10.3.2.5 химиялық реакция жылдамдығына қысымның әсерін түсіндіру
Сабақтың мақсаты
Химиялық рекция жылдамдығы мен оған әсер ететін факторларды біледі. Гомогенді және гетерогенді реакциялардың жылдамдығы, тура және кері реакиця жылдамдықтарын есептеуге арналған формулалармен таниды.
Гомогенді және гетерогенді реакциялардың жылдамдығы, тура және кері реакиця жылдамдықтарын есептеулерін біледі.
Химиялық реакция жылдамдығына әсер ететін факторларының айырмашылығын, реакция жылдамдығын есептеуге арналған күрделі есептерді түсіндіре отырып шығара аладыі.
Сабақтың барысы:
Сабақтың кезеңі/ уақыт
Педагогтің әрекеті
Оқушының
әрекеті
Бағалау
Ресурстар
Сабақтың басы:
Өткен білімді еске түсіру
7 минут
Жаңа тақырыпқа қадам
3 минут
Ұйымдастыру
Сәлемдесу,түгендеу,
Қызығушылықты ояту кезеңі
ІІ. Есептер шығару:
№1. Химиялық реакция А + В = С теңдеуі бойынша жүреді. Тәжірибе нәтижелері мынадай:
зат
Концентрация
бастапқы
30 мин кейін
А
В
С
2,7 моль/л
2,5 моль/л
0
2,5 моль/л
?
?
Мына: а) кестеде сұрақ белгісі қойылған концентрацияларды, б) берілген уақыттағы реакцияның орташа жүру жылдамдығын есептеп табыңдар.
Оқушылар өз ойларын ортаға салады.
Оқушылар жауаптары арқылы жаңа тақырыпқа көшу
Оқушылар өз болжамдарын айтып, талқылау жүргізеді
ҚБ «Мадақтау керемет сөздер»
Тақырыптық суреттер
Сабақтың ортасы
Жаңа білім
5 минут
10 минут
15 минут
Химиялық реакцияның жылдамдығын зерттейтін химияның бөлімін – химиялық кинетика деп атайды.
Химиялық реакциялар белгілі бір фаза шеңберінде немесе екі фазаның жанасу бетінде жүруі мүмкін. Химияда жүйе деп қарастырылатын затты немесе қоспаны айтады. Бір фазадан тұратын жүйені гомогенді, ал бірнеше фазадан тұратын жүйені гетерогенді жүйе деп атайды, сәйкес жүйеде жүретін реакцияларды гомогенді және гетеоргенді реакциялар деп жіктейді.
N2(г) + O2(г) → 2NO – гомогенді реакция
C(қ) + O2(г) → CO2- гетерогенді реакция
2. A + B → C + D теңдеуі бойынша өтетін гомогенді реакцияның жылдамдығын қарастырайық. А затының концентрациясы t1 уақыт кезеңінде c1 тең. Ал t2 кезеңінде c2 –ге тең. Сонда ∆t = t2 – t1 уақыт аралығында А затының концентрациясы ∆ c = c2 – c1 құрайды. Осыдан А заты бойынша реакцияның орташа жылдамдығы:
c2 – c1 ∆ c
υ = - ———— = - ———
t2 – t1 ∆ t
Гомогенді реакцияның жылдамдығы жүйенің белгілі бір көлемінде уақыт бірлігі ішінде реакцияға түскен реагенттің немесе реакция өнімінің бірінің концентрациясының өзгерісімен сипатталады:
∆ c
υгом = ± ———
∆ t
Гетерогенді реакцияның жылдамдығы фаза бетінің аудан бірлігінде белгілі бір уақыт ішінде реакцияға қатысатын немесе реакция нәтижесінде түзілетін заттың бірінің концентрациясының өзгерісімен сипатталады:
∆ c
υгетер = ± ———
S· ∆ t
3. Химиялық реакция жылдамдығына әсер ететін маңызды факторларға әрекеттесуші заттар табиғаты, олардың концентрациясы, температура, жүйеге катализатордың (өршіткінің) қатысуы жатады. Гетерогенді реакцияның жылдамдығы кейбір қосымша факторларға тәуелді, оның ішінде реагенттердің жанасу беті маңызды болып табылады.
1. Әрекеттесуші заттар табиғатының әсері. Оттектің сутекпен реакциясы, азоттың сутекпен реакциясына қарағанда тез өтеді, себебі, О = O байланысын үзу үшін
942 кДж/моль энергия, ал N ≡ N байланысын үзуге 494 кДж/моль энергия жұмсалады. Яғни екі байланысқа қарағанда үш байланысты үзу қиынға соғады.
2. Жанасу бетінің әсері. Гетерогенді реакциялардың жылдамдығы жанасу бетіне тәуелді. Гетерогенді реакциялар үшін жоғарыда көрсетілген формуладан шығатыны: гетерогенді реакцияның жылдамдығы жанасу бетінің азаюымен арта түседі. Сондықтан көптеген гетерогенді рекциялардың жылдамдығын арттыру үшін кесек заттарды ұсатады. Нәтижесінде жанасу бетінің ауданы азайып, реакция жылдамдығы артады.
