Исходные вещества активированный комплекс продукты реакции

">24. "> ">Признаки обратимых и необратимых реакций. Критерии равновесия. Константа равновесия. Принцип Ле-Шателье.

;color:#000000;background:#ffffff">1. Реакцию называют ;color:#000000;background:#ffffff">обратимой ;color:#000000;background:#ffffff">, если её направление зависит от концентраций веществ — участников реакции. Например N ;vertical-align:sub;color:#000000;background:#ffffff">2 ;color:#000000;background:#ffffff"> + 3H ;vertical-align:sub;color:#000000;background:#ffffff">2 ;color:#000000;background:#ffffff"> = 2NH ;vertical-align:sub;color:#000000;background:#ffffff">3 ;color:#000000;background:#ffffff"> при малой концентрации аммиака в газовой смеси и больших концентрациях азота и водорода происходит образование аммиака; напротив, при большой концентрации аммиака он разлагается, реакция идёт в обратном направлении. По завершении обратимой реакции, т. е. при достижении равновесия химического, система содержит как исходные вещества, так и продукты реакции.

;color:#000000;background:#ffffff">Необратимые реакции ;color:#000000;background:#ffffff"> — реакции, при которых взятые вещества нацело превращаются в продукты реакции, не реагирующие между собой при данных условиях, например ;background:#ffffff">, ;color:#000000;background:#ffffff">горение ;background:#ffffff"> ;color:#000000;background:#ffffff">углеводородов ;background:#ffffff">, ;color:#000000;background:#ffffff">образование ;color:#000000;background:#ffffff">малодиссоциирующих ;background:#ffffff"> ;color:#000000;background:#ffffff">соединений, выпадение осадка, образование газообразных веществ.

">Химическое равновесие "> - состояние системы, в котором скорость прямой реакции (" xml:lang="en-US" lang="en-US">V ;vertical-align:sub">1 ">) равна скорости обратной реакции (" xml:lang="en-US" lang="en-US">V ;vertical-align:sub">2 ">). При химическом равновесии концентрации веществ остаются неизменными. Химическое равновесие имеет динамический характер: прямая и обратная реакции при равновесии не прекращаются.

">Состояние химического равновесия количественно характеризуется константой равновесия, представляющей собой отношение констант прямой (" xml:lang="en-US" lang="en-US">K ;vertical-align:sub">1 ">) и обратной (" xml:lang="en-US" lang="en-US">K ;vertical-align:sub">2 ">) реакций.

" xml:lang="en-US" lang="en-US">K = K ;vertical-align:sub" xml:lang="en-US" lang="en-US">1/ " xml:lang="en-US" lang="en-US">K ;vertical-align:sub" xml:lang="en-US" lang="en-US">2 " xml:lang="en-US" lang="en-US">= ([C] ;vertical-align:super" xml:lang="en-US" lang="en-US">c " xml:lang="en-US" lang="en-US"> [D] ;vertical-align:super" xml:lang="en-US" lang="en-US">d " xml:lang="en-US" lang="en-US">) / ([A] ;vertical-align:super" xml:lang="en-US" lang="en-US">a " xml:lang="en-US" lang="en-US"> [B] ;vertical-align:super" xml:lang="en-US" lang="en-US">b " xml:lang="en-US" lang="en-US">)

"> Константа равновесия зависит от температуры и природы реагирующих веществ. Чем больше константа равновесия, тем больше равновесие сдвинуто в сторону образования продуктов прямой реакции.

">Смещение химического равновесия.

">1. Иземенение концентрации реаг. В-в

1. ">Увеличение конц исх в-в сдвигает вправо
2. ">Увеличение продуктов сместит равновесие влево

">2. Давление (только для газов)

1. ">Увеличение давл. Смещает равновесие в сторону в-в занимающих меньший объём.
2. ">Уменьшение давл смещает равновесие в сторону в-в занимающих больший объём

">3. Температура.

1. ">Для экзотермических р-ий повыш. Т смещает влево
2. ">Для эндотермических повышение Т смещает вправо.
3. ">Катализаторы не оказывают влияние на хим. Равновесие, а лишь ускоряет его наступление

">Принцип Ле-Шателье ">если на систему находящуюся в состоянии динамического равновесия, оказать какое-либо воздействие, то преимущественно получается та реакция которая препятствует этому воздействию

" xml:lang="en-US" lang="en-US">N2+O2↔NO+ ∆H

" xml:lang="en-US" lang="en-US">→ t◦→

" xml:lang="en-US" lang="en-US">↓← ↓ t◦←

" xml:lang="en-US" lang="en-US"> ← p-

Для образования активного комплекса нужно преодолеть некоторый энергетический барьер, затратив энергию Е А. Эта энергия и есть энергия активации – некоторая избыточная энергия, по сравнению со средней при данной температуре энергией, которой должны обладать молекулы для того, чтобы их столкновения были эффективными.

В общем случае для химической реакции А + В = С +Д переход от исходных веществ А и В к продуктам реакции С и Д через состояние активного комплекса А + В = А¼В = С + D схематически можно представить в виде энергетических диаграмм (рис. 6.2).

Низкими значениями Е А и очень большими скоростями характеризуются ионные взаимодействия в растворах электролитов. Например:

Ca +2 + SO = CaSO 4 .

Объясняется это тем, что разноименно заряженные ионы притягиваются друг к другу и не требуется затрат энергии на преодоление сил отталкивания взаимодействующих частиц.

Влияние катализатора

Изменение скорости реакции под воздействием малых добавок особых веществ, количество которых в ходе процесса не меняется, называется катализом.

Вещества, изменяющие скорость химической реакции, называются катализаторами (вещества, изменяющие скорость химических процессов в живых организмах – ферменты). Катализатор в реакциях не расходуется и в состав конечных продуктов не входит.

Химические реакции, протекающие в присутствии катализатора, называются каталитическими. Различают положительный катализ – в присутствии катализатора скорость химической реакции возрастает - и отрицательный катализ (ингибирование) – в присутствии катализатора (ингибитора) скорость химической реакции замедляется.

1. Окисление сернистого ангидрида в присутствии платинового катализатора:

2SO 2 + O 2 = 2SO 3 – положительный катализ.

2. Замедление процесса образования хлороводорода в присутствии кислорода:

H 2 + Cl 2 = 2HCl – отрицательный катализ.

Различают: а) гомогенный катализ – реагирующие вещества и катализатор образуют однофазную систему; б) гетерогенный катализ – реагирующие вещества и катализатор образуют систему из разных фаз.

Механизм действия катализатора. Механизм действия положительных катализаторов сводится к уменьшению энергии активации реакции. При этом образуется активный комплекс с более низким уровнем энергии и скорость химической реакции сильно возрастает. На рис. 6.3 представлена энергетическая диаграмма химической реакции, протекающей в отсутствие (1) и в присутствии (2) катализатора.

Если медленно протекающую реакцию А + В = АВ вести в присутствии катализатора К, то катализатор вступает в химическое взаимодействие с одним из исходных веществ, образуя непрочное промежуточное соединение: А + К = АК.

Энергия активации этого процесса мала. Промежуточное соединение АК – реакционноспособно, оно реагирует с другим исходным веществом, при этом катализатор высвобождается и выходит из зоны реакции:

Суммируя оба процесса, получаем уравнение быстро протекающей реакции: А + В + (К) = АВ + (К).

Пример. Окисление сернистого ангидрида с участием катализатора NO: 2SO 2 + O 2 = 2SO 3 – медленная реакция;

При введении катализатора – NO – образуется промежуточное соединение: 2NO + O 2 = 2NO 2 .

В гетерогенном катализе ускоряющее действие связано с адсорбцией. Адсорбция – явление поглощения газов, паров, растворенных веществ поверхностью твердого тела. Поверхность катализатора неоднородна. На ней имеются так называемые активные центры, на которых происходит адсорбция реагирующих веществ, что увеличивает их концентрацию.

Некоторые вещества снижают или полностью уничтожают активность твердого катализатора – каталитические яды (к ним относятся соединения свинца, мышьяка, ртути, цианистые соединения). Особенно чувствительны к каталитическим ядам платиновые катализаторы.

Есть и такие вещества, которые усиливают действие катализатора, хотя сами катализаторами не являются. Эти вещества называются промоторами.

ХИМИЧЕСКОЕ РАВНОВЕСИЕ

©2015-2019 сайт
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2016-03-24

Cтраница 1

Исходные вещества: натрий углекислый (натрий карбат) безводный для спектрального анализа, МРТУ 6 - 09 - 6170 - 69, хч и фосфорная ортокислота, ГОСТ 6552 - 58, хч.  

Исходные вещества: барий азотнокислый (барий нитрат), ГОСТ 51468 - 72, техн.  

