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 = p0 – Dp + 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: . (В 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! |
Мы поможем в написании ваших работ!