الدرس الثانى... معدل التفاعل الكيميائى

معــدل التفاعــل الكيميائــي
معدل التفاعـل الكيميائي
يقاس سرعة التفاعل الكيميائي بتغير تركيز المواد المتفاعلة في وحدة الزمن
*-يعبر عن : التركيز بالمول /لتر
: يعبر عن الزمن بالثواني
* أثنـاء التفاعـل الكيميائي
يقيل تركيز المتفاعلات ويزداد تركيز النواتج
تقسيم التفاعلات الكيميائية حسب سرعتها
1-تفاعلات تتم في وقت قصير جدا
AgNO3 + NaCl → NaNO3 + AgCl
2-تفاعلات ذات معدل بطيء نسبيا مثل تفاعل الزيوت مع الصودا الكاوية
3-تفاعلات بطيئة جدا تحتاج لعدة شهور مثل :- تفاعلات صدأ الحديد
* العوامــل التي تؤثـر في سرعـة التفاعــل
1-طبيعة المواد المتفاعلة
2-تركيز المواد المتفاعلة
3- درجة حرارة التفاعل
4-العوامل الحفازة

أولا طبيعة المواد المتفاعلة
 يقصـد بطبيعـة المـواد المتفاعلـة عامـلان هـم :-
1- نـوع التـرابط في المـواد المتفاعلـة نجـد أن :-
*المواد الأيونية
تكون سريعة في تفاعلاتها لأنها تتفكك أيونيا ويكون التفاعل بين الأيونات وبعضها
Na –Cl + Ag-NO3 → AgCl + NaNO3
Na+ Cl- + Ag+ NO3 → Ag+ Cl -+Na+ NO3-
*المركبات التساهمية
تكون بطيئة في تفاعلاتها لأنها لا تتفكك أيونيا وتكون التفاعلات بين الجزيئات مثل التفاعل بين المركبات العضوية
CH3COOH + C2H5OH → CH3COOC2H5 + H2O
علل التفاعلات بين المركبات الأيونية سريعة و التساهمية بطيئة
-التفاعلات في المركبات الأيونية سريعة لأنها تتفكك أيونيا ويكون التفاعل بين الأيونات وبعضها
Na –Cl + Ag-NO3 → AgCl + NaNO3
Na+ Cl- + Ag+ NO3 - → Ag+ Cl - + Na+ NO3-
- التفاعلات بين المركبات التساهمية بطيئة لأنها لا تتفكك أيونيا وتكون التفاعلات بين الجزيئات مثل التفاعل بين المركبات العضوية
CH3COOH+C2H5OH →CH3COOC2H5+H2O
2- مساحة المادة المعرضة للتفاعل أو درجة تجزئتها
تجربــــة
-أضف حجمين متساوين من حمض الهيدروكلوريك المخفف إلى كتلتين متساويتين من الحديد أحدهم على شكل مسحوق والأخرى كتلة واحدة
 الملاحظة
ينتهي التفاعل في حالة المسحوق في وقت أقل من الكتلة الواحدة
الاستنتاج
تزداد سرعة التفاعل كلما ذادت مساحة السطح المعرض له
 علل معدل تفاعل حمض الهيدروكلوريك مع برادة الحديد أسرع من مع قطعة من الحديد
لأنة في حالة برادة الحديد تكون مساحة السطح المعرض للتفاعل أكبر من حالة كتلة الحديد
Fe + HCl→FeCl2 + H 2
علل يستخدم النيكل المجزأ في هدرجة الزيوت بدلا من قطع النيكل
لزيادة مساحة سطح العامل الحفاز المعرض للتفاعل فيزداد معدل التفاعل الكيميائي
علل تفاعل كلوريد الصوديوم مع نترات الفضة لحظي ولكن تفاعل صناعة الصابون بطيء
لان كل من كلوريد الصوديوم مع نترات الفضة مركبات أيونية تتم تفاعلاتها بين الايونات وبعضها ولكن تفاعل مكونات الصابون يكون بين مركبات تساهمية فيكون بين الجزيئات وبعضها
ثانيا تركيـــز المــواد المتفاعلة
كلما زاد عدد الجزيئات المتفاعل ( زاد التركيز ) كلما زاد فرص التصادم وزادت سرعة التفاعل
 قانون فعل الكتلة
عند ثبوت درجة الحرارة تتناسب سرعة التفاعل الكيميائي تناسبا طرديا مع حاصل ضرب التركيزات الجزيئية للمواد المتفاعلة(كل مرفوع لأس يساوى عدد الجزيئات أو الايونات فى معادلة التفاعل الموزونة )
-قانون فعل الكتلة يعبر عن العلاقة بين سرعة التفاعل وتركيز المواد المتفاعلة
- وضعة العالمان النرويجيان جو لدن برج وفاج
علل تزداد سرعة التفاعل الكيميائي بزيادة كمية المواد المتفاعلة
لأنة كلما زاد عدد الجزيئات المتفاعل ( زاد التركيز ) كلما زاد فرص التصادم وزادت سرعة التفاعل
تجربة
أضف كمية من كلوريد الحديد +3 ( لونه أصفر باهت )إلى محلول ثيوسيانات الأمونيوم (عديم اللون ) حتى يصير لون خليط التفاعل أحمر دموى لتكون ثيوسيانات الحديديك
FeCl3 + 3NH4SCN → Fe(SCN)3 +3 NH4Cl
1- أضف مزيد من كلوريد الحد يديك +3 يزداد لون المحلول بالون الأحمر دليل على تكون مزيد من ثيوسيانات الحديد +3
-عندما يتساوى معدل التفاعل العكسي r2 مع معدل التفاعل الطردى r1 فى التفاعل السابق فان التفاعل يكون قد وصل لحالة الاتزان0
*التعبير عن المعدلين للتفاعل العكسي
r1 ]FeCl3[ ]NH4SCN[3
r1 = K1]FeCl3[ ]NH4SCN[3
r2 ]Fe(SCN)3[ ]NH4Cl[
r2 =K2]Fe(SCN)3[ ]NH4Cl[3
-الأقواس المستطيلة [ ] تدل على التركيزات بوحدات مول / لتر
- K1، K2 فهما ثابتا معدل التفاعل الطردى والعكسي على الترتيب وعند الاتزان يتساوى معدل التفاعلين . r2 = r1
K1]FeCl3[ ]NH4SCN[3 = K2]Fe(SCN)3[ ]NH4Cl[3
K1= KC = ]Fe(SCN)3[ ]NH4Cl[3
K2 ]FeCl3[ ]NH4SCN[3
-خارج قسمة K1 / K2 يساوى مقدار ثابت يرمز له بالرمز KC ويعرف بثابت الإتزان
-ثابت الاتزان = حاصل ضرب تركيز النواتج / حاصل ضرب تركيز المتفاعلات
علل يتكون لون أحمر عند إضافة كلوريد الحديد +3 على ثيوسيانات الأمونيوم
بسبب تكون ثيوسيانات الحديد +3
FeCl3 + 3NH4SCN → Fe(SCN)3 + NH4Cl
 علل يزداد اللون الأحمر عند إضافة مزيد من كلوريد الحديد +3 على ثيوسيانات الحد يديك
بسبب تكون مزيد من ثيوسيانات الحديد +3 لأن التفاعل يسير في الإتجاة الطردى الذي يقلل من تركيز كلوريد الحديد +3
FeCl3 + 3NH4SCN → Fe(SCN)3 + NH4Cl
أهمية معرفة قيمة ثابت الاتزان
*-عندما تكون قيمة ثابت الاتزان أقل من الواحد الصحيح
-تعنى أن تركيز النواتج ( فى البسط ) أقل من تركيز المواد المتفاعلة ( فى المقام ) مما يعنى أن التفاعل لا يسير بشكل جيد نحو تكوين النواتج وأن التفاعل العكسى له دور فعال مثال لذوبان كلوريد الفضة فى الماء :
AgCl(s)  Ag+(aq) + Cl-(aq)
Kc= ]Ag+ ] ] Cl- [ = 1.7  10 -10
-قيمة Kc فى التفاعل السابق تدل على عدم قابلية كلوريد الفضة للذوبان فى الماء
