Номер 3, страница 288 - гдз по химии 11 класс учебник Еремин, Кузьменко

Параграф 61. Скорость химической реакции. Закон действующих масс. Глава 6. Теоретическое описание химических реакций - номер 3, страница 288.

Условие.

3. Что такое элементарная реакция; механизм реакции?

Решение.

Решение 2.

Элементарная реакция

Элементарная химическая реакция — это реакция, которая протекает в одну стадию. В ходе этой стадии происходит единичный акт превращения реагирующих частиц (атомов, молекул, ионов) в продукты реакции при их столкновении. Элементарные реакции не имеют промежуточных стадий и промежуточных продуктов.

Уравнение элементарной реакции отражает реальный процесс, происходящий на молекулярном уровне. Количество частиц, участвующих в элементарном акте, называется молекулярностью реакции. По молекулярности элементарные реакции делятся на:

• Мономолекулярные — в реакции участвует одна частица (например, распад молекулы). Пример: разложение озона $O_3 \rightarrow O_2 + O$.
• Бимолекулярные — в реакции участвуют две частицы (сталкиваются две одинаковые или разные молекулы). Это наиболее распространенный тип. Пример: $NO + O_3 \rightarrow NO_2 + O_2$.
• Тримолекулярные — в реакции участвуют одновременно три частицы. Такие реакции очень редки, так как вероятность одновременного столкновения трех частиц в одной точке мала. Пример: $2NO + O_2 \rightarrow 2NO_2$.

Ключевой особенностью элементарных реакций является то, что их кинетическое уравнение (закон действующих масс) можно записать непосредственно из стехиометрического уравнения. Для элементарной реакции вида $aA + bB \rightarrow Продукты$ скорость реакции $v$ выражается как $v = k[A]^a[B]^b$, где $[A]$ и $[B]$ — концентрации реагентов, а $a$ и $b$ — их стехиометрические коэффициенты, которые в данном случае совпадают с порядками реакции по соответствующим веществам.

Ответ: Элементарная реакция — это химическое превращение, которое осуществляется в один акт столкновения реагирующих частиц, то есть в одну стадию.

Механизм реакции

Большинство химических реакций, которые мы записываем в виде суммарных (брутто) уравнений, на самом деле являются сложными и протекают через несколько последовательных или параллельных элементарных стадий. Совокупность этих элементарных стадий, которая детально описывает путь превращения исходных веществ в конечные продукты, называется механизмом реакции.

Механизм реакции включает в себя:

• Полный перечень всех элементарных стадий.
• Указание на все промежуточные вещества (интермедиаты) — частицы, которые образуются в одних элементарных стадиях и расходуются в других. В суммарном уравнении реакции интермедиаты не фигурируют.
• Часто, информацию об относительных скоростях этих стадий.

Сумма всех элементарных стадий механизма должна приводить к общему (суммарному) уравнению реакции.

Например, рассмотрим реакцию образования нитрилфторида:

Суммарное уравнение: $2NO_2 + F_2 \rightarrow 2NO_2F$

Экспериментально установлено, что скорость этой реакции описывается уравнением $v = k[NO_2][F_2]$. Это означает, что реакция не может протекать в одну тримолекулярную стадию (тогда порядок был бы другим). Предложенный механизм состоит из двух элементарных стадий:

1. $NO_2 + F_2 \rightarrow NO_2F + F$ (медленная, лимитирующая стадия)
2. $NO_2 + F \rightarrow NO_2F$ (быстрая стадия)

Самая медленная стадия в механизме реакции называется лимитирующей или скорость-определяющей стадией, так как именно она определяет общую скорость всего процесса. В данном примере это первая стадия, и ее кинетическое уравнение ($v = k_1[NO_2][F_2]$) совпадает с экспериментально наблюдаемым. Атом фтора $F$ является неустойчивым промежуточным продуктом (интермедиатом).

Ответ: Механизм реакции — это детальное постадийное описание химического процесса, представляющее собой последовательность элементарных реакций, через которые исходные вещества превращаются в конечные продукты.