Методика решения задач по теоретическим основам химической технологии

Для реакции нулевого порядка в уравнение 1.3.5 подставим

t1/2=

2. Реакции первого порядка. Для реакции первого порядка n=1 типа

А ® Р1+ Р2 + …, скорость прямо пропорциональна концентрации вещества А:

w= width=95 height=43 src="images/referats/13750/image032.png">;

lnCA,t = lnCA,0 – kt

С=СА,t=CA,0 e-kt

t1/2=

3. Реакции второго порядка. Для реакции второго порядка n=2 типа

А + В ® Р1+ Р2 + ., если СА,0=СВ,0 кинетическое уравнение имеет вид

w=;

t1/2

Для реакции второго порядка типа А + В ® Р + … если СА,0 ¹ СВ,0 кинетическое уравнение имеет вид

w=

Периоды полураспада вещества А и В, если СА,0 ¹ СВ,0, различны,

т.е. t1|2 (A)¹ t1|2 (B).

4. Реакции третьего порядка. Кинетика реакции третьего порядка n=3 типа

2А + В ® Р1+ Р2 + … 3А ® Р1+ Р2 + …, А + В + С ® Р1+ Р2 + …

при равных начальных концентрациях описывается уравнением

w=

t1|2=

Для реакции А + В + С ® Р + …,если СА,0 ¹ СВ,0¹СС,0 кинетическое уравнение примет вид

w=

II. Выражение (1.3.1) записано для фиксированной температуры. Для приближенной оценки изменения скорости широко используется эмпирическое правило Вант-Гоффа, в соответствии с которым скорость химической реакции становится в 2-4 раза больше при повышении температуры на каждые 10°C. В математической форме зависимость изменения скорости реакции от температуры выражается уравнением

(1.3.4)

— скорость реакции при повышенной температуре Т2,

- скорость реакции при начальной температуре Т1; γ —температурный коэффициент скорости, показывающий, во сколько раз увеличится скорость реакции при повышении температуры на 10°С (2-4). Это позволяет предположить, что между скоростью реакции и температурой должна существовать экспоненциальная зависимость. Точное соотношение между скоростью реакции и температурой установил шведский химик Аррениус в 1899 г. Это соотношение, получившее название уравнение Аррениуса, имеет вид

(1.3.5)

где k – константа скорости реакции; А — постоянная, характеризующая каждую конкретную реакцию (константа Аррениуса, или «предэкспонента»);

Еa — постоянная, характерная для каждой реакции и называемая энергией активации, Дж; R — универсальная газовая постоянная Дж/(К*моль);

Т — температура, К.

Подчеркнем, что это уравнение связывает температуру не со скоростью реакции, а с константой скорости. Приведем уравнение Аррениуса для двух температур

III. Одно из наиболее сильных средств влияния на скорость реакции — присутствие в реагирующей системе катализатора - вещества, которое усиливают (а иногда и понижают - тогда его называют ингибитором) скорость химической реакции, но само не расходуется в этом процессе.

Примеры решения задач

1. Во сколько раз увеличится скорость химической реакции при повышении температуры с 0 до 50°С, принимая температурный коэффициент скорости равным трем?

Решение:

В математической форме зависимость изменения скорости реакции от температуры выражается уравнением

=γ

Температура увеличивается на 50°С, а γ = 3. Подставляя эти значения, получим = 3= 243

Ответ: скорость увеличится в 234 раза.

2. Для реакции первого порядка А→2В определите время за которое прореагировало на 90% вещества А. Константа скорости реакции 1*10-4 с-1.

Решение:

А →2В

; ;

C0,A- CA=0,9 C0,A

CA = 0,1 C0,A

k1t = lnC0,A- lnCA

Ответ: 64 ч.

3. Как изменится скорость реакции 2А+В2 2АВ, протекающей и закрытом сосуде, если увеличить давление в 4 раза?

Решение:

По закону действия масс скорость химической реакции прямо пропорциональна произведению молярных концентраций реагирующих веществ:w=. Увеличивая в сосуде давление, мы тем самым увеличиваем концентрацию реагирующих веществ. Пусть начальные концентрации А и В равнялись [А] =а,

[В]=b. Тогда w=ka2b. Вследствие увеличения давления в 4 раза увеличились концентрации каждого из реагентов тоже в 4 раза и стали [A]=4a, [B]=4b.

При этих концентрациях w1 =k(4а)2 *4b = k64а2b. Значение k и обоих случаях одно и то же. Константа скорости для данной реакции есть величина постоянная, численно равная скорости реакции при молярных концентрациях реагирующих веществ, равных 1. Сравнивая w и w1, видим, что скорость реакции возросла в 64 раза. Ответ: скорость реакции возросла в 64 раза.

4. Энергия активации некоторой реакции в отсутствие катализатора равна

76 кДж/моль и при температуре 27°С протекает с некоторой скоростью k1. В присутствии катализатора при этой же температуре скорость реакции увеличивается в 3,38 • 104 раз. Определите энергию активации реакции в присутствии катализатора.

Решение:

Константа скорости реакции в отсутствие катализатора запишется в виде

= Ае = Ae-30,485.

 Скачать реферат