 30/2 =15.

Відносна щільність етану повітрям: D пов.= 30/29 = 1,03, тобто. етан у 15 разів важчий за водень і в 1,03 рази важчий за повітря.

приклад 3.Визначення середньої молекулярної маси суміші газів щодо відносної щільності.

Обчисліть середню молекулярну масу суміші газів, що складається з 80 % метану та 20 % кисню (за обсягом), використовуючи значення відносної густини цих газів воднем.

Рішення.Часто обчислення виробляють за правилом змішування, яке полягає в тому, що відношення об'ємів газів у двокомпонентній газовій суміші обернено пропорційно різницям між щільністю суміші і щільностями газів, що становлять цю суміш. Позначимо відносну щільність газової суміші воднем через DН2. вона буде більшою за щільність метану, але меншою за щільність кисню:

80DН2 - 640 = 320 - 20 DН2; DН2 = 9,6.

Щільність цієї суміші газів водню дорівнює 9,6. середня молекулярна маса газової суміші МН2 = 2 DН2 = 9,6 2 = 19,2.

приклад 4.Обчислення молярної маси газу.

Маса0,327×10 -3 м 3 газу при 13 0 З тиску 1,040×10 5 Па дорівнює 0,828×10 -3 кг. Обчисліть молярну масу газу.

Рішення.Обчислити молярну масу газу можна, використовуючи рівняння Менделєєва-Клапейрона:

де m- Маса газу; М- Молярна маса газу; R– молярна (універсальна) газова стала, значення якої визначається прийнятими одиницями виміру.

Якщо тиск вимірювати в Па, а обсяг м 3 , то R=8,3144×10 3 Дж/(кмоль×К).

3.1. При виконанні вимірювань атмосферного повітря, повітря робочої зони, а також промислових викидів та вуглеводнів у газових магістралях існує проблема приведення обсягів вимірюваного повітря до нормальних (стандартних) умов. Часто на практиці під час проведення вимірювань якості повітря не використовується перерахунок виміряних концентрацій до нормальних умов, у результаті виходять недостовірні результати.

Наведемо витяг із Стандарту:

«Вимірювання призводять до стандартних умов, використовуючи таку формулу:

З 0 = C 1 * Р 0 Т 1 / Р 1 Т 0

де: 0 - результат, виражений в одиницях маси на одиницю об'єму повітря, кг / куб. м, чи кількості речовини на одиницю обсягу повітря, моль/куб. м, при стандартних температурі та тиску;

1 - результат, виражений в одиницях маси на одиницю об'єму повітря, кг/куб. м, чи кількості речовини на одиницю об'єму

повітря, моль/куб. м, при температурі Т 1 К і тиску Р 1 кПа.

Формула приведення до нормальних умов у спрощеному вигляді має вигляд (2)

З 1 = З 0 * f де F = Р 1 Т 0 / Р 0 Т 1

стандартний перерахунковий коефіцієнт приведення до нормальних умов. Параметри повітря та домішок вимірюють при різних значеннях температури, тиску та вологості. Результати призводять до стандартних умов для порівняння виміряних параметрів якості повітря у різних місцях та різних кліматичних умовах.

3.2.Галузеві нормальні умови

Нормальні умови це стандартні фізичні умови, із якими зазвичай співвідносять властивості речовин (Standard temperature and pressure, STP). Нормальні умови визначені IUPAC (Міжнародним союзом практичної та прикладної хімії) наступним чином: Атмосферний тиск 101325 Па = 760 мм рт.ст. Температура повітря 273,15 K = 0°C.

Стандартні умови (Standard Ambient Temperature and Pressure, SATP) це нормальні навколишні температура та тиск: тиск 1 Бар = 10 5 Па = 750,06 мм Т. ст.; температура 298,15 К = 25 °С.

Інші області.

Вимірювання якості повітря.

Результати вимірювань концентрацій шкідливих речовин у повітрі робочої зони призводять до умов: температури 293 К (20°С) та тиску 101,3 кПа (760 мм рт. ст.).

Аеродинамічні параметри викидів забруднюючих речовин повинні вимірюватися відповідно до чинних державних стандартів. Об'єми відхідних газів, отримані за результатами інструментальних вимірювань, повинні бути приведені до нормальних умов (н.у.): 0°С, 101,3 кПа.

Авіація.

