ПЕДАГАГІЧНАЯ СКАРБОНКА
Химия · 11 класс · § 20
Открываем, наблюдаем, объясняем

§ 20. Скорость химических реакций

Как прочитать скорость на графике и сравнить расход разных участников реакции?

Обучающая модель4 смысловых раздела10 вопросов
Главный вопрос

Как прочитать скорость на графике и сравнить расход разных участников реакции?

Исследуем вместе

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.

01

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.

ВеличинаСмыслЕдиница
cКоличество в объёмемоль/л
ΔcКонечная минус начальная концентрациямоль/л
ΔtДлительность интервалас
vИзменение концентрации за времямоль/(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.

02

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.

  1. Выбираем две точки

    Задаём начало и конец интервала

  2. Считаем Δc

    Вычитаем концентрации

  3. Считаем Δt

    Вычитаем моменты времени

  4. 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.

Горение магния

Горение магния сопровождается ярким светом и образованием оксида магния.

Alvy16 · Wikimedia Commons · CC BY 4.0. Без изменений.

03

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.

Наглядное объяснение

Коэффициенты задают отношения изменений

2NO + O₂ → 2NO₂

Коэффициенты задают отношения измененийРасход NO2 долиРасход O₂1 доляОбразование NO₂2 доли

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.

04

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.

  1. Изменение O₂

    −0,20 моль/л

  2. Время

    20 с

  3. Скорость по O₂

    0,010 моль/(л·с)

  4. Скорость по NO₂

    0,020 моль/(л·с)

Пояснение к ходу решения

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.

Соберём главное

Шесть выводов

01Скорость описывает изменение концентрации за единицу времени. Для расходуемого реагента используют знак минус перед Δc.
02Высота графика показывает концентрацию, а наклон — скорость изменения. Средняя скорость зависит от выбранного интервала времени.
03Скорости изменения концентраций связаны коэффициентами уравнения. Всегда уточняют, по какому веществу измерена скорость.
04Расчёт скорости требует согласованных единиц концентрации и времени. Обратное умножение на время помогает проверить ответ.
05Скорость по отдельному веществу зависит от его коэффициента. Деление на коэффициент даёт согласованную скорость реакции.
06Мгновенную и среднюю скорости различают. Они отвечают на вопросы о конкретном моменте и целом интервале.
Тест по параграфу10 вопросов · 4 варианта · один правильный · 0,5 балла за ответ · максимум 5
1. Среднюю скорость по реагенту считают как…
2. Единица скорости при c в моль/л и t в с…
3. Что показывает высота точки на графике c(t)?
4. Что показывает наклон графика c(t)?
5. При постоянном объёме c(O₂) снизилась с 0,50 до 0,30 моль/л за 20 с. Средняя скорость расходования O₂ равна…
6. В 2NO + O₂ → 2NO₂ скорость расхода NO по сравнению с O₂…
7. Для 2NO + O₂ → 2NO₂ при постоянном объёме и скорости расходования O₂ 0,010 моль/(л·с) скорость образования NO₂ равна…
8. Почему в простом расчёте оговаривают постоянный объём?
9. Средняя скорость относится…
10. Для общей нормированной скорости Δc участника делят также на…

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
↑

Загрузка прогресса…