*-عندما تكون قيمة ثابت الاتزان أكبر من الواحد الصحيح
- تركيز النواتج اكبر من المتفاعلات
-تعنى أن التفاعل يستمر إلى قرب نهايته . أى أن التفاعل الطردى هو السائد مثال لذلك تفاعل الكلور مع الهيدروجين :
H2(g) +Cl2(g) 2HCl(g), Kc =4.4  10 3
*اذا كانت قيمة ثابت الاتزان تساوى الواحد الصحيح
-تركيز المتفاعلات =تركيز النواتج
-ان معدل التفاعل فى الاتجاة الطردى =معدل التفاعل فى الإتجاة العكسي
ملاحظات :-
1- لا تكتب تركيز الماء أو تركيز المواد الصلبة والرواسب فى حالة حساب ثابت الاتزان حيث أنها تعتبر ذات تركيز ثابت مهما اختلفت كميتها
2- كذلك يعتبر تركيز الماء أو المذيب بوجة عام ثابتا لان قيمتة لا تتغير بدرجة ملموسة
علل لا تكتب تركيز الماء أو تركيز المواد الصلبة والرواسب فى حالة حساب ثابت الاتزان
لأنها تعتبر ذات تركيز ثابت مهما اختلفت كميتها
علل صعوبة ذوبان كلوريد الفضة طبقا للمعادلة
AgCl(s)  Ag+ + Cl - Kc=1.7 x 10 -10
لان قيمة ثابت الاتزان اقل من الواحد الصحيح مما يدل على أن التفاعل العكسي هو السائد
علل صعوبة انحلال كلوريد الهيدروجين طبقا للمعادلة
H2(g) +Cl2(g) 2HCl(g), Kc =4.4  10 32
لان قيمة ثابت الاتزان اكبر من الواحد الصحيح مما يدل على أن التفاعل الطردى هو
السائد
مثال محلول :- اكتب ما يعبر عنة ثابت الاتزان فى التفاعلات الآتية
1-Cu(s)+2AgNO3 (aq)  Cu(NO3)2(aq) + 2Ag (s) [ Kc=3x1015]
2-N2O4(g)  2NO(g) [Kc=0.87]
3-H2O (aq)  H+ (aq) +OH- (aq) [ Kc=10-14]
التفاعل الأول يسير فى الاتجاة الطردى لآن قيمة ثابت الاتزان اكبر من الواحد الصحيح
التفاعل الثاني معدل التفاعل الطردى يقترب من معدل التفاعل العسكى لان قيمة ثابت الاتزان تقترب من الواحد الصحيح
التفاعل الثالث يسير فى الاتجاة العكسى لآن قيمة ثابت الاتزان اقل من الواحد الصحيح

مسائل محلولة
1-عند تفاعل المادة (A) مع المادة (B) لتكوين المواد (C,D) كانت كميات المواد عند الاتزان على الترتيب بوحدات المول 2 ، 2 ، 6,0 ، 6,0 احسب ثابت الاتزان لهذا التفاعل اذا علمت ان حجم وسط التفاعل 2 لتر
A+B  C+D
أولا نوجد تركيز كل منهم
التركيز = عدد المولات / الحجم
- A = 2 = 1 - B = 2 = 1
2 2
-C = 6,0 = 3,0 - D =6,0 =3,0
2 2
Kc =[C][D]= 0.3x0.3 = 0.09
[A][B] 1x1
===================================================
2-من خلال تجارب عملية للتفاعل الاتى أمكن الحصول على البيانات الموضحة فى الجدول فإذا كانت هذة الكميات مقدرة
بالمول / لتر اثبت إن هذة البيانات تحقق قانون فعل الكتلة و ما قيمة ثابت الاتزان
PCl5  PCl3+ Cl2 التجربة التركيز مول /لتر
PCl5 PCl3 Cl2
1 0023,0 23,0 055,0
2 01,0 15,0 37,0
3 085,0 99,0 47,0
نوجد ثابت الاتزان لكل تجربة إذا كانت قيمتة ثابتة فأنة يحقق قانون فعل الكتلة
Kc = [PCl3][ PCl3]
