Elemente de conținut: energia și direcția cursului reacțiilor chimice; rata reacțiilor chimice; echilibru chimic; legea maselor care acționează.
Cerințe pentru nivelul de absolvenți de formare: să fie capabil să explice dependența de viteza și direcția de reacții de la diverși factori, să cunoască legea maselor de actori.
Scop: de a consolida capacitatea de a rezolva problemele legate de cinetica chimică și termodinamică, pentru a rezuma cunoștințele cu privire la subiectele „Energie și direcția de curgere a reacțiilor chimice“, „Rata reacțiilor chimice echilibru chimic.“.
1. Anchetă orală (frontală) pe tema "Energia reacțiilor chimice":
1) Care este sistemul termodinamic? ce parametri caracterizează starea sistemului?
2) Care este entalpia sistemului (H)?
3) Care este efectul termic al reacției? în ce condiții se numește schimbarea entalpiei reacției și este notată cu H?
4) ceea ce se numește entalpia standard de formare a compusului H o 298. De ce este necesară standardizarea stării substanțelor?
5) pentru care procesele este legea lui Hess valabilă?
6) care procese energetice pot fi calculate folosind valori tabulare ale lui H o 298?
2.Tasking: calcule termochemice
Sarcina 1. Calculați efectul de căldură al reacției de ardere cu hidrogen sulfurat
Soluție: Ecuațiile 1-3 sunt ecuațiile termochimice de formare, respectiv 1 mol H2S (g). H2O (g) și SO2 (g) din substanțe simple în condiții standard, iar efectele termice sunt entalpii standard ale formării acestor compuși H298 (vezi tabelul de referință). Formările H298 simple în starea cea mai stabilă din punct de vedere termodinamic sunt presupuse a fi egale cu zero
Bazat pe una dintre consecințele legii Hess: H = H - H (Ref.), Unde H (Cont.) Și H (Ref.) - cantitatea de entalpia standard de formare a produșilor de reacție și materiile prime, obținem (cont.):
H = (-286,0 - 297,0) - (-20,17) = - 562,8 kJ.
Valoarea negativă a entalpiei reacției de combustie cu hidrogen sulfurat înseamnă că această reacție este exotermă.
H (ref.)> H (cont.) (În acest caz, mai mult cu 562,8 kJ).
Prin urmare, H (ex) = H (cont.) + 562,8 kJ. Energia este eliberată în spațiul din jur.
Efectul termic poate fi inclus în ecuația reacției chimice
Notă. este posibilă o altă soluție: dacă adăugăm ecuațiile termochemice 2 și 3 și se scade ecuația 1, obținem ecuația (inițială) necesară:
Înlocuind valoarea numerică a entalpiilor de formare a substanțelor din problemă, obținem valoarea efectului termic al reacției:
H = (-286,0 - 297,0) - (-20,17) = - 562,8 kJ.
Ecuația rezultată pentru H este o consecință a legii lui Hess.
Răspuns: - 562,8 kJ.
Sarcina 2. Folosind ecuația termochimică
H2 S (g) + 3/2 O2 = SO2 (g) + H2O (g) + 562,8 kJ determina cantitatea de hidrogen sulfurat ars în jos, în cazul în care se știe că reacția a fost alocată 281,4 kJ de căldură.
Soluția: să calculam prin ecuație și să definim V (H2S):
3. Ancheta orală (frontală) pe tema "Direcțiile cursului reacțiilor chimice":
1) Care este factorul de entropie al procesului?
2) ilustrează printr-un exemplu faptul că direcția procesului chimic depinde atât de entropia cât și de factorii de entalpie;
3) Care este entropia standard a materiei?
4) cum este modificarea entropiei sistemului determinată de cursul unui anumit proces în condiții standard?
5) Care este potențialul izobaric-izotermic sau energia liberă Gibbs? Ce se poate spune despre procesul chimic pentru care:
1) G> 0. 2) G <0. 3) G = 0 ?
6) Care este potențialul izobaric-izotermal standard pentru formarea materiei?
4.Rezhenie probleme: direcția fluxului de reacții chimice
Problema 1. Prezintă semnul schimbării entropiei (S o 298) în fiecare dintre reacțiile propuse:
Verificați corectitudinea concluziilor trasate prin calcularea S o 298 a reacțiilor corespunzătoare, utilizând datele de referință.
