Контрольная работа по физколлоидной химии (3 задачи) - файл n1.doc

Контрольная работа по физколлоидной химии (3 задачи)
скачать (182.5 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.doc183kb.20.11.2012 03:52скачать

n1.doc


  1. Определить зависимость теплового эффекта от температуры, вычислить тепловой эффект реакции при заданной температуре t 265єC

2 AgNO3 (тв) = 2Ag (тв) + 2 NO2 (газ) + О2 (газ)
Зависимость теплового эффекта реакции от температуры опрделяется уравнением Кирхгофа:

,

Где ?Ср=??i∙Срi(продуктов) - ??i∙Срi(исходных в.-в) – изменение теплоемкости системы в результате протекания процесса. (?i – стехиометрические коэффициенты в уравнении химической реакции). Если не пренебрегать изменением теплоемкости с температурой, то есть считать, что Ср=а+bТ+сТ2 или Ср=а+bТ+с'/Т2, то уравнение Кирхгофа принимает вид:

,

Где ?а=??i∙аi(продуктов) - ??i∙аi(исходных в.-в)

?b=??i∙bi(продуктов) - ??i∙bi(исходных в.-в)

?с=??i∙сi(продуктов) - ??i∙сi(исходных в.-в)

?с'=??i∙ с'i(продуктов) - ??i∙ с'i(исходных в.-в)

Т1=298К, следовательно =



Или



Из справочника берем данные и заносим в таблицу.

Вещество

, кДж/моль

а

b∙103

с∙106

с'∙10-5

О2

0

31,46

3,39



-3,39

2

33,89

42,93

8,54



-6,74

Аg

0

23,97

5,28



-0,25

АgNО3

-120,7

36,65

189,1





?

309,18

91,96

-347,17

0

-17,37

Тепловой эффект реакции при Т2=0 и Т1=298К вычисляется по уравнению Кирхгофа как:



Зависимость теплового эффекта от температуры получается при записи уравнения Кирхгофа для Т2=Т и Т1=0



Величина теплового эффекта при Т=265єС=273+265=538К вычисляется по полученному уравнению:



  1. На основании кинетических данных, приведенных ниже, рассчитать среднюю и истинную скорости химической реакции (интервал времени и момент времени заданны ниже), определить порядок химической реакции, константу скорости химической реакции дифференциально-расчётным, дифференциально-графическим, интегрально-расчетным, интегрально-графическим методами.

t , мин

С, моль/л

0

900

1800

3180

3900

1

0,83

0,685

0,52

0,44


Скорость химической реакции есть изменение концентрации реагирующих веществ в единицу времени.

Средняя скорость реакции в интервале времени записывается следующим образом:

,

Вычисленные средние скорости занесем в таблицу (табл. 1). В различных интервалах времени средняя скорость химической реакции имеет разные значения; истинная (мгновенная) скорость реакции определяется как производная от концентрации по времени:



Графически истинная скорость химической реакции определяется как тангенс угла наклона кинетической кривой с=f(t)

Построим кинетическую кривую по исходным данным.



Рис.1

По результатам построения касательных в точках с заданными температурами, вычисляем тангенсы углов наклона заносим их в таблицу 1.

Таблица 1

t , мин

С, моль/л

Vср

?*, град

Vист=tаn?

0

1




11,47

-0,202901

900

0,83

0,000189

9,21

-0,162139

1800

0,685

0,000161

7,57

-0,132892

3180

0,52

0,00012

6,78

-0,118885

3900

0,44

0,000111

6,18

-0,108278

* - угол наклона касательной

Для определения порядка реакции можно прибегнуть к графическому представлению функций, описывающих зависимость концентрации от времени. Если при построении зависимости С от t получается прямая, это означает, что реакция – нулевого порядка. Если линейна зависимость lg C от t, имеет место реакция первого порядка. При условии что начальная концентрация всех реагентов одинакова, реакция имеет второй порядок, если линейным является график зависимости 1/С от t, и третий – в случае линейности зависимости 1/С2 от t.

Данные для построения этих графиков внесем в таблицу 2 и построим графики (рис. 2)

Таблица 2

t , мин

С, моль/л

lgС

1/С

1/С2

0

1

0

1

1

900

0,83

-0,186

1,2048

1,4516

1800

0,685

-0,378

1,4599

2,1312

3180

0,52

-0,654

1,9231

3,6982

3900

0,44

-0,821

2,2727

5,1653

Рис.2.

1 – С=f(t); 2 – lgС=f(t); 3 – 1/С=f(t); 4 – 1/С2=f(t)

Из графиков видно, что реакция имеет первый порядок. Таким образом, константу скорости химической реакции можно определить по тангенсу угла наклона прямой lgС=f(t): k=-tg?, то есть k=-tg11, 89є=-0,21

Метод подбора кинетического уравнения заключается в подстановке экспериментальных данных изучения зависимости концентрации вещества от времени в кинетические уравнения различных порядков. Подставляя в приведённые в таблице уравнения значения концентрации реагента в разные моменты времени, вычисляют значения константы скорости. Частный порядок реакции по данному веществу равен порядку того кинетического уравнения, для которого величина константы скорости остаётся постоянной во времени.

Для реакции первого порядка

Для реакции второго порядка

Для реакции третьего порядка

Таблица 3

t , мин

С, моль/л

k

1-й порядок

2-й порядок

3-й порядок

0

1










900

0,83

-0,000207033

0,000227577

0,00025088

1800

0,685

-0,000210187

0,000255474

0,00031421

3180

0,52

-0,000205637

0,000290276

0,00042425

3900

0,44

-0,000210508

0,00032634

0,00053401


Из таблицы видно, что наименьшее изменение k происходит при подстановке значений в уравнение для реакции первого порядка. Следовательно константа скорости химической реакции принимается как среднее между полученными значениями k=-0,000208±1,6∙10-6


  1. По значениям констант скоростей при двух температурах (табл) определить энергию активации, предэкспонециальный множитель, константу скорости химической реакции при температуре Т3, температурный коэффициент скорости реакции

Т1, К

k 1, мин-1*(моль/л)-1

Т2, К

k 2, мин-1*(моль/л)-1

Т3, К

685

659*10-2

716

3,75*10-1

693,2


Зависимость константы скорости химической реакции от температуры выражается уравнением Аррениуса:

,

Где k – константа химической реакции; А – предэкспонециальный множитель; Еа – энергия активации; R – универсальная газовая постоянная, R=3,814 Дж/моль∙К

Таким образом:



Разделим второе уравнение на первое и выразим его в логарифмической форме:



Отсюда выразим Еа:



Энергия активации получилась отрицательной, т.к. скорость химической реакции с повышением температуры снижается.

Предэкспоненциальный множитель А:



Константа скорости реакции при температуре Т3=693,2К:

мин-1/(моль/л)

Для вычисления температурного коэффициента воспользуемся правилом Вант-Гоффа:

,

Где k – константа химической реакции; ? – температурный коэффициент.

подставляя известные значения, вычисляем ?:



Учебный материал
© bib.convdocs.org
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации