반응 속도 및 요율을 결정하는 방법

일부 반응은 빠르게 진행되고 일부는 느리게 진행됩니다. 반응의 속도는 반응 속도 입니다. , 이는 요금 법률 에 의해 지시됩니다 . 이 기사에서는 반응 속도, 요율 법, 비율 상수 및 반응 순서에 대해 배울 것입니다.

화학 반응의 속도는 반응물, 표면적, 온도, 농도 및 촉매의 성질을 포함하여 많은 요인으로 결정되며 변경되었습니다. 각각의 고유 한 화학 반응에 대해, 요금 법률은 요금 법률 방정식 로 작성 될 수 있습니다. 반응물의 농도가 반응 속도에 어떤 영향을 미치는지 보여줍니다. 는 실험적으로만 요금 법률 만 결정할 수 있다는 점에 유의하는 것이 중요합니다 !

요율 법은 무엇입니까? 요율 법 방정식

반응 속도 반응물이 얼마나 농축 된 지에 따라 달라질 수 있습니다. 화학 반응의 비율 법칙은 반응에서 반응물의 농도와 반응 속도 사이의 관계를 설명하는 방정식입니다. 표준 형태에서 rate Law Requation

로 작성되었습니다

r = k [A] [B]

r은 반응 속도이며, 농도/시간으로 표현 된 반응 속도 (일반적으로 m/s =콜라 리티/초)
k 특정 속도 상수입니다
A와 B는 M (용질/리터의 용액 몰)로 발현 된 몰 농도의 반응물이다.
n 및 m 반응의 순서

이러한 각 구성 요소를 분해합시다.

반응 속도

r = k [A] [B]

앞에서 언급했듯이 반응 속도는 많은 요인에 의해 영향을받습니다. 이것이 각 화학 반응에 고유 한 속도 법칙을 갖는 이유입니다. 각 반응은 반응 속도에 영향을 미치는 다른 실험 조건뿐만 아니라 다른 반응물 세트를 가지고 있습니다.

반응 속도는 반응이 시간이 지남에 따라 진행됨에 따라 형성되는 생성물의 농도로 정의되므로 일반적으로 어금니/시간으로 초 (m/s)로 표현됩니다.

특정 속도 상수

r = k [A] [B]

모든 반응은 속도 방정식에서 고유 한 일정합니다. 특정 속도 상수 ( k )는 각 실험 반응에 고유 한 비례 상수입니다. 이는 그 값이 온도와 같은 반응 속도를 변경하는 실험의 다른 요인에 의존한다는 것을 의미합니다. 반응에 사용 된 것과 동일한 화합물이 있더라도 k 다른 속도 변경 요소가 변할 때 변경 될 수 있습니다.

또한, 특정 속도 상수의 단위는 반응의 순서에 의존한다. 이것은 나중에 더 자세히 논의 될 것입니다.

반응물의 몰 농도

r = k [a] [b]

속도 법칙은 반응 속도를 결정하기 위해 반응물의 몰 농도를 사용합니다. 전형적으로, 반응물의 농도가 증가하면 반응의 속도가 증가한다. 왜냐하면 서로 충돌하고 서로 반응하는 분자가 있기 때문이다.

"[a]"표기법은 "반응물의 어금니 농도 a"로 읽습니다.

반응물의 농도는 몰비리티 (M)의 단위 또는 용액/리터의 용액을 갖는다.

반응물의 순서 및 반응

r = k [A] [B]

반응물의 순서는 반응물의 농도가 속도 법 방정식에서 상승하는 힘이다. 순서는 수학적으로 반응물의 농도가 요율 법에 어떤 영향을 미치는지 보여줍니다.

가장 간단한 버전의 요금 법 방정식, r = k 부터 시작하겠습니다. [A]

순서가 1 또는 n =1 인 경우, 이는 반응물 A의 농도와 반응 속도 사이의 관계가 직접 비례 함을 의미합니다. A가 증가하면 R은 비례 적으로 증가합니다. 두 배의 경우 r도 복용합니다.

순서가 2 또는 n =2 인 경우, 이는 반응 속도가 square 에 직접 비례 함을 의미합니다. 반응물 A.의 농도 중 A가 증가하면 R이 증가하지만 비례하지는 않습니다. 예를 들어, 두 배의 경우 r은 4 배가됩니다 ([2a] =4a.

이기 때문에

순서가 0 또는 n =0 인 경우, 이는 반응 속도가 반응물의 농도 변화에 의해 영향을받지 않음을 의미합니다. 이 은 이 아닙니다 반응물이 필요하지 않음을 의미합니다. 반응물은 여전히 반응에서 필요하지만 반응물의 양은 반응 속도에 영향을 미치지 않습니다.

반응의 총 순서 반응물의 모든 순서의 합계, n + m.