Міжнародна організація цивільної авіації (ICAO) визначає міжнародну стандартну атмосферу (International Standard Atmosphere,ISA) на рівні моря з температурою 15 °C, атмосферним тиском 101325 Па та відносною вологістю 0 %. Ці параметри використовують при розрахунках руху літальних апаратів.

Газове господарство.

Газова галузь Російської Федерації при розрахунках із споживачами використовує атмосферні умови за ГОСТ 2939-63: температура 20 ° С (293,15 К); тиск 760 мм рт. ст. (101 325 Н/м²); вологість дорівнює 0. Таким чином, маса кубометра газу за ГОСТ 2939-63 дещо менша, ніж за «хімічних» нормальних умов.

Випробування

Для проведення випробувань машин, приладів та інших технічних виробів за нормальні значення кліматичних факторів під час випробування виробів (нормальні кліматичні умови випробувань) приймають такі:

Температура - плюс 25 ± 10 ° С; Відносна вологість – 45-80%

Атмосферний тиск 84-106 кПа (630-800 мм. рт. ст.)

Перевірка вимірювальних приладів

Номінальні значення найпоширеніших нормальних впливають величин вибираються такі: Температура – ​​293 К (20°С), атмосферний тиск – 101,3 кПа (760 мм рт. ст.).

Нормування

У методичних вказівках, що стосуються встановлення норм якості повітря, вказується, що ГДК атмосферному повітрі встановлюються за умов у приміщенні, тобто. 20 С та 760 мм. рт. ст.

Поряд з масою та обсягом у хімічних розрахунках часто використовується кількість речовини, пропорційна числу структурних одиниць, що містяться в речовині. При цьому в кожному випадку має бути зазначено, які саме структурні одиниці (молекули, атоми, іони тощо) маються на увазі. Одиницею кількості речовини є моль.

Моль - кількість речовини, що містить стільки молекул, атомів, іонів, електронів або інших структурних одиниць, скільки міститься атомів 12 г ізотопу вуглецю 12С.

Число структурних одиниць, що містяться в 1 молі речовини (постійна Авогадро) визначено з великою точністю; у практичних розрахунках його приймають рівним 6,02 1024 моль-1.

Неважко показати, що маса 1 молячи речовини (мольна маса), - виражена в грамах, чисельно дорівнює відносної молекулярної маси цієї речовини.

Так, відносна молекулярна маса (або скорочено молекулярна маса) вільного хлору С1г дорівнює 70,90. Отже мольна маса молекулярного хлору становить 70,90 г/моль. Однак мольна маса атомів хлору вдвічі менша (45,45 г/моль), оскільки 1 моль молекул хлору Сl містить 2 моли атомів хлору.

Відповідно до закону Авогадро, у рівних обсягах будь-яких газів, узятих за однієї й тієї ж температурі та однаковому тиску, міститься однакове число молекул. Іншими словами, те саме число молекул будь-якого газу займає при однакових умовах один і той же обсяг. Водночас 1 моль будь-якого газу містить однакову кількість молекул. Отже, за однакових умов 1 моль будь-якого газу займає той самий обсяг. Цей обсяг називається мольним обсягом газу і за нормальних умов (0°С, тиск 101, 425 кПа) дорівнює 22,4 л.

Наприклад, твердження «зміст діоксиду вуглецю в повітрі становить 0,04% (про.)» означає, що при парціальному тиску СО 2 , рівному тиску повітря, і при тій же температурі діоксид вуглецю, що міститься в повітрі, займе 0,04% загального обсягу, що займає повітря.

Контрольне завдання

1. Зіставити числа молекул, що містяться в 1 г NH 4 і в 1 г N 2 . У якому разі і у скільки разів число молекул більше?

2. Виразити у грамах масу однієї молекули діоксиду сірки.

4. Скільки молекул міститься в 5,00 мл хлору за нормальних умов?

4. Який обсяг за нормальних умов займають 27 10 21 молекул газу?

5. Виразити в грамах масу однієї молекули NО 2 -

6. Яке співвідношення обсягів, які займає 1 мол О 2 і 1 мол Оз (умови однакові)?

7. Взято рівні маси кисню, водню та метану за однакових умов. Знайти відношення обсягів узятих газів.

8. На питання, який обсяг займе 1 моль води за нормальних умов, отримано відповідь: 22,4 л. Чи правильна це відповідь?

