Задание 18. Скорость реакции

Статья

Не изучено

Что такое скорость реакции, интуитивно понятно. Бывают быстрые реакции: H₂ + O₂ → H₂O идет очень быстро, со взрывом. Бывают медленные реакции: коррозия железа на воздухе Fe + O₂ → Fe₃O₄.

На скорость химической реакции влияют:

Природа реагирующих веществ
Температура
Катализатор
Количество вещества
Агрегатное состояние

Разберем все по порядку.

Приятного изучения статьи! Если хочешь подготовиться на 90+, то обязательно посмотри вот эти способы подготовки (жми, чтобы перейти на сайт и узнать подробнее) 💜

Природа реагирующих веществ

Рассмотрим галогены (VII группа в таблице Менделеева). Самый активный из них фтор. При движении по группе вниз их активность уменьшается. То есть дальше идут хлор, бром и наименее активный — йод. Поэтому получается, что:

H₂ + F₂ → HF самая быстрая реакция

H₂ + Cl₂ → HCl эта идет медленнее

H₂ + Br₂ → HBr эта идет еще медленнее

H₂ + I₂ → HI самая медленная реакция

Таким образом, если нужно ускорить реакцию, то можно взять в качестве реагента более активный аналог вещества. Подробнее про активность веществ будет идти речь в статьях по неорганике.

Температура

При увеличении температуры увеличивается скорость движения молекул, поэтому при нагревании они с большей вероятностью встретятся и провзаимодействуют друг с другом → скорость реакции увеличится.

Правило Вант-Гоффа — при повышении температуры на каждые 10⁰С скорость реакции увеличивается в 2-4 раза. Название этого правила на ЕГЭ обычно не встречалось. Просто чтобы представлять, что температура проведения реакции это важно и как это правильно называть.

Катализатор

Катализатор — вещество, которое ускоряет реакцию. А ингибитор ее замедляет. Принцип работы катализатора заключается в том, что при его добавлении меняется механизм реакции.

A + B → AB обычная реакция без катализатора.

Если добавить катализатор X, то реакция пойдет в 2 этапа:

A + X → AX

AX + B → AB + X

Таким образом — катализатор участвует в реакции, в ходе реакции регенерирует (выделяется в продуктах в неизменном виде) и не входит в продукты реакции.

Если реакция обратима — N₂ + H₂ ⇄ NH₃ , то катализатор ускоряет как прямую реакцию N₂ + H₂ → NH₃, так и обратную NH₃ → N₂ + H₂. Поэтому катализатор не смещает химическое равновесие.

Но не для всех реакций известны катализаторы. Вот список каталитических реакций для ЕГЭ (только не учи их сейчас, особенно органические реакции, оно запомнится само во время подготовки):

N₂ + H₂ ⇄ NH₃
SO₂ + O₂ ⇄ SO₃
CO + H₂ ⇄ CH₃OH
NH₃ + O₂ → NO + H₂O
KClO₃ → KCl + O₂
гидрирование
дегидрирование
дегидроциклизация алканов
изомеризация алканов
каталитическое окисление бутана
гидрогалогенирование алкенов в присутствии перекиси водорода
гидратация алкенов и алкинов
полимеризация алкенов
димеризация ацетилена
тримеризация ацетилена, пропина
реакция Лебедева
галогенирование, алкилирование, нитрование бензола
этерификация
дегидратация
кумольный способ получение фенола
альфа-галогенирование карбоновых кислот

Если реакция некаталитическая, то добавлением катализатора ее не ускорить.

Количество вещества

Если в реакции увеличивать количество реагентов, то их молекулы с большей вероятностью встретятся и провзаимодействуют друг с другом → скорость реакции увеличится.

Количество продуктов НЕ влияет на скорость прямой реакции. Количество продуктов влияет на скорость обратной реакции.

Количество вещества можно увеличивать разными способами:

Если в реагентах есть газ (H₂ + Cl₂ → HCl), то можно повысить давление или уменьшить объем сосуда, в котором идет реакция
Если в реагентах есть жидкость (Zn + HCl → ZnCl₂ + H₂), то можно увеличить ее концентрацию
Если в реагентах есть твердое вещество (Zn + HCl → ZnCl₂ + H₂), то можно его размельчить, что приведет к увеличению площади поверхности реакции

Агрегатное состояние

Гомогенные реакции идут быстрее, чем гетерогенные реакции. Гомогенные реакции это взаимодействие жидкости с жидкостью или газа с газом, т.е. реакции, где нет поверхности контакта двух реагентов. В гетерогенных реакциях эта поверхность контакта есть. Например, при опускании твердого цинка в раствор азотной кислоты реакция пойдет на поверхности цинка.

А среди гомогенных реакций наибольшую скорость имеет реакция нейтрализации – взаимодействие кислоты и основания.