3. Концентрацияның әсері. aA +b B → cC +d D реакциясы үшін А және В заттары әрекеттесуі үшін олардың молекулалары (бөлшектері) соқытығысуы керек. Соқтығысу неғұрлым көп болса, реакция тез жүреді. Әрекеттесуші заттардың концентрациясы неғұрлым көп болса, соқтығысу саны көп болады. Осыдан химиялық кинетиканың негізгі заңы – әрекеттесуші массалар заңы тұжырымдалады: химиялық реакцияның жылдамдығы стехиометриялық коэффициенттері дәрежесімен алынған әрекеттесуші заттар концентрациясына тура пропорционал.
v = k · cAa · cBb Мұндағы k – жылдамдық константасы деп аталатын пропорционалдық коэффициент.
k мәні неғұрлым үлкен болса, соғұрлым реакция жылдамдығы артады.
Гетерогенді реакциялар үшін кинетикалық теңдеуде қатты заттардың концентрациясы есептелмейді. Өйткені олардың концентрациясы тұрақты, олар ауданы өзгеріссіз қалатын бетте ғана әрекеттеседі.
4. Температураның әсері. Көптеген химиялық реакциялар жылдамдығы температураның артуымен артады. Химиялық реакция жылдамдығының температураға тәуелділігі Вант-Гофф ережесімен сипатталады: Гомогенді жүйелерде температураны әрбір 100С-қа көтергенде химиялық реакцияның жылдамдығы шамамен 2 – 4 есе аралығында артады.
t20 – t10
———— υt1 10
—— = γ
υt2
Мұндағы υt1, υt2 - t20 және t10 температураларына сай химиялық реакцияның жылдамдықтары. Ал γ - температуралық коэффициент немесе Вант-Гофф коэффициенті деп аталады.
5. Катализатордың (өршіткінің) әсері. Катализ. Көптеген химиялық реакциялар жылдамдығы бірқатар заттардың қатысына тәуелді. Химиялық реакцияның жылдамдығын арттыратын, бірақ өздері өнімнің құрамына кірмейтін заттарды катализаторлар (өршіткілер) деп атайды. Катализатор қатысында жүретін химиялық реакцияны катализ деп атайды. Сонымен қатар керісінше химиялық реакцияның жылдамдығын азайтатын да заттар белгілі. Оларды ингибиторлар (басытқылар) деп атайды.
Гомогенді катализ аралық қосылыстар теориясымен түсіндіріледі. Гомогенді катализде катализатор әрекеттесуші заттармен өте тұрақсыз аралық өнім түзеді де, белсендіру энергиясын кемітеді, сәйкес реакция жылдамдығы артады:
А + В → АВ гомогенді реакциясы катализатор қатысында жүргенде,
А + кат + В → [А . . . кат . . . В] → АВ + кат
аралық өнім
Гетерогенді катализ адсорбциялық теориямен түсіндіріледі. Газтектес немесе еріген заттардың қатты заттардың бетіне концентрациялануын адсорбция деп атайды. Бетінде адсорбция жүретін заттарды – адсорбент, сіңірілген заттарды – адсорбат деп атайды. Адсорбция процесінде адсорбаттардың химиялық белсенділігі күрт артады да, нәтижесінде химиялық реакция тез жүреді.
1. Гомогенді және гетерогенді реакциялар дегеніміз не? Олардың айырмашылықтары қандай?
2. Гомогенді және гетерогенді реакциялардың жылдамдықтары дегеніміз не?
3. Гомогенді және гетерогенді реакцияларға әсер етуші қандай факторлар бар?
4. Химиялық кинетиканың негізгі заңы қалай аталады және қалай өрнектеледі? Гетерогенді реакция үшін кинетикалық теңдеудің қандай ерекшелігі бар?
5. Вант-Гофф ережесі қалай тұжырымдалады? Математикалық өрнегі қалай жазылады?
6. Катализ процесі дегеніміз не? Гомогенді және гетерогенді катализ теориялары қандай?
1. А + В → С гомогенді реакциясында А затының концентрациясы 10 сек өткеннен соң 0,020 моль/л-ден 0,015 моль/л-ге өзгерді. Химиялық реакцияның орташа жылдамдығын есептеңдер. (Жауабы: 0,0005 моль/л · с)
2. Химиялық реакция жылдамдығын 1500С-тан 2000С-қа арттырғанда реакция жылдамдығы неше есе артады? γ = 3. (Жауабы: 243 есе артады)
Оқушылар ақпараттық мәтінмен жұмыс жасайды
Оқушылар өз жұмыстарының қорытындыларын сынып алдында қорғайды. Оқушылар бір-біріне қосымша сұрақтар, қойып, бір-бірін толықтырады.