9. Виразити у грамах масу однієї молекули HCl.

Скільки молекул діоксиду вуглецю знаходиться в 1 л повітря, якщо об'ємний вміст 2 становить 0,04% (умови нормальні)?

10. Скільки молей міститься в 1 м 4 будь-якого газу за нормальних умов?

11. Виразити в грамах масу однієї молекули Н2О-

12. Скільки молей кисню перебуває в 1 л повітря, якщо об'ємне

14. Скільки молей азоту знаходиться в 1 л повітря, якщо об'ємний вміст його становить 78% (умови нормальні)?

14. Взято рівні маси кисню, водню та азоту за однакових умов. Знайти відношення обсягів узятих газів.

15. Зіставити числа молекул, що містяться в 1 г NО 2 і в 1 г N 2 . У якому разі і у скільки разів число молекул більше?

16. Скільки молекул міститься у 2,00 мл водню за нормальних умов?

17. Виразити в грамах масу однієї молекули Н2О-

18. Який обсяг за нормальних умов займають 17 10 21 молекул газу?

ШВИДКІСТЬ ХІМІЧНИХ РЕАКЦІЙ

При визначенні поняття швидкості хімічної реакціїнеобхідно розрізняти гомогенні та гетерогенні реакції. Якщо реакція протікає в гомогенній системі, наприклад, в розчині або суміші газів, то вона йде у всьому обсязі системи. Швидкістю гомогенної реакціїназивається кількість речовини, що вступає в реакцію або утворюється в результаті реакції за одиницю часу в одиниці об'єму системи. Оскільки відношення числа молей речовини до об'єму, в якому вона розподілена, є молярною концентрацією речовини, швидкість гомогенної реакції можна також визначити як зміна концентрації в одиницю часу будь-якої речовини: вихідного реагенту або продукту реакції. Щоб результат розрахунку завжди був позитивним, незалежно від того, виробляється він за реагентом або продуктом, у формулі використовується знак «±»:

Залежно від характеру реакції час може бути виражений у секундах, як вимагає система СІ, але й у хвилинах чи годинах. У результаті реакції величина її швидкості не стала, а безперервно змінюється: зменшується, оскільки зменшуються концентрації вихідних речовин. Наведений вище розрахунок дає середнє значення швидкості реакції за деякий інтервал часу Δτ = τ 2 – τ 1 . Справжня (миттєва) швидкість визначається як межа якого прагне відношення Δ З/ Δτ при Δτ → 0, тобто справжня швидкість дорівнює похідній концентрації за часом.

Для реакції, у рівнянні якої є стехіометричні коефіцієнти, що відрізняються від одиниці, значення швидкості, виражені за різними речовинами, неоднакові. Наприклад, для реакції А + 4В = D + 2Е витрата речовини А дорівнює одному молю, речовини В – трьом молям, прихід речовини Е – двом молям. Тому υ (А) = ⅓ υ (В) = υ (D) =½ υ (Е) або υ (Е). = ⅔ υ (В).

Якщо реакція протікає між речовинами, що у різних фазах гетерогенної системи, вона може йти тільки поверхні розділу цих фаз. Наприклад, взаємодія розчину кислоти та шматка металу відбувається лише на поверхні металу. Швидкістю гетерогенної реакціїназивається кількість речовини, що вступає в реакцію або утворюється в результаті реакції за одиницю часу на одиниці поверхні поділу фаз:

Залежність швидкості хімічної реакції від концентрації речовин, що реагують, виражається законом діючих мас: при постійній температурі швидкість хімічної реакції прямо пропорційна добутку молярних концентрацій реагуючих речовин, зведених у ступені, рівні коефіцієнтам при формулах цих речовин у рівнянні реакції. Тоді для реакції

2А + В → продукти

справедливе співвідношення υ ~ · ЗА 2 · ЗВ, а для початку рівності вводиться коефіцієнт пропорційності kзваний константою швидкості реакції:

υ = k· ЗА 2 · ЗВ = k· [А] 2 · [В]

(молярні концентрації у формулах можуть позначатися як буквою Зз відповідним індексом, і формулою речовини, укладеної в квадратні дужки). Фізичний зміст константи швидкості реакції – швидкість реакції при концентраціях всіх речовин, що реагують, рівних 1 моль/л. Розмірність константи швидкості реакції залежить від числа співмножників у правій частині рівняння і може бути з -1; з -1 · (Л / моль); з –1 ·(л 2 /моль 2) тощо, тобто такий, щоб у будь-якому випадку при обчисленнях швидкість реакції виражалася в моль·л -1 ·с -1 .

Для гетерогенних реакцій до рівняння закону дії мас входять концентрації лише тих речовин, які перебувають у газовій фазі чи розчині. Концентрація речовини, що знаходиться в твердій фазі, представляє постійну величину і входить до константи швидкості, наприклад, для процесу горіння вугілля С + О 2 = СО 2 закон дії мас записується:

υ = k I·const··= k·,

де k= k IВ· const.

У системах, де одна або кілька речовин є газами, швидкість реакції залежить також від тиску. Наприклад, при взаємодії водню з парами йоду H 2 + I 2 =2HI швидкість хімічної реакції визначатиметься виразом:

υ = k··.

Якщо збільшити тиск, наприклад, в 4 рази, то в стільки ж разів зменшиться об'єм, який займає система, і, отже, у стільки ж разів збільшаться концентрації кожної з реагуючих речовин. Швидкість реакції у цьому випадку зросте у 9 разів

Залежність швидкості реакції від температуриописується правилом Вант-Гоффа: при підвищенні температури на кожні 10 градусів швидкість реакції збільшується у 2-4 рази. Це означає, що при підвищенні температури арифметичної прогресії швидкість хімічної реакції зростає в геометричній прогресії. Підставою у формулі прогресії є температурний коефіцієнт швидкості реакціїγ, що показує, у скільки разів збільшується швидкість цієї реакції (або, що те саме – константа швидкості) при зростанні температури на 10 градусів. Математично правило Вант-Гоффа виражається формулами:

або

де і - швидкості реакції відповідно при початковій t 1 та кінцевої t 2 температурах. Правило Вант-Гоффа може бути також виражено такими співвідношеннями:

; ; ; ,

де і – відповідно швидкість та константа швидкості реакції при температурі t; і – ті самі величини при температурі t +10n; n- Число «десятиградусних» інтервалів ( n =(t 2 –t 1)/10), куди змінилася температура (може бути числом цілим чи дробовим, позитивним чи негативним).

Контрольне завдання

1. Знайти значення константи швидкості реакції А + В -> АВ, якщо при концентраціях речовин А і В, рівних відповідно 0,05 та 0,01 моль/л, швидкість реакції дорівнює 5 10 -5 моль/(л-хв).

2. У скільки разів зміниться швидкість реакції 2А + В -> А2В, якщо концентрацію речовини А збільшити у 2 рази, а концентрацію речовини зменшити у 2 рази?

4. У скільки разів слід збільшити концентрацію речовини, В 2 у системі 2А 2 (р.) + В 2 (р.) = 2А 2 В(р.), щоб при зменшенні концентрації речовини А в 4 рази швидкість прямої реакції не змінилася ?

4. Через деякий час після початку реакції ЗА+В->2C+D концентрації речовин становили: [А] =0,04 моль/л; [В] = 0,01 моль/л; [З] = 0,008 моль/л. Які вихідні концентрації речовин А та В?

5. У системі СО + С12 = СОС12 концентрацію збільшили від 0,04 до 0,12 моль/л, а концентрацію хлору - від 0,02 до 0,06 моль/л. У скільки разів зросла швидкість прямої реакції?

6. Реакція між речовинами А та В виражається рівнянням: А + 2В → С. Початкові концентрації становлять: [А] 0 = 0,04 моль/л, [В] про = 0,05 моль/л. Константа швидкості реакції дорівнює 0,4. Знайти початкову швидкість реакції та швидкість реакції після деякого часу, коли концентрація речовини А зменшиться на 0,01 моль/л.

7. Як зміниться швидкість реакції 2СО + О2 = 2СО2 , що протікає в закритій посудині, якщо збільшити тиск у 2 рази?

8. Обчислити, скільки разів збільшиться швидкість реакції, якщо підвищити температуру системи від 20 °С до 100 °С, прийнявши значення температурного коефіцієнта швидкості реакції рівним 4.

