Физ.химия / MB_1485_PZ_9TM_kinetika

Продовження табл. 2.1

3	2N2O 2N2 + O2		P 10-3, Па	3,5
	P – сумарний тиск	0	12,000
	T = 938	0,5	12,338
		1,0	12,658
		2,0	13,247
		4,0	14,233
		5,0	14,646
4	2C2H5OH + 2Br2 CH3COOC2H5	0	4,24	12
	+ 4HBr	4	3,14
	3	6	2,49
	z – концентрація брому СBr2 10 ,
		10	2,24
	моль/дм3
	Спирт у великому надлишку	15	1,78
		0	8,14
	T = 298,2
		4	6,10
		10	4,55
		15	3,73
5	2H2O2 O2 + 2H2O	0	22,80	18
	(у водному розчині)	10	13,80
	z – об'єм 0,05 н. розчину KMnO4	15	10,45
	(см3), який пішов на титрування	20	8,25
	проби об'ємом 10 см3	25	6,36
	T = 303,2	30	4,95
6	2F2O 2F2 + O2		P 10-3, Па	75
	P – сумарний тиск	0	4,515
	T = 543	20	4,661
		40	4,787
		100	5,092
		200	5,432
		300	5,659
		400	5,820
7	K2S2O8 + 2KI 2K2SO4 + I2	9	4,52	20
	z – об'єм (мл) 0,01 н. розчину	16	7,80
	Na2S2O3, який пішов на	24	11,47
	титрування 25 см3 проби	32	14,19
	T = 298,2		20,05
8	2O3 3O2		P 10-3, Па	1,33
	P – сумарний тиск	0	17,609
	T = 353	0,5	20,628
		0,83	22,041
		1,17	23,109
		1,50	23,917
		1,67	24,242
		2,00	24,772
9	Розчин N2O5 у CCl4	20	11,4	70
	розкладається з виділенням	40	19,9
	кисню	60	23,9
	z – об'єм О2 (см3) за тиску	80	27,2
	1,013 105 Па	100	29,5
	N2O5 2NO2 + 1/2O2		34,75
	T = 313,2

11

Продовження табл. 2.1

10	C2H5Br(г) C2H4(г) + HBr(г)		P 10-3, Па			3,5
	P – сумарний тиск	0	5,752
	T = 693	0,5	6,179
		1	6,566
		2	7,258
		4	8,366
		5	8,806
11	Розчин H2O2 у присутності	10	3,3			24
	колоїдної платини (каталізатор)	20	5,9
	розкладається з виділенням О2	30	8,1
	z – об'єм О2 (см3)	40	9,6
	T = 353		15,6
12	CH3COOC2H5 + NaOH		a - x		b - x	900
	CH3COONa + C2H5OH	0	0,00980		0,00486
	a – початкова концентрація	178	0,00892		0,00398
	CH3COOC2H (моль/дм3)	273	0,00864		0,00370
	b – початкова концентрація	531	0,00792		0,00297
	NaOH (моль/дм3)	866	0,00742		0,00230
	x – зменшення концентрації	1510	0,00646		0,00151
	вихідної речовини (моль/дм3)	1918	0,00603		0,00109
	T = 291,2	2401	0,00574		0,00080
13	C12H22O11 + H2O C6H12O6		C0/C			8000
	(глюкоза)+ C6H12O6 (фруктоза)	0	1
	C0 – початкова концентрація	1435	1,081
	цукру (C0 = 0,65 моль/дм3)	4315	1,266
	C – концентрація цукру у даний	7070	1,464
	момент часу (моль/дм3)	11360	1,830
	T = 298	14170	2,117
		16935	2,466
		19815	2,857
14	2NO2 2NO + O2		P 10-3, Па			3,5
	P – сумарний тиск	0	5,246
	T = 631	1	5,690
		2	6,005
		2,5	6,130
		3	6,240
		4	6,424
		5	6,570
15	CH3COOC2H5 + NaOH		(a – x)			4000
	CH3COONa + C2H5OH	0	0,0200
	a – початкова концентрація	300	0,0128
	CH3COOC2H5 і NaOH (моль/дм3)	900	0,00766
	x – зменшення концентрації	1380	0,00540
	реагентів (моль/дм3)	2100	0,00426
	T = 293	3300	0,00289
		7200	0,00138

12

			Продовження табл. 2.1
16	N2O5 N2O4 + 0,5O2	0	2,33	2000
	z – концентрація N2O5, моль/дм3	184	2,08
	T = 298	319	1,91
		526	1,67
		867	1,36
		1198	1,11
		1877	0,72
		2315	0,55
		3144	0,34
17	AsH3 (г) As(тв) + 3/2 H2		P 10-3, Па	300
	P – сумарний тиск	0	977,4
	T = 589,2	180	1021
		250	1048
		330	1074
		390	1090
		480	1113
18	CH3COOCH3 + NaOH	0	0,01	20
	CH3COONa + CH3OH	3	0,00740
	z – концентрація лугу (моль/дм3).	5	0,00634
	Вихідні концентрації реагентів	7	0,00550
	однакові	10	0,00464
	T = 298	15	0,00363
		25	0,00254
19	HCNO (г) H2 + CO		P 10-3, Па	250
	P – сумарний тиск	0	49,438
	T = 880	20	70,235
		40	78,779
		100	88,246
		200	92,921
		300	94,921
		400	95,708
20	COOH(CHBr)2COOH	0	12,11	240
	COOHCBr=CHCOOH + 2HBr	100	12,26
	z – об'єм розчину (см3) натрій	160	12,35
	гідроксиду (концентрація якого	214	12,44
	невідома), що пішов на	300	12,55
	титрування проби об'ємом 20 см3	380	12,68
	T = 323,2
21	HCOOH CO2 + H2	0	11,45	800
	(у конц. Розчині H2SO4)	120	9,63
	z – об'єм 0,1 н. розчину KMnO4	240	8,11
	(см3), необхідний для титрування	420	6,22
	проби реакційної суміші, об'єм	600	4,79
	якої 10 см3	900	2,97
	T = 323,2	1440	1,44
22	C12H22O11 + H2O C6H12O6	10	0,08	50
	(глюкоза) + C6H12O6 (фруктоза)	35	0,24
	(у 0,1 н. H2SO4)	60	0,35
	z – концентрація фруктози,	100	0,45
	моль/дм3		0,58
	Т = 323