[PCl5]
Kc1= 0.55x0.23 = 5.5
0.0023
Kc1= 0.15 x0.37 = 5.55
0.01
Kc1 = 0.47x0.99 = 5.47
0.085
======================================================
3-:احسب ثابت الاتزان للتفاعل I2+H22HIإذا علمت أن تركيزات اليود والهيدروجين ويوديد الهيدروجين عن الاتزان هى على الترتيب 0.221 ، 0.221 ، 1.563 مول / لتر
ثابت الاتزان Kc = [HI]2 = (1. 5 6 3)2 = 50
[I2 ][H2] 0.22 x 0.221
======================================================
4-يتفاعل اليود مع الهيدروجين فى 400 درجة مئوية لتكوين يوديد الهيدروجين طبقا للمعادلة
H2+I2  2HI اذا علمت ان تركيز اليود والهيدروجين ويوديد الهيدروجين على الترتيب يساوى 22,0، 22,0 ، 562,1 احسب ثابت الاتزان لهذا التفاعل
Kc= [H I]2 = 1.562 x 562 = 50.41
[H2][I2] 0.22x0.22
====================================================
5-يتفاعل حمض الخليك مع الكحول الإيثيلى لتكوين خلات ايثيل وماء طبقا للمعادلة
CH3COOH+C2H5OH CH3COOC2H5+H2O
اذا كان تركيز حمض الخليك =1,0 مول /لتر و الايثانول =1,0 مول /لتر واسيتات الايثيل= 2,0 مول /لتر والماء= 2,0 مول /لتر
K= [ CH3COOH] [H2O] = 0.2x0.2 =4
[CH3COOH][C2H5OH]0. 0.1x0.1
====================================================
6-عند درجة 200 درجة مئوية كان المخلوط المتزن من الهيدروجين ويوديد الهيدروجين محتويا على 88,2 ،92,1 ، 55,19 مول /لتر من هذة المواد احسب ثابت الاتزان لهذا التفاعل
H2+I2  2HI
Kc =[HI2] = (19.55)2 = 69.119
[H2][I2] 2.88x1.92
====================================================
7-تفاعل واحد مول من الايثانول مع واحد مول من حمض الخليك طبقا للمعادلة
CH3COOH+C2H5OH CH3COOH+H2O
وعندما توصلنا إلى حالة الاتزان كان المحلول محتويا على 333,0 من الحمض و333,0 من الكحول و 666,0 من الماء و666,0 من الاستر احسب ثابت الاتزان
K= [ CH3COOH] [H2O] = 0.666x0.666 = 4
[CH3COOH][C2H5OH] 0.333x0.333
====================================================
8-خلط مول من الهيدروجين ومول من اليود عند درجة حرارة معينة احسب ثابت الاتزان لهذا التفاعل علما بان حجم الخليط (1 لتر ) والكمية المتبقية من كل من اليود والهيدروجين عند الاتزان 0.2 مول
H2 + I2  2HI
1 1 0قبل التفاعل
0.2 0.2 2x0بعد التفاعل
Kc=[HI2] = (2x0.8)2
[H2][I2] 0.2 x0.2
====================================================
9-في التفاعل H2+I2  2HI Kc= 55.16 إذا كان تركيز الهيدروجين = 1 × 10 -2 مول /لتر، وتركيز اليود = 1.5 × 10 -3 مول /لتر، وتركيز يود يد الهيدروجين = 5 ×01-3 مول /لتر عند درجة حرارة 425 درجة مئوية هل يكون التفاعل في حالة اتزان أم لا مع التعليل
Q= [HI2] = ( 5 x 10 -3)2 = 16.66
[H2][I2] 1.5x10-3 x1.5 x10-3
التفاعل غير متزن لان قيمة Q لا تساوى قيمة Kc
========================================================
10--سخنت كمية من خامس كلوريد الفوسفور فى إناء سعتة 12 لتر وعند الاتزان وجد أن الإناء يحتوى على 0.21 مول من خامس كلوريد الفوسفور و 0.32 مول من ثالث كلوريد الفوسفور و 0.32 مول من الكلور احسب ثابت الاتزان علما بان وحدات التركيز بالمول /لتر وان المول = جزيء جرامي
التركيز = عدد المولات
الحجم
تركيز خامس كلوريد الفوسفور = 21,0 / 12=0175,0 مول /لتر
تركيز ثالث كلوريد الفوسفور = 32,0 / 12= 02666,0 مول /لتر
تركيز خامس الكلور = 32,0 / 12= 02666,0 مول /لتر
PCl5  PCl3 +Cl2
Kc = [PCl3][ Cl2] = 0.02666 x0.02666 = 0.041 mol/L
[PCl5] 0.0175

11-احسب ثابت الاتزان Kc للتفاعل المتزن الاتى N2O4(g) 2NO2(g) at 25 0C
علما بان تركيز رابع أكسيد النيتروجين 0.213 مول /لتر تركيز ثاني أكسيد النيتروجين 0.0032 مول /لتر
Kc =[NO2]= 0.0032)2 =
[N2O4] 0.213
===========================================================
12-احسب تركيز غاز يود يد الهيدروجين في التفاعل المتزن الاتى(H2+I2  2HI
علما بان تركيز كل من الهيدروجين واليود عند الاتزان = 12 × 10 -3 مول / لتر ، Kc=50.53
Kc= [HI2] / [H2][I2]
50.53 =[HI2] L]/12x10 -3x12x10-3
[HI2]= 50.53 x 12x10 -3x12x10-3
================================================================================
13-احسب تركيز غاز ثاني أكسيد النيتروجين عند اتزان التفاعل علما بان تركيز غاز N2O4 = 0.16 مول / لتر
N2O4 2NO2
Kc = [NO2]2
[N2O4]
4.55 x10 -3 = [NO2]2
0.16
[NO2]2 =4.55 x10 -3 x 0.16 = 0.728 x10 -3
NO2 = 0.728 x10 -3 = 0.0269 m/l
احسب ثابت الاتزان للتفاعل CH3 OH CO2 + 2H2
علما بان تركيز كل من CH3 OH ، CO2 ، H2يساوى على الترتيب 0.05 ، 0.03 ، 0.075 مول /لتر
Kc= [ CO2] [H2]2 = (0.03 ) x ( 0.75)2 = 0.377 x10-2
[CH3 OH] 0.05
====================================================
14-من المعادلتين الآتيتين
CaO (s) +H2 (g) Ca(s) + H2O Kc1 = 67 (1)
CaO (s) +CO (g) Ca(s) + CO2 Kc2 = 490 (2)
احسب ثابت الاتزان للتفاعل الآتي
CO2 + H2 CO + H2O (3)
عند طرح المعادلتين 1، 2 نحصل على المعادلة 3
Kc = Kc1 - Kc2 =67 -490= -423
====================================================
15-احسب ثابت الإتزان للتفاعل الآتى C(s) + CO2 2COعلما بأن تركيز كل من CO2 ، CO تساوى 0.05 ، 0.83 مول / لتر
Kc = [CO]2 = ( 0.083)2
[CO2] 0.05

» الدرس الخامس ... التفاعل الانشطارى
» الدرس الاول ... الحساب الكيميائى
» الدرس الثالث ... الحساب الكيميائى
» الدرس الثانى ... القانون الثانى لنيوتن
» الدرس الثالث ... تأثير درجــة الحـــرارة سرعة التفاعل