9. Як зміниться швидкість реакції 2NO(r.) + 0 2 (р.) → 2N02(r.), якщо збільшити тиск у системі в 4 рази;

10. Як зміниться швидкість реакції 2NO(r.) + 0 2 (г.) → 2N02(r.), якщо зменшити об'єм системи у 4 рази?

11. Як зміниться швидкість реакції 2NO(r.) + 0 2 (г.) → 2N02(r.), якщо підвищити концентрацію NO у 4 рази?

12. Чому дорівнює температурний коефіцієнт швидкості реакції, якщо зі збільшенням температури на 40 градусів швидкість реакції

зростає у 15,6 рази?

14. . Знайти значення константи швидкості реакції А + В -> АВ, якщо при концентраціях речовин А і В, рівних відповідно 0,07 та 0,09 моль/л, швидкість реакції дорівнює 2,7 10 -5 моль/(л-хв).

14. Реакція між речовинами А та В виражається рівнянням: А + 2В → С. Початкові концентрації становлять: [А] 0 = 0,01 моль/л, [В] про = 0,04 моль/л. Константа швидкості реакції дорівнює 0,5. Знайти початкову швидкість реакції та швидкість реакції після деякого часу, коли концентрація речовини А зменшиться на 0,01 моль/л.

15. Як зміниться швидкість реакції 2NO(r.) + 0 2 (г.) → 2N02(r.), якщо збільшити тиск у системі в 2 рази;

16. У системі СО + С12 = СОС12 концентрацію збільшили від 0,05 до 0,1 моль/л, а концентрацію хлору - від 0,04 до 0,06 моль/л. У скільки разів зросла швидкість прямої реакції?

17. Обчислити, у скільки разів збільшиться швидкість реакції, якщо підвищити температуру системи від 20 до 80 °С, прийнявши значення температурного коефіцієнта швидкості реакції рівним 2.

18. Обчислити, у скільки разів збільшиться швидкість реакції, якщо підвищити температуру системи від 40 до 90 °С, прийнявши значення температурного коефіцієнта швидкості реакції рівним 4.

ХІМІЧНИЙ ЗВ'ЯЗОК. ОСВІТА Й СТРУКТУРА МОЛЕКУЛ

1. Які типи хімічного зв'язку Вам відомі? Наведіть приклад утворення іонного зв'язку методом валентних зв'язків.

2. Який хімічний зв'язок називають ковалентним? Що притаманно ковалентного типу зв'язку?

4. Якими властивостями характеризується ковалентний зв'язок? Покажіть це на прикладах.

4. Який тип хімічного зв'язку у молекулах Н 2; Cl 2 НС1?

5. Який характер мають зв'язки в молекулах NCI 4 , CS 2 , СО 2 ? Вкажіть для кожної з них напрямок усунення загальної електронної пари.

6. Який хімічний зв'язок називають іонним? Що притаманно іонного типу зв'язку?

7. Який тип зв'язку в молекулах NaCl, N 2 , Cl 2?

8. Зобразіть всі можливі способи перекривання s-орбіталі з р-орбіталлю; Вкажіть спрямованість зв'язку при цьому.

9. Поясніть донорно-акцепторний механізм ковалентного зв'язку на прикладі утворення іона фосфонію [РН 4]+.

10. У молекулах СО, С0 2 зв'язок полярний чи неполярний? Поясніть. Опишіть водневий зв'язок.

11. Чому деякі молекули, що мають полярні зв'язки, загалом неполярні?

12.Ковалентний або іонний тип зв'язку характерний для наступних сполук: Nal, S0 2 KF? Чому іонний зв'язок є граничним випадком ковалентного?

14. Що таке металевий зв'язок? Чим вона відрізняється від ковалентного зв'язку? Які властивості металів вона зумовлює?

14. Який характер зв'язків між атомами у молекулах; KHF 2 , Н 2 0, HNO ?

15. Чим пояснити високу міцність зв'язку між атомами в молекулі азоту N 2 та значно меншу у молекулі фосфору Р 4 ?

16 . Який зв'язок називають водневим? Чому для молекул H2S та НС1 на відміну від Н2О та HF утворення водневих зв'язків не характерне?

17. Який зв'язок називають іонним? Чи має іонний зв'язок властивостями насичуваності та спрямованості? Чому вона є граничним випадком ковалентного зв'язку?

18. Який тип зв'язку в молекулах NaCl, N 2 , Cl 2?