요율을 결정하는 방법

요금 법을 결정하라는 요청을받을 때 볼 수있는 두 가지 주요 질문이 있습니다. 첫 번째 유형은 초등학교 단계에서 요금 법을 찾도록 요청합니다. 두 번째 유형은 다른 반응물 농도와 반응 속도를 가진 다른 실험을 나열하는 표에서 요율 법을 찾도록 요청합니다.

때로는 중간과의 반응에 대한 요금 법을 찾아야합니다. 이를 위해서는 속도 결정 단계를 찾아야합니다.

초등학교 단계

많은 반응에서 화학 방정식은 반응 과정을 과도하게 단순화합니다. 일반적으로 반응물에서 제품으로 얻기 위해 발생하는 많은 중간 반응 또는 기본 단계가 있습니다.

예를 들어, 방정식 번호 2 (g) + Co (g) → 아니오 (g) + Co ₂ (g)는 일련의 2 가지 기본 단계입니다.

no 2 + no 2 → 아니오 ₃ + 아니요 [느린]
no 3 + CO → NO ₂ + Co ₂ [빠른]

계단을 함께 추가하면 다음과 같이 얻을 수 있습니다. no 2 + no 2 + no 3 + CO → NO ₃ + no + no ₂ + Co ₂ .

no 3 및 NO 2 방정식의 양쪽에서 취소되므로 원래 방정식이 남아 있습니다.

이러한 문제에서는 일반적으로 초등학교 단계와 각 단계의 속도가 부여됩니다. 예를 들어 위에 제공된 방정식에서 1 단계는 느린 단계이며 2 단계는 더 빠릅니다. 느린 단계는 속도 결정 단계 로 사용됩니다 - 반응 속도가 가장 느린 단계만큼 빠르게 진행될 수 있기 때문에. 반응물을 사용하여 요금 결정 단계를 사용하여 요율 법을 작성합니다.

r = k [no 2 ] [no ₂ ] 또는 r = k [no 2 ]

요율 법에는 CO (원래 화학 방정식의 두 번째 반응물)가 포함되지 않습니다. CO가 느린 속도 결정 단계에서 CO가 사용되지 않기 때문에 반응 속도에 영향을 미치지 않기 때문입니다.

테이블에서

표에서 비율 법을 결정하려면, 반응물의 몰 농도의 차이가 각 반응물의 순서를 파악하기 위해 반응 속도에 어떤 영향을 미치는지 수학적으로 계산해야합니다. 그런 다음 반응 속도 및 반응물 농도의 값을 연결하여 특정 속도 상수를 찾습니다. 마지막으로, 특정 요율 상수와 반응물 주문을 연결하여 요율 법을 다시 작성하십시오.

주어진 테이블은 반응의 다른 테스트를 나열합니다. 각각의 다른 테스트마다 다른 농도의 반응물이 있고 결과적으로, 그 시험의 반응 속도는 다릅니다. 실험의 데이터 테이블의 예는 다음과 같습니다. 2HI (g) → H ₂ (g) + i ₂ (g)

테이블 읽기

실험에서, 요오드화 수소는 반응물이고, h ₂입니다. 그리고 i ₂ 제품입니다. 표에서, 당신은 동일한 반응의 3 가지 실험이 다양한 농도의 HI와 함께 실행되었음을 알 수 있습니다. 각각의 실험에서, 다른 농도의 HI의 결과로 반응 속도가 달랐다.

표

를 사용한 요율 법을 결정하십시오

반응물의 순서 찾기

실험 1에서 2로 이동하면 HI 농도가 두 배가 된 것을 볼 수 있습니다 (0.015 x 2 =0.030). 결과적으로 (동일한 실험 사이), 반응 속도는 4 배 (1.1 x 10 x 4 =4.4 x 10). 이것으로부터, 당신은 [hi]의 순서가 2 여야한다는 것을 알고 있습니다. 그 이유는 [2hi] =4hi이므로 x =2입니다. 다시 말해서, 2 =4.

입니다.

실험 1과 3을 사용 하여이 결과를 확인할 수 있습니다. 이 테스트들 사이에서, HI 농도는 3 배가되었다 (0.015 * 3 =0.045). 결과적으로, 반응 속도에 9 배 (1.1 * 10 * 9 =9.9 * 10)를 곱 하였다. 3 =9 이후 [Hi]의 순서가 2라는 것을 알고 있습니다.

수학적으로 동일한 프로세스를 사용하여 다음 방정식에 값을 연결하여 반응물 주문을 찾을 수 있습니다.

이 방정식에서는 기본적으로 요금 법률 방정식의 비율을 사용하고 있습니다 (r = k [a] [b]) 반응물의 순서를 찾는다. 위의 표에서 값을 연결하면 다음과 같이받습니다.

