egzas.lt logoegzas.lt
Grįžti į temą

Reakcijų greitis

Orientacinė trukmė: ~45 min

Programos sritis: Cheminės reakcijos

BP kodai: CH12-A3-R03

Bendroji programaV-1269 24 priedasVBE užduoties aprašas

Reakcijų greitis

Mokymosi tikslai

  • Apskaičiuoti vidutinį reakcijos greitį iš koncentracijos, masės arba dujų tūrio kitimo.
  • Susidūrimų teorija paaiškinti temperatūros, koncentracijos, slėgio ir paviršiaus ploto poveikį.
  • Atskirti katalizatoriaus poveikį greičiui nuo poveikio ΔH\Delta H ar pusiausvyros padėčiai.
  • Suplanuoti kontroliuojamą greičio tyrimą ir įvertinti pakartojimų reikšmę.

Sąvokos

Reakcijos greitis, veiksmingasis susidūrimas, aktyvacijos energija, katalizatorius, inhibitorius, greičio lygtis, reakcijos eilė, nepriklausomas kintamasis, kontrolinis kintamasis.

Reakcijos greitis apibūdina, kaip sparčiai mažėja reagento arba didėja produkto koncentracija. Greitį aiškiname dalelių susidūrimų dažniu ir energija.

Prisimink

Vidutinis produkto susidarymo greitis:

v=Δc(produkto)Δt.v=\frac{\Delta c(\text{produkto})}{\Delta t}.

Reagento koncentracija mažėja, todėl naudojant Δc(reagento)\Delta c(\text{reagento}) prieš trupmeną rašomas minusas, kad greitis būtų teigiamas. Vienetai dažnai yra mol L−1 s−1\mathrm{mol\,L^{-1}\,s^{-1}}.

Koeficientų įtakai palyginti, reakcijai a A→b B\ce{aA -> bB}:

−1aΔ[A]Δt=1bΔ[B]Δt.-\frac{1}{a}\frac{\Delta[\ce A]}{\Delta t} =\frac{1}{b}\frac{\Delta[\ce B]}{\Delta t}.

Veiksmingieji susidūrimai

Reakcijai nepakanka bet kokio susidūrimo. Dalelės turi susidurti tinkama orientacija ir turėti ne mažesnę už aktyvacijos energiją energiją.

Greitį gali didinti:

  • didesnė reagentų koncentracija arba dujų slėgis – dažnesni susidūrimai;
  • aukštesnė temperatūra – dalelės juda greičiau, didesnė jų dalis įveikia energijos barjerą;
  • didesnis kietosios medžiagos paviršiaus plotas – daugiau prieinamų sąlyčio vietų;
  • katalizatorius – alternatyvus kelias su mažesne aktyvacijos energija.

Katalizatorius reakcijos etapuose dalyvauja, tačiau per visą ciklą negrįžtamai nesunaudojamas ir bendrojoje reakcijos lygtyje paprastai neatvaizduojamas. Inhibitorius reakciją lėtina, o fermentas yra biologinis katalizatorius.

Greičio lygtis

Eksperimentu gali būti nustatyta:

v=k[A]m[B]n.v=k[\ce A]^m[\ce B]^n.

Laipsniai mm ir nn paprastai nustatomi iš duomenų; jų negalima automatiškai sutapatinti su bendrosios reakcijos lygties koeficientais. Jei m=2m=2, padvigubinus [A][\ce A] ir nekintant kitoms sąlygoms greitis padidėja 22=42^2=4 kartus.

Išspręstas pavyzdys

Produkto koncentracija per 40 s40\ \mathrm{s} padidėjo nuo 00 iki 0,120 mol L−10{,}120\ \mathrm{mol\,L^{-1}}:

vvid=0,12040=3,00⋅10−3 mol L−1 s−1.v_{\text{vid}}=\frac{0{,}120}{40}=3{,}00\cdot10^{-3}\ \mathrm{mol\,L^{-1}\,s^{-1}}.

Tai viso intervalo vidurkis. Momentinis greitis gaunamas iš koncentracijos–laiko kreivės liestinės nuolydžio konkrečiu momentu.

Tyrimas: rūgštis ir karbonatas

Galima matuoti per laiką išsiskyrusio COX2\ce{CO2} tūrį reakcijoje:

CaCOX3(s)+2 HX+(aq)→CaX2+(aq)+COX2(g)+HX2O(l).\ce{CaCO3(s) + 2H+(aq) -> Ca^{2+}(aq) + CO2(g) + H2O(l)}.

Tiriant temperatūros poveikį, rūgšties koncentracija ir tūris, karbonato masė bei dalelių dydis turi būti vienodi. Dujų švirkštas paprastai leidžia patikimiau surinkti dujas negu vertinti putų aukštį. Akiniai būtini; uždara sistema negali būti kaitinama nepalikus dujoms saugaus kelio.

Dažnos klaidos

  • Greitis sutapatinamas su galutiniu produkto kiekiu. Katalizatorius gali sutrumpinti laiką, bet nepakeisti teorinės išeigos.
  • Koncentracijos pokytis nepadalijamas iš laiko arba pamirštami vienetai.
  • Vienu metu pakeičiami temperatūra ir koncentracija, todėl priežastis nebeatskiriama.
  • Miltelių reakcijos pagreitėjimas aiškinamas didesne mase, nors masė tokia pati, o skiriasi paviršiaus plotas.

Pasitikrink

  1. Produkto koncentracija per 25 s25\ \mathrm{s} padidėjo 0,050 mol L−10{,}050\ \mathrm{mol\,L^{-1}}. Rask vidutinį greitį.
  2. Greičio lygtis v=k[A]2v=k[\ce A]^2. Kiek kartų keisis greitis padvigubinus [A][\ce A]?
  3. Įvardyk du kontroliuojamus kintamuosius tiriant temperatūros poveikį karbonato reakcijai su rūgštimi.
Kraunama pamokos praktika…

Oficialūs šaltiniai

  • SRC-BP-V1269 – Chemijos bendroji programa, IV gimnazijos klasė, cheminių reakcijų greitis.
  • SRC-EMOKYKLA-CHEM – oficialus Bendrosios programos atvaizdavimas eMokykloje.
  • SRC-IR-2025 – III–IV gimnazijos klasių įgyvendinimo rekomendacijos; naudota tiriamajai veiklai ir duomenų analizei.

Santrauka

Greitį lemia veiksmingų susidūrimų dažnis. Skaičiavimuose atskirk vidutinį ir momentinį greitį, o eksperimente keisk vieną veiksnį ir kontroliuok kitus.