Читаем скорость на графике
Выбери участника реакции 2NO + O₂ → 2NO₂ и передвигай конец интервала. Сравни изменение концентрации и среднюю скорость.
Начало каждого расчётного интервала: t = 0.
Кривая — иллюстративный согласованный набор концентраций при постоянном объёме, не экспериментальный закон скорости реакции NO с O₂.
Скорость показывает изменение за время
Молярная концентрация c = n/V показывает число молей вещества в единице объёма смеси. Скорость превращения по выбранному веществу связывает изменение этой концентрации с промежутком времени. В задачах объём реакционной смеси считают постоянным, иначе изменение концентрации может быть вызвано ещё и сжатием или расширением.
| Величина | Смысл | Единица |
|---|---|---|
| c | Количество в объёме | моль/л |
| Δc | Конечная минус начальная концентрация | моль/л |
| Δt | Длительность интервала | с |
| v | Изменение концентрации за время | моль/(л·с) |
Реагенты расходуются, поэтому их концентрация уменьшается; продукты накапливаются. Среднюю скорость считают положительной: для реагента v = −Δc/Δt, для продукта v = +Δc/Δt. Если концентрацию измеряют в моль/л, а время в секундах, единица скорости — моль/(л·с).
Скорость описывает изменение концентрации за единицу времени. Для расходуемого реагента используют знак минус перед Δc.
График: количество и скорость читаются по-разному
На графике концентрации от времени высота точки показывает концентрацию, а наклон — быстроту её изменения. Убывающая кривая относится к расходованию вещества, возрастающая — к накоплению. Более крутой участок означает большую по модулю скорость изменения при одинаковом масштабе осей.
- Выбираем две точки
Задаём начало и конец интервала
- Считаем Δc
Вычитаем концентрации
- Считаем Δt
Вычитаем моменты времени
- Делим
Получаем среднюю скорость
Средняя скорость характеризует весь выбранный интервал. Мгновенная скорость относится к конкретному моменту и определяется наклоном касательной. В простой закрытой системе по мере расходования реагентов реакция часто замедляется, но это не универсальный закон: температура, катализатор или сложный механизм могут менять ход процесса.
Высота графика показывает концентрацию, а наклон — скорость изменения. Средняя скорость зависит от выбранного интервала времени.
Ржавчина на поверхности железа
Коррозия железа показывает превращение вещества; ржавчина имеет сложный состав и не является одним чистым оксидом.
Titus Tscharntke · Wikimedia Commons · Public domain. Без изменений.
Не удалось загрузить изображение. Открыть источник
Горение магния
Горение магния сопровождается ярким светом и образованием оксида магния.
Alvy16 · Wikimedia Commons · CC BY 4.0. Без изменений.
Не удалось загрузить изображение. Открыть источник
Разные коэффициенты — разные скорости расходования
В реакции 2NO + O₂ → 2NO₂ на каждый моль израсходованного кислорода приходятся два моля NO и два моля образовавшегося NO₂. При неизменном объёме такие же отношения связывают изменения концентраций. Поэтому скорость исчезновения NO вдвое больше скорости исчезновения O₂.
Коэффициенты задают отношения изменений
2NO + O₂ → 2NO₂
При одном объёме и за один интервал изменения концентраций относятся как 2:1:2. Столбцы показывают модули изменений.
Чтобы получить одну скорость реакции, изменения концентраций делят на соответствующие коэффициенты: v = −½Δc(NO)/Δt = −Δc(O₂)/Δt = ½Δc(NO₂)/Δt. В школьных заданиях часто спрашивают скорость именно по одному веществу; тогда дополнительное деление не требуется.
Подробности: понятия и примеры
- Уравнение
- 2NO + O₂ → 2NO₂
- Расход NO
- 2 условные порции за интервал
- Расход O₂
- 1 условная порция за интервал
- Образование NO₂
- 2 условные порции за интервал
Скорости изменения концентраций связаны коэффициентами уравнения. Всегда уточняют, по какому веществу измерена скорость.
Пример с единицами и проверкой
За 20 с концентрация O₂ снизилась с 0,50 до 0,30 моль/л. Δc = 0,30 − 0,50 = −0,20 моль/л, поэтому v(O₂) = −(−0,20)/20 = 0,010 моль/(л·с). В реакции с NO за тот же интервал концентрация NO уменьшится на 0,40 моль/л, если кислород расходуется только на эту реакцию.
- Изменение O₂
−0,20 моль/л
- Время
20 с
- Скорость по O₂
0,010 моль/(л·с)
- Скорость по NO₂
0,020 моль/(л·с)
Средняя скорость образования NO₂ будет 0,40/20 = 0,020 моль/(л·с). Проверка: 0,010 × 20 = 0,20 моль/л возвращает исходное изменение кислорода. Если время дано в минутах, для ответа в секундах его сначала умножают на 60, а не меняют числитель.
Расчёт скорости требует согласованных единиц концентрации и времени. Обратное умножение на время помогает проверить ответ.
Шесть выводов
Тест по параграфу10 вопросов · 4 варианта · один правильный · 0,5 балла за ответ · максимум 5
Учебный источник и иллюстрации
Основа: предоставленный учебник «Химия, 11 класс», § 20. Материал переработан и дополнен разъяснениями; источник: 11 класс. Химия — § 20. Скорость химических реакций.pdf. Указаны условия реакций, единицы величин и границы применимости моделей. Числовые примеры решены по шагам.
Иллюстрации загружаются непосредственно с Wikimedia Commons; авторы и лицензии указаны под изображениями. Схемы и обучающие модели созданы для этого конспекта.
OpenStax: Chemistry 2e