Исходное вещество было синтезировано карбоксиметилированием М - р-ок-сиэтилэтилендиамина и последующей дегидратацией азеотропной перегонкой с ксилолом или толуолом. Для полимеризации мономер суспендируют в диокса-не с водой, кипятят 5 - 10 час с обратным холодильником, а затем очищают.  

Исходные вещества, применяемые в объемном анализе для определения нормальности растворов и установления их титров, будут указаны при рассмотрении отдельных методов анализа.  

Исходное вещество А способно превращаться двумя или более независимыми путями, которые приводят к образованию одинаковых или различных продуктов.  

Исходные вещества (фосфор и кислород) электронейтральные. Атом фосфора, отдавая пять электронов, становится положительно пятизарядным ионом (Р 5); фосфор окисляется и является восстановителем. Атом кислорода, принимая два электрона, превращается в отрицательно заряженный ион (О-2); кислород восстанавливается и является окислителем.  

Исходные вещества и процессы должны быть приспособлены к самоорганизации, стабильны за счет систем обратных связей, которая, в свою очередь, является динамической структурой.  

Исходные вещества, составляющие основу молекулы конечного продукта, называют основным сырьем. Таким сырьем являются прежде всего ароматические углеводороды: бензол, толуол, нафталин, а также фенол и крезолы. Эти вещества содержатся в продуктах переработки каменного угля - коксовом газе и каменноугольной смоле.  

Исходные вещества, используемые для получения промежуточного продукта или органического красителя, но не составляющие основу его молекулы, называют вспомогательным сырьем.  

Исходное вещество для производства Аш-кислоты - нафталин.  

Исходное вещество взвешивают и, определив по табличным данным растворимость, подсчитывают примерное количество воды, необходимое для его растворения. Вещество помещают в стакан, коническую колбу или в фарфоровую чашку и приливают к нему воду, нагретую до определенной температуры.  

Исходное вещество помещают в фарфоровую или в кварцевую лодочку /, которую вставляют в реактор 2 (фарфоровая или кварцевая трубка) и нагревают в токе водорода до требуемой температуры. Концы трубки закрывают резиновыми или корковыми пробками, в которые вставляют с одного конца трубку, подводящую водород, а с другого - трубку, отводящую пары воды и непрореагировавший водород. Предварительно установку проверяют на герметичность. Для этого конец газоотводной трубки погружают на 4 - 5 см в воду и пропускают водород.  

Исходные вещества (окислы), а также реактор (тигель) необходимо предварительно просушить при 150 - 200 С. После этого окислы растирают в порошок и отделяют на сите от неразмельченных частичек.  

Исходные вещества отвешивают в соответствии с уравнением реакции на аналитических весах и растирают их смесь в течение 15 - 20 мин в фарфоровой или агатовой ступке. Затем смесь пересыпают в фарфоровый тигель или лодочку и прокаливают.  

В современной науке различают химические и ядерные реакции, протекающие в результате взаимодействия исходных веществ, которые принято называть реагентами. В результате образуются другие химические вещества, которые называются продуктами. Все взаимодействия происходят при определенных условиях (температура, излучение, присутствие катализаторов и прочее). Ядра атомов реагентов химических реакций не меняются. В ядерных превращениях образуются новые ядра и частицы. Существует несколько различных признаков, по которым определяют типы химических реакций.

За основу классификации можно взять число исходных и образующихся веществ. В этом случае все типы химических реакций делятся на пять групп:

1. Разложения (несколько новых получается из одного вещества), например, разложение при нагревании на хлористый калий и кислород: KCLO3 → 2KCL + 3O2.
2. Соединения (два или несколько соединений образуют одно новое), взаимодействуя с водой, окись кальция превращается в гидроокись кальция: H2O + CaO → Ca(OH)2;
3. Замещения (число продуктов равно числу исходных веществ, в которых замещена одна составляющая часть на другую), железо в сульфате меди, замещая медь, образует сульфат двухвалентного железа: Fe + CuSO4 → FeSO4 +Cu.
4. Двойного обмена (молекулы двух веществ обмениваются оставляющими их частями), металлы в и обмениваются анионами, образуя выпадающий в осадок йодид серебра и азотнокислый кадий: KI + AgNO3 → AgI↓ + KNO3.
5. Полиморфного превращения (происходит переход вещества из одной кристаллической формы в другую), йодид цвета при нагревании переходит в йодид ртути желтого цвета: HgI2 (красный) ↔ HgI2 (желтый).

Если химические превращения рассматривать по признаку изменения в реагирующих веществах степени окисления элементов, то тогда типы химических реакций могут делиться на группы:

1. С изменением степени окисления — реакции окислительно-восстановительные (ОВР). В качестве примера можно рассмотреть взаимодействие железа с соляной кислотой: Fe + HCL → FeCl2 + H2, в результате степень окисления железа (восстановитель, отдающий электроны) изменилась с 0 до -2, а водорода (окислитель, принимающий электроны) с +1 до 0.
2. Без изменения степени окисления (т. е. не ОВР). Например, реакции кислотно-щелочного взаимодействия бромистого водорода с гидроокисью натрия: HBr + NaOH → NaBr + H2O, в результате таких реакций образуются соль и вода, а степени окисления химических элементов, входящих в исходные вещества, не меняются.

Если рассматривать и скорость протекания в прямом и обратном направлении, то все типы химических реакций могут делиться также на две группы:

1. Обратимые — те, что одновременно протекают в двух направлениях. Большинство реакций являются обратимыми. В качестве примера можно привести растворение в воде двуокиси углерода с образованием нестойкой угольной кислоты, которая разлагается на исходные вещества: H2O + CO2 ↔ H2CO3.
2. Необратимые - протекают только в прямом направлении, после полного расходования одного из исходных веществ завершаются, после чего присутствуют только продукты и исходное вещество, взятое в избытке. Обычно один из продуктов является или выпавшим в осадок нерастворимым веществом или выделившимся газом. Например, при взаимодействии серной кислоты и хлористого бария: H2SO4 + BaCl2 + → BaSO4↓ + 2HCl в осадок выпадает нерастворимый

Типы химических реакций в органической химии можно разделить на четыре группы:

1. Замещение (происходит замена одних атомов или групп атомов на другие), например, при взаимодействии хлорэтана с гидроокисью натрия образуется этанол и хлорид натрия: C2H5Cl + NaOH → C2H5OH + NaCl, то есть атом хлора замещается на атом водорода.
2. Присоединение (две молекулы реагируют и образовывают одну), например, бром присоединяется в месте разрыва двойной связи в молекуле этилена: Br2 + CH2=CH2 → BrCH2—CH2Br.
3. Отщепление (молекула разлагается на две и более молекулы), например, при определенных условиях этанол разлагается на этилен и воду: C2H5OH → CH2=CH2 + H2O.
4. Перегруппировка (изомеризация, когда одна молекула превращается в другую, но качественный и количественный состав атомов в ней не меняется), например, 3-хлорутен-1 (C4H7CL) превращается в 1 хлорбутен-2 (C4H7CL). Здесь атом хлора перешел от третьего углеродного атома в углеводородной цепочке к первому, а двойная связь соединяла первый и второй атомы углерода, а затем стала соединять второй и третьи атомы.

Известны и другие виды химических реакций:

1. По протекающие с поглощением (эндотермические) или выделением тепла (экзотермические).
2. По типу взаимодействующих реагентов или образующихся продуктов. Взаимодействие с водой — гидролиз, с водородом — гидрирование, с кислородом — окисление или горение. Отщепление воды — дегидратация, водорода — дегидрирование и так далее.
3. По условиям взаимодействия: в присутствии катализаторов (каталитические), под действием низкой или высокой температуры, при изменении давления, на свету и прочее.
4. По механизму протекания реакции: ионные, радикально-цепные или цепные реакции.

2. Исходные вещества и методы экспериментов

2.1. Исходные вещества и их анализ

Фосфор, фтор и литий вводили в виде дигидрофосфата аммония, высушенного при 100 °С, фторида и карбоната лития, высушенных при 200 °С. Реактивный оксид никеля (серый, нестехиометрический) прокаливали при 900 °C для превращения в зеленый стехиометрический NiO. Реактивный оксид кобальта (+2) использовали в непрокаленном виде (рентгенофазовым анализом проверено, что это действительно CoO, а не Co 3 O 4). Для введения переходных металлов испытаны и другие реагенты: карбонаты кобальта и марганца, ацетат никеля, а также оксалаты марганца и железа (+2), осажденные из водных растворов. Для проведения данной части экспериментов брали растворимые соли: сульфат железа (+2) и хлорид марганца (+2), растворяли их в горячей дистиллированной воде и приливали к ним горячий раствор оксалата аммония. После охлаждения осадки отфильтровывали на воронке Бюхнера, промывали дистиллированной водой до удаления сульфат- или хлорид-ионов и высушивали при комнатной температуре несколько дней.

