Методы определения порядка реакции



 Экспериментально измеряют Среагир.веществ = f (t)            Полученные данные:

1) подставляют в константу скорости реакций 1, 2 и т.д. порядков. Критерий - постоянство k.

2) строят графики:

а) если реакция 1-ого порядка Þ график зависимости в координатах (lg C, t) - прямая линия,

б) если реакция 2-ого порядка Þ график в координатах (1/C , t) Þ прямая линия.

 

Задача 4.

При изучении кинетики термического разложения ацетона, являющегося реакцией первого порядка, в соответствии с уравнением:

СН3СОСН3(г) ® С2Н4(г) + СО(г) + Н2(г)

получены следующие экспериментальные данные при Т = 802 К: давление

в реакторе изменилось от начального р0 = 312 мм. рт. ст. до 408 мм. рт. ст.

за 390 с. Рассчитайте константу скорости реакции.

Решение. Все вещества в системе находятся в газообразном состоянии, и, учитывая условия проведения опыта, предполагаем, что они подчиняются законам идеальных газов. Следовательно, концентрация и парциальное давление газа связаны зависимостью pi=ci×R×T или

 

Отсюда, для реакции I-го порядка                                   и

 

                                              

Если р0 – это начальное давление ацетона в реакционном сосуде, то для решения задачи необходимо определить парциальное давление этого веще­ства к моменту времени, когда общее давление составило 408 м рт.ст.

                                                          = 408

   

Из стехиометрии реакции видно, что 1 моль ацетона, распадаясь, обра­зует 3 моль газа. Из закона Авогадро следует, что при уменьшении парци­ального давления ацетона на Dр сумма парциальных давлений образовав­шихся газов составит 3Dр. Таким образом, можно записать P = p0Dp + 3×Dp

Или 408 = 312 + 2×Dp, Dp = 48 мм рт.ст.

Следовательно, парциальное давление ацетона через 390 с после начала опыта составило 312 – 48 = 264 (мм. рт. ст.).

 

После подстановки в уравнение получим:

 

Задача 5.

При исследовании кинетики реакции распада диметилового эфира были

получены следующие данные:

Время, с (t) 390 777 1195 3150 ¥
Повышение давления, Па (Dр×10-4) 1,28 2,35 3,33 6,23 8,25

Начальное давление диметилового эфира 4,16×104 Па. Рассчитайте поря­док реакции и константу скорости распада диметилового эфира.

Решение. Предположим, что реакция имеет первый порядок:

 

 

 

Вместо концентраций используем давления, тогда получим

 

 

Подставляя соответствующие значения изменения давления со време­нем в полученное уравнение, рассчитаем константу скорости:

 

Константа скорости постоянна в пределах погрешности эксперимента, следовательно, предположение, что реакция является реакцией I-го по­рядка, верно. Отсюда kср = 4,36×10-4 с-1.

Задача 6.

При температуре 100°С константа скорости реакции второго порядка

2НI(г) ® Н2(г) + I2(г) равна 8,83×10-16 л/(моль×с). Определите время полупревращения йоди­стого водорода, если начальная концентрация его равна 1 моль/л.

Совпадают ли молекулярность и порядок реакции? Напишите основное кинетическое уравнение для реакции.

Решение.

Простые (элементарные) реакции протекают в одну стадию. Сложные – суммарный результат протекания нескольких простых реакций

Простые реакции классифицируют по молекулярности. Молекулярность - число молекул, участвующих в элементарном химическом акте, целое число: 1,2, реже 3.

Порядки реакции по веществам определяются экспериментально. В простых реакциях: n = 1, 2 редко 3 и общий порядок равен молекулярости, т.е. порядки реакции по веществам равны стехиометрическим коэициентам.

Т.к. по условию порядок реакции n = 2 и он совпадает со стехиометрическим коэффициентом перед исходным веществом в реакции НI, то реакция 2НI(г) ® Н2(г) + I2(г) элементарная, молекулярность и порядок реакции совпадают: реакция бимолекулярная, порядок n = 2, основное кинетическое уравнение: .простых  реакциях порядки реакции по веществам равны стехиометрическим коэффициентам Þ    закон действующих масс для химической кинетики)

Период полупревращения τ1/2: время, за которое прореагировала половина исходного количества вещества

 

Для реакции второго порядка

период полупревращения обратно пропорционален начальной концентрации (чем больше С0, тем τ1/2 меньше).

Задача 4.

Для реакции первого порядка А ® 2В определите время, за которое

прореагирует 90 % вещества А. Константа скорости реакции k1 = 10-4 с-1.

Решение. После превращения 90 % вещества А его концентрация соста­вит 10% от начальной концентрации, т. е. С = 0,1 с0.

Основное кинетическое уравнение

Кинетическое уравнение реакции первого порядка: .

Решение кинетического уравнения lnC = lnC0 - kt

где С0 – исходная концентрация; С - концентрация в момент времени t                                     

 

Время, за которое прореагирует 90% вещества 

τ =( 1/10-4)ln(C0/0,1C0) = 23026 с = 6,4 ч.

Задача 3.

В реакции А ® В + С с общим порядком, равным единице, константа скорости k1 = 5×10-5 с-1. Определите концентрацию веществ А и В и скорость реакции через 1 час и через 5 часов, если начальная концентрация А составляла 0,2 моль/л.

 

Решение. Для реакции 1-го порядка справедливо уравнение

где с – текущая концентрация вещества в момент времени τ, с0 – начальная концентрация, k – константа скорости, τ – время.

Через 1 час

Через 5 часов

Таблица материального баланса

Компонент А В С
Начальные концентрации Сисх , моль/л 0,2 0 0
Изменение концентраций ∆С, моль/л х= Сисх - С τ х= Сисх - С τ x
В момент времени τ         С τ ,   моль/л 0,2-х x x

Концентрация вещества В находится по стехиометрическому соотно­шению веществ А и В. Из уравнения реакции следует, что концентрация вещества В возрастает на ту же величину, на какую убывает концентрация А, т. к. из 1 моль А получается 1 моль В.

Поэтому через 1 час

Через 5 часов

Рассчитаем скорость реакции по уравнению:

Через 1 час

- через 5 часов

             lgC

           lgCo                                        tga = -   

              

 

 

                                                                                                                              t, с

 


Дата добавления: 2018-02-15; просмотров: 1152; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:






Мы поможем в написании ваших работ!