I. 1) S 298 din prima reacție este mai mare decât zero. Entropia sistemului ca măsură a crește tulburare ca numărul de moli de substanță (număr de moli), cu atât mai mult că una din substanțele obținute sunt în stare gazoasă;
2) S 298 <0, так как в реакцию вступают три объема газов, а получаются два, т.е. число частиц газообразных веществ уменьшается, в системе растет упорядоченность;
3) S 298 <0 по той же причине, что и в случае 2;
4) probabil, S ° 298> 0, deoarece compoziția moleculelor de gaz (H2O în loc de H2) a devenit mai complicată, deși numărul de moli nu a schimbat rezultatul reacției (inclusiv substanțe gazoase);
5) S 298 <0, так как ионы Ag + и CL -. находящиеся в растворе, переходят в осадок, т.е. в системе растет упорядоченность.
II. Se scrie din tabelul de referință valorile? 298 din substanțele relevante și se semnează sub formulele din ecuațiile 1-5:
S5 = 96,11 - (72,63 + 56,63) = -33,15 J / deg
și anume rezultatele calculului reacțiilor S 298 au confirmat concluziile făcute mai devreme.
Sarcina 2. Care dintre reacțiile enumerate în sarcina 1 apar în mod spontan în condiții standard?
Soluție: Răspunsul la această problemă este dat de calcularea variației potențialului izobaric-izotermic sau a energiei Gibbs libere (G o 298) a reacțiilor propuse. G este o funcție a stării sistemului și, în consecință,
G o = G o (cont.) - G o (out.).
Scriem dintr-un tabel de căutare valori G u formarea compușilor 298 și le semnează sub formulele corespunzătoare din ecuațiile 1 - 5, compute G u 298 reacții corespunzătoare:
Rezultatele obținute arată că reacțiile 1, 3 și 5 se pot desfășura spontan în condiții standard până la stabilirea echilibrului și reacțiile 2 și 4 nu pot continua în această direcție în această direcție.
5. Ancheta orală (frontală) pe tema "Viteza reacțiilor chimice"
1) ce se înțelege prin viteza reacțiilor chimice?
2) De ce este logic să vorbim despre rata reacțiilor chimice numai pentru un moment dat de timp?
3) ce factori afectează rata reacției chimice?
4) Care este diferența dintre reacțiile chimice omogene și eterogene?
5) să formuleze legea acțiunii în masă
6) Care este rata constantă a unei reacții chimice? care este semnificația sa fizică? în ce unități se măsoară?
7) în ce formă este aplicabilă legea acțiunii în masă reacțiile eterogene?
8) Cum rata reacțiilor chimice depinde de temperatură? Care este coeficientul de temperatură al ratei reacției chimice? cum se calculează?
9) Care este energia de activare a reacției chimice? Cum afectează energia de activare rata de reacție?
10) Care este stadiul limitării unei reacții chimice complexe?
6.Tasking: rata reacțiilor chimice
Problema 1. Rata reacției chimice 2NO + O2 = 2NO2 este descrisă de ecuație. De câte ori va crește viteza acestei reacții cu creșterea presiunii în amestecul de gaze inițiale în jumătate?
Soluție: Creșterea presiunii este de două ori echivalentă cu o creștere dublă a concentrațiilor de NO și O2. Prin urmare, ratele de interacțiune vor lua următoarele expresii, în conformitate cu legea acțiunii în masă:
Problema 2. Explicați de ce exponenții din ecuațiile care exprimă legea acțiunii în masă pentru următoarele reacții de interacțiune a substanțelor gazoase inițiale nu corespund întotdeauna coeficienților ecuației?
Răspuns. reacțiile 2 și 4 continuă prin etapele intermediare, iar rata acestor reacții este determinată de stoichiometria etapei limitative.
7. Anchetă orală (frontală) pe tema "Cataliză":
1) ce proces se numește cataliză?
2) Ce este un catalizator?
3) Care este cataliza pozitivă și negativă?
4) cum afectează catalizatorul energia de activare a unei reacții chimice?
5) decât cataliza eterogenă diferă de cea omogenă?
6) Care este esența selectivității catalizatorului?
7) Care este rolul catalizatorului în cataliza eterogenă?
8) Care este efectul inhibitorilor reacțiilor chimice?
9) Care sunt otrăvurile catalitice?
10) Care sunt caracteristicile catalizei enzimatice?
Problema 1. Acetaldehida se descompune in faza gazoasa dupa cum urmeaza: CH3 COH = CH4 + CO. Prezența vaporilor de ioduri accelerează semnificativ reacția. Se știe că prima etapă a procesului catalitic
CH3 COH + I2 = CH3 I + HI + CO este mai lent decât cel de-al doilea. Scrieți ecuația de reacție pentru a doua etapă și ecuația care exprimă legea acțiunii în masă pentru reacția catalitică ca un întreg.
Soluție: Conform teoriei compușilor intermediari care explică o cataliză omogenă, reacția A + B = AB (a) trece prin etapele:
1) A + K = AK, 2) AK + B = AB + K, unde K este catalizatorul.
Este evident că a = 1 + 2 sau 2 = a - 1:
(operăm cu ecuația chimică ca și în cazul algebricilor).
Deoarece etapa de limitare a procesului catalitic este o etapă lentă, ecuația ratei de descompunere a acetaldehidei conform legii acțiunii în masă va fi
9. Sondaj oral (frontal) pe tema "Echilibrul chimic":
1) ce reacții se numesc reversibile? Care este diferența lor față de reacțiile care au loc până la sfârșit?
2) Care este starea echilibrului chimic? putem spune că atunci când se stabilește echilibrul chimic, reacția se oprește?
3) Care este constanta de echilibru a unei reacții chimice? cum este exprimată constantă de echilibru prin concentrațiile de echilibru ale reactanților?
4) Care sunt trăsăturile expresiei pentru constanta de echilibru pentru procesele chimice eterogene?
5) cum este asociată constanta de echilibru cu o schimbare a potențialului izobaric-izotermic G al reacției?
6) Cum afectează schimbarea temperaturii constanta de echilibru?
7) se va schimba starea de echilibru atunci când un catalizator este introdus în amestecul de reacție? Ce concluzie ar trebui trasă despre efectul catalizatorului asupra constantei de echilibru?
8) formulează o regulă pentru determinarea direcției deplasării echilibrului când schimbările de presiune în reacțiile dintre substanțele gazoase; Ce ajustări trebuie să se facă atunci când se determină schimbarea de echilibru atunci când schimbările de presiune pentru sistemele eterogene?
9) Cum modificarea concentrației uneia dintre substanțe afectează schimbarea de echilibru în amestecul de reacție omogen?
10) Care este efectul schimbărilor de temperatură asupra deplasării echilibrului în reacțiile exoterme și endoterme?
10.Soluție problematică: echilibru chimic
Sarcina 1. La o anumită temperatură, constanta de echilibru a reacției H2 (r) + Br2 (r) <-> 2HBr (g) este 1. Se determină compoziția amestecului de reacție de echilibru dacă 1 mol de H2 și 2 moli de Br2 au fost luați pentru reacție.
Soluția. vom scrie expresia pentru constanta de echilibru:
Problema reduce la determinarea concentrațiilor de echilibru ale substanțelor care reacționează prin constanta de echilibru. Din ecuația reacției, se poate observa că 1 mol de hidrogen reacționează cu 1 mol de brom, se obțin 2 moli bromhidrat. Dacă, înainte de atingerea echilibrului, reacționează X mol de hidrogen, atunci cantitățile de echilibru ale substanțelor din amestec și proporțiile proporționale cu acestea vor fi:
Înlocuind aceste valori în expresia pentru constanta de echilibru, obținem:
Soluția ecuației patratice 3x2 + 3x - 1 = 0 dă x = 0,45 (a doua rădăcină a ecuației este negativă și nu are nici un înțeles fizic).
După atingerea echilibrului, cantitatea de reactanți din amestec va fi:
n (H2) = 1 - 0,45 = 0,55 mol
n (Br2) = 2 - 0,45 = 1,55 mol
n (HBr) = 2 x 0,45 = 0,9 mol
Sarcina 2. Oxidul de azot (IV) NO2 este colorat în culoare brună, dimerul său N2O4 este incolor. Preziceți cum se va schimba culoarea amestecului de gaze cu o creștere simultană a temperaturii și o scădere a presiunii.
Calculam efectul termic al reacției în condiții standard din datele de referință:
Reacția H = 298 (N2O4) -2H0298 (NO2) = 1 mol * 9,6 kJ / mol-2 mol * 33,8 kJ / mol = -58 kJ
Deoarece reacția este exotermă (H<0) и протекает с уменьшением числа молей газообразных веществ, то повышение температуры и понижение давления смещают равновесие в одном направлении - в сторону исходного вещества, что вызывает усиление окраски смеси газов.
Răspuns. colorarea se va intensifica.
11. Rezumatul lecției, temele (a se vedea anexa nr. 1)
Notă: întrebările din ancheta frontală pot fi de asemenea utilizate ca suplimentare (după rezolvarea fiecărei probleme de către unul sau alt student).
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: