Скорость химической реакции и факторы, влияющие на неё

Коротко о главном

Скорость химической реакции показывает, как быстро меняется концентрация реагентов или продуктов во времени. Она зависит от природы веществ, концентрации, температуры, катализатора, площади поверхности контакта (для гетерогенных реакций) и давления (для газов). В задании 18 ЕГЭ обычно требуется определить, во сколько раз и в какую сторону изменится скорость реакции при изменении одного или нескольких условий.

Определения и формулы/правила

Скорость реакции (средняя) для гомогенной реакции:

$$v = \pm\frac{\Delta C}{\Delta t}$$

где $\Delta C$ — изменение концентрации вещества (моль/л), $\Delta t$ — время (с, мин). Знак «+» для продуктов, «−» для реагентов.

Закон действующих масс (для элементарной реакции $aA + bB \rightarrow \text{продукты}$):

$$v = k \cdot [A]^a \cdot [B]^b$$

где $k$ — константа скорости, зависящая от температуры и природы веществ, но не от концентраций.

Правило Вант-Гоффа (влияние температуры):

$$v_2 = v_1 \cdot \gamma^{\frac{T_2-T_1}{10}}$$

где $\gamma$ — температурный коэффициент (обычно 2–4), показывает, во сколько раз возрастает скорость при увеличении температуры на 10 °C.

Фактор	Как влияет на скорость	Пояснение
Концентрация реагентов	Увеличение концентрации → скорость растёт	Больше частиц в объёме — чаще столкновения
Температура	Увеличение температуры → скорость растёт (по правилу Вант-Гоффа)	Растёт доля активных молекул с энергией выше энергии активации
Катализатор	Ускоряет реакцию, не влияя на равновесие	Снижает энергию активации
Ингибитор	Замедляет реакцию	Повышает энергию активации или связывает активные частицы
Площадь поверхности (для твёрдых веществ)	Увеличение площади → скорость растёт	Больше контакта между фазами
Давление (для газов)	Увеличение давления → скорость растёт	Эквивалентно увеличению концентрации газов
Природа реагирующих веществ	Разная реакционная способность	Зависит от строения молекул, типа связей

Важно: твёрдые вещества и растворители не входят в кинетическое уравнение скорости, так как их концентрация практически не меняется (для гетерогенных систем).

Как применять

Пример 1. Как изменится скорость реакции $2NO(г) + O_2(г) \rightarrow 2NO_2(г)$, если концентрацию $O_2$ увеличить в 3 раза, а концентрацию $NO$ оставить неизменной?

Закон действующих масс: $v = k[NO]^2[O_2]$. Увеличение $[O_2]$ в 3 раза даёт увеличение скорости в 3 раза (при неизменной $[NO]$).

Пример 2. Температурный коэффициент реакции $\gamma = 2$. Как изменится скорость при повышении температуры от 20 °C до 50 °C?

$$v_2/v_1 = \gamma^{\frac{50-20}{10}} = 2^3 = 8$$

Скорость увеличится в 8 раз.

Пример 3. Реакция протекает между твёрдым цинком и раствором соляной кислоты: $Zn + 2HCl \rightarrow ZnCl_2 + H_2$. Если цинк измельчить (увеличить площадь поверхности) и повысить концентрацию HCl, скорость реакции возрастёт по двум причинам одновременно: больше площади контакта и больше активных частиц кислоты в единице объёма.

Типичные ошибки

• Забывают, что в кинетическое уравнение не входят концентрации твёрдых веществ (для гетерогенных реакций).
• Путают степени в законе действующих масс со стехиометрическими коэффициентами в общей реакции (для сложных, многостадийных реакций степени определяются экспериментально, а не по уравнению — но в задачах ЕГЭ обычно используют упрощённый подход по коэффициентам элементарной реакции).
• Ошибаются в расчёте показателя степени в правиле Вант-Гоффа: важно правильно вычислить $\frac{\Delta T}{10}$, включая случаи с нецелым результатом.
• Не учитывают, что при разбавлении раствора концентрация всех растворённых веществ уменьшается пропорционально, что влияет на общий множитель скорости.
• Путают понятия «катализатор» и «ингибитор» с изменением теплового эффекта реакции — на самом деле они влияют только на скорость и энергию активации, не меняя $\Delta H$.
• Забывают, что увеличение давления влияет на скорость только для реакций с участием газов.

Где встречается на экзамене

Тема «Скорость химической реакции» — основа задания 18, где требуется определить факторы, влияющие на скорость конкретной реакции, или рассчитать изменение скорости при изменении условий (концентрации, температуры, давления). Также вопросы по кинетике могут встречаться в заданиях на химическое равновесие (принцип Ле Шателье связан со скоростью прямой и обратной реакций) и в комбинированных задачах part 2, где нужно объяснить выбор условий проведения промышленного процесса.