Гетерогенные реакции протекают на поверхности раздела фаз, которая и является реакционным пространством.
Скоростью гетерогенной реакции называется количество вещества, которое вступает в реакцию или образуется в результате реакции за единицу времени на единице площади поверхности фаз:
гдеDn– разность между количеством вещества в конечныйt2 и начальныйt1 моменты времени (Dn=n2 –n1); S – площадь поверхности. Площадь поверхности твердого тела не всегда легко измерить, поэтому иногда скорость гетерогенной реакции относят не к единице поверхности, а к единице массы или к единице объема твердого вещества.
Особенностью кинетики гетерогенных реакций является влияние на скорость реакции площади реакционной поверхности и ее состояния.
С увеличением площади поверхности скорость гетерогенной реакции возрастает (рис. 7.6).
Однако следует помнить важное правило:
Рисунок 7.6 – Влияние площади соприкосновения взаимодействующих фаз и состояния поверхности на скорость гетерогенной реакции СаCО3+2HCl?CaCl2+CO2?+H2O: а) на участке, имеющем плоскую поверхность, с твердой фазой (СаCО3) может одновременно контактировать меньшее количество молекул HCl, поэтому выделяется меньше продуктов – пузырьков газа CO2; б) развитая поверхность твердой фазы обеспечивает больше возможностей для контакта исходных веществ и образования продуктов реакции
если в гетерогенной реакции непосредственно принимает участие твердое вещество, то в кинетическое уравнение не входит его концентрация, которая считается постоянной.
Например, для гетерогенной реакции Са(к) + СО2(г) CaCO3(к) кинетическое уравнение имеет вид
J= k·C(CO2) = k·[CO2].
Большинство гетерогенных реакций включает три основные стадии (рис. 7.7):
1) подвод одного реагирующего вещества к поверхности другого;
2) химическое взаимодействие на по-верхности;
3) отвод образовавшегося продукта от поверхности.
Рисунок 7.7 – Стадии гетерогенных реакций: а) подвод одного реагирующего вещества к поверхности другого;
б) химическое взаимодействие на поверхности; в) отвод образовавшегося продукта от поверхности твердого реагента
Самая медленная стадия, которая определяет скорость реакции в целом, называется лимитирующей.
Пример 7.5. Запишите кинетическое уравнение для реакции, протекающей по схеме:
а) СaCO3(т) + 2HCl(р) CaCl2(р) + CO2(г) + H2O(ж);
б) Fe2O3 (т) + 3H2(г) 2FeO(т) + 3H2O(г).
Решение. В случае гетерогенных реакций концентрация твердой фазы считается постоянной и не вносится в кинетическое уравнение, поэтому имеем:
а)J= k1 [HCl(р)]2; б)J= k1 [H2(г)]3.
Ключевые слова и термины
Русский
Украинский
Английский
Французский
Арабский
лимитирующая
лімітуюча
establish a quota
limitation
????
поверхность
поверхня
surface
surface
???
Контрольные вопросы
Что называется скоростью гетерогенной реакции?
Назовите особенности гетерогенных реакций.
Из каких стадий состоит гетерогенная реакция?
Какая стадия является лимитирующей?
Задания для самостоятельной работы
Каким образом можно ускорить гетерогенную реакцию Mg(тв)+2HCl(ж)MgCl2(ж)+H2(г), не изменяя температуры, давления и количества веществ:
а) подвергнуть систему электромагнитному облучению; б) прекратить перемешивание; в) размельчить магний, что приведет к увеличению площади контакта реагирующих веществ; г) добавить в систему воды?
Каким математическим уравнением выражается закон действующих масс для реакции СаО(т) + СО2(г) + Н2О(г) Са(НСО3)2(т):
а)J= k[CaO]?[CO2]?[H2O]; б)J= k·CCO2·CH2O;
в)J= k·ССО·CCO2·CH2O; г)J= [CO2]·[H2O]?
Выберите правильное утверждение про отличительные особенности гетерогенных реакций:
а) скорость гетерогенной реакции зависит от площади реакционной поверхности и от интенсивности подвода реагентов и отвода продуктов из реакционной зоны; б) скорость гетерогенной реакции не зависит от температуры; в) гетерогенные реакции не отличаются от гомогенных; г) все гетерогенные реакции протекают быстрее гомогенных.
CaCO3(к) кинетическое уравнение имеет вид
Рисунок 7.7 – Стадии гетерогенных реакций: а) подвод одного реагирующего вещества к поверхности другого;