Нет уверенности в том, что эти карбонаты, оксалаты и ацетат точно соответствуют идеальным формулам: при хранении возможны потеря или приобретение воды, гидролиз, окисление. Поэтому потребовалось провести их анализ. Для этого по три параллельных пробы каждого из исходных веществ прокаливали до постоянной массы и взвешивали в виде оксидов. Температуру прокаливания выбирали на основе литературных данных о стабильности весовых форм: для получения Fe 2 O 3 , NiO – 900 °С, для получения Co 3 O 4 и Mn 2 O 3 - 750 °С .

2.2. Проведение синтезов

При нагревании фторида лития с дигидрофосфатом аммония возможно улетучивание фтороводорода. Поэтому проведение синтеза в одну стадию вряд ли возможно. Сначала нужно получить LiMPO 4 , и лишь после полного удаления воды можно добавлять фторид лития.

Таким образом, можно выделить две стадии.

(1) 2NH 4 H 2 PO 4 +Li 2 CO 3 + 2MO ® 2 LiMPO 4 + 2NH 3 + CO 2 + 2H 2 O.

Здесь MO – это либо оксид (NiO, CoO), либо соединение, разлагающееся до оксида.

(2) LiMPO 4 + LiF ® Li 2 MPO 4 F

Навески веществ смешивали и растирали в яшмовой ступке до полной однородной массы, затем прессовали таблетки, выдерживали при температуре 150-170 °C 2 часа для удаления большей части летучих компонентов (если сразу нагреть до более высоких температур, то происходит оплавление и однородность таблетки нарушается). Затем температуру постепенно повышали, периодически перетирая смесь, до получения практически чистых LiMPO 4 . Обжиги проводили либо в муфельной печи, либо в инертной атмосфере в трубчатой печи.

Ввиду отсутствия инертных газов в баллонах, пришлось получать азот нагреванием водного раствора хлорида аммония и нитрита бария. Колба, в которой происходила основная реакция по получению азота (экзотермическая реакция, небольшое нагревание), соединялась с двумя промывалками с сернокислым раствором бихромата калия для улавливания возможных примесей аммиака и оксида азота, далее шла накаливаемая трубка с пористыми медными гранулами для очистки от кислорода и оксидов азота, потом с силикагелем для грубой осушки и две промывалки с концентрированной серной кислотой для более полного улавливания водяных паров. Эти промывалки соединялись с трубкой, в которой находились смеси веществ в спрессованном виде в никелевых лодочках. Вначале через установку пропускали трехкратный объем азота для удаления воздуха и лишь потом начинали нагревание. После завершения обжига образцы охлаждали в токе азота, дабы не допустить окисления воздухом.

Продукты проверяли рентгенофазовым анализом и переходили ко второй стадии экспериментов, для этого полученные таблетки перетирали с рассчитанной навеской фторида лития и, спрессовав, продолжали обжиг либо в муфельной печи, либо в инертной атмосфере в трубчатой печи по уже рассмотренной технологии. Чтобы обеспечить более полное связывание фосфата, фторид лития вводили в пятипроцентном избытке. Этот избыток составляет лишь 0,7 масс. % смеси и менее существенен, чем примесь не прореагировавшего фосфата.

2.3. Рентгенография

Рентгенофазовый анализ производился на дифрактометре ДРОН – 2.0 в медном Кa - излучении. Данное излучение не очень подходит для соединений, в которых присутствуют железо и особенно кобальт, так как оно сильно поглощается атомами этих элементов и возбуждает их собственное рентгеновское излучение. В результате дифракционные максимумы ослабляются, и резко возрастает фон. Поэтому снижается чувствительность фазового анализа, уменьшается число наблюдаемых отражений и ухудшается точность их измерения из-за сильных флуктуаций интенсивности. Чтобы преодолеть эти затруднения, следовало бы использовать рентгеновскую трубку с другим анодом, например, кобальтовым (но тогда бы возникли те же проблемы с соединениями марганца) или установить монохроматор на дифрагированном пучке. Но у нас не было такой возможности, поэтому для уменьшения статистических ошибок съемку кобальтового соединения приходилось повторять по несколько раз.

При фазовом анализе применялась база порошковых дифракционных данных PDF-2.