(4.4 * 10 m/s)/(1.1 * 10 m/s) = k [0.030 m]/ k [0.015 m]

4 =2, n =2로 단순화합니다. 예상대로, 이것은 이전에 계산 한 순서와 동일합니다.

특정 속도 상수 찾기

이제 반응물의 순서를 알았으므로 요금 법률을 작성하기 시작할 수 있습니다. 먼저, 순서를 요금 법률 방정식에 꽂습니다.

r = k [HI]

이제 k 을 찾아야합니다 , 특정 속도 상수. k 을 기억하십시오 이 실험 과이 반응에 독특합니다. 실험의 값을 방정식에 연결하면 k 을 찾을 수 있습니다. . 실험 1에서 값을 연결하면 다음을 얻습니다.

1.1 * 10 m/s = k [0.015 m]

k =4.9 ms

따라서이 실험의 최종 요금 법은 다음과 같습니다. r =4.9 ms [hi]

특정 속도 상수에 대한

단위

앞에서 언급 한 바와 같이, 특정 속도 상수의 단위는 반응 순서에 의존한다. 명심하십시오 :

반응 속도의 단위는 m/s
반응물의 순서는 방정식의 오른쪽에있는 단위를 변경합니다

위의 예에서는 1.1 * 10 m/s = k [0.015 m], 방정식의 오른쪽을 확장하면 1.1 * 10 m/s = k (0.000225 m). 분리하기 위해 k , 당신은 방정식의 양면을 0.000225m로 나누어 k 을 얻을 수 있습니다. =(1.1 * 10 m/s)/(0.000225 m). k 의 단위 MS가됩니다.

그러나, 또 다른 (별도의 관련이없는) 예에서는 요금 법이 4.5 * 10 m/s = k 인 경우 [0.034 m] [0.048 m], k 의 단위 다를 것입니다. 이 경우 방정식의 오른쪽을 확장하면 오른쪽에 m의 단위가 제공됩니다. 분리 k , k 의 단위 (m/s)/m 또는 ms.

입니다

보시다시피, 각 반응물의 순서는 특정 속도 상수의 단위에 영향을 미칩니다.

요율을 결정하기위한 질문

초등학교 단계

반응 메커니즘 기본 단계를 감안할 때 다음 반응에 대한 요율 법을 작성하십시오. (g) + f ₂ (g) → 2no 2 f (g)

no 2 + f ₂ → 아니오 ₂ f + f (느린)
f + no 2 → 아니오 ₂ f (빠른)

설명 :1 단계는 느린 단계 이므로이 반응의 속도 결정 단계입니다. 반응물을 요금 법 방정식에 연결하여 요금 법을 작성하십시오.

답 :r = k [no 2 ] [f ₂ ]

테이블에서

실험	[hi] (m)	속도 (m/s)
1	0.015	1.1 * 10 m/s
2	0.030	4.4 * 10 m/s
3	0.045	9.9 * 10 m/s

설명 :

시작하려면 방정식에 대한 요율 법을 작성하십시오. r = k [A] [B]

반응물의 순서 찾기

테이블에서 볼 수 있듯이 실험 1과 2 사이에 B의 농도는 변경되었지만 A의 농도는 A의 순서를 찾는 데 유용하지 않을 것입니다. 그러나 실험 1과 3 사이의 농도는 변경되지 않았지만 B의 농도는 변경되지 않았지만 A의 순서는 완벽하지 않기 때문에 A의 농도를 찾는 데 유용하지 않을 것입니다.

테이블에서 값을 연결하면 다음을 얻을 수 있습니다.

(7.2 * 10 m/s)/(8.0 * 10 m/s) =( k [3.6 m] [2.4 m])/( k [1.2 m] [2.4 m])

보시다시피, 방정식의 오른쪽에서 k [b] 값은 상쇄되어 [a]를 분리합니다. 방정식을 단순화하면 다음을 얻습니다.

9 =3, 그래서 n =2. [a]의 순서는 2 입니다. .

이제 반응물 B의 순서를 찾아 봅시다. 앞에서 언급했듯이 실험 1과 2 사이에 [b]의 변수는 유일한 변수가 변경되기 때문에 분리됩니다.

(4.0 * 10 m/s)/(8.0 * 10 m/s) =( k [1.2 m] [1.2 m])/( k [1.2 m] [2.4 m])

다시, k [A] 값이 상쇄됩니다. 방정식을 단순화하면 다음을 얻습니다.

1/2 =(1/2)이므로 m =1. [b]의 순서는 1입니다.

*참고로, 방정식을 사용하지 않고 표의 값을 비교하여이를 수행 할 수도 있습니다. 실험 1과 2 사이에서 [B]가 절반으로 반응하여 반응 속도도 절반으로 반응 하였다. 따라서, 당신은 B의 농도가 반응 속도에 직접적으로 영향을 미치고 B의 순서는 1이라는 것을 알고 있습니다.