13

			Продовження табл. 2.1
23	Na2S2O3 + C3H7Br NaBr +	0	37,63	70
	C3H7S2O3Na	18,5	35,20
	z – об'єм (см3) 0,02572 н. розчину	33,5	33,63
	йоду, що пішов на титрування	53,2	31,90
	проби 10 см3. Початкова	84,2	29,86
	концентрація Na2S2O3, який був	123,0	28,04
	взятий у надлишку, дорівнює 0,1	187,2	26,01
	н.
	T = 310,7
24	(C2H5)3N + CH3I (C2H5)3NCH3I	20	0,00876	70
	(у нітробензолі)	30	0,01066
	z – кількість триетиламіну (у	40	0,01208
	моль/дм3), який прореагував за	60	0,01392
	час . Початкові концентрації	75	0,01476
	реагентів однакові і дорівнюють	90	0,01538
	0,0198 моль/дм3
	T = 298,2
25	C6H5N2Cl C6H5Cl + N2	6	19,3	20
	Початкова концентрація	9	26,0
	C6H5N2Cl складає 10 г/дм3.	12	32,6
	z – об'єм азоту (см3), що	14	36,0
	утворився у реакції, за тиску	18	41,3
	1,013 105 Па	22	45,0
	T = 323	24	46,5
		26	48,3
		30	50,4
26	CH3OCH3 (г) CH4 + H2 + CO		P 10-3, Па	4,5
	P – сумарний тиск	0	53,503
	T = 825	1	77,325
		2	96,634
		2,5	104,357
		3	111,162
		5	131,053
27	Реакція інверсії цукрози у 0,1 н.	0	500	450
	Розчині H2SO4	25	482
	C12H22O11 + H2O C6H12O6	115	422
	(глюкоза) + C6H12O6 (фруктоза)	512	236
	z – концентрація цукрози,	1080	103
	моль/дм3	2000	26
	Т = 303
28	CH3COOC3H7 + NaOH	0	15,0	15
	CH3COONa + C3H7OH	10	9,1
	z – концентрація пропілацетату,	28	5,4
	моль/м3	40	4,2
	Т = 293	65	2,9
		90	2,2

14

2.1.1.Приклад розв’язання задачі.

Таблиця 2.2

№	Реакція, метод контролю за ходом реакції				Час i ,				Значення Рi,	1 ,
		(Р), температура (Т)					хв		Па	хв
1		СН3СОСН3(газ) С2Н4+Н2 +СО				0			41590	35
		Р-сумарний тиск:;				6,5			54387
		Т=298				13,0			65050
		V=const				19,9			74915
						25,6			83135
До п.1:			СН3СОСН3(газ) С2Н4+Н2 +СО							(1)
		В момент i=о	Р0	0	0	0
		В момент i	Р0-хi	хi	хi		хi
		Загальний тиск в кожний момент часу дорівнює
		Рi=Р0-хi +3хi= Р0 +2хi; или			xi		Pi P0			(2)
						2

Тоді парціальний тиск вихідної речовини в кожний момент часу з урахуванням (2) дорівнює

P	x	i	P		Pi P0		3P0 Pi	(3)
0			0	2		2

Виходячи з рівняння Мендєлєєва-Клапейрона і з урахуванням (3), отримаємо рівняння

(4) для розрахунку концентрацій вихідної речовини при всіх значеннях :

Сi=	n		P0 xi		3P0 Pi	(4)
	V				2RT
			RT

По рівнянню (4) визначаємо концентрацію вихідної речовини для кожного вказаного моменту часу (табл.2.3) і будуємо графік залежності Сi=f( ) (рис.1)

C, моль/м3
18
16
14
12
10
8
6
0	5	10	15	20	25	30

t, хв

Рис.1 Залежність концентрації вихідної речовини від часу

				Таблиця 2.3
№	, хв	Сi, моль/м3	1/Сi, м3/моль	lnСi
1	0	16,8	0,060	2,82
2	6,5	14,2	0,070	2,65
3	13,0	12,1	0,083	2,49
4	19,9	10,1	0,099	2,31
5	25,9	8,4	0,119	2,13

15

До п.2: Обчислюємо значення lnСi і 1/Сi для всіх моментів часу (табл.2.3) та побудуємо графіки залежності lnСi=f( ) (рис.2а) та 1/Сi =f( ) (рис.2б).

										2D Graph 5
ln С							1/С, л/моль
3.0							0.13
							0.12
2.8
							0.11
2.6							0.10
							0.09
2.4
							0.08
2.2							0.07
							0.06
2.0
0	5	10	15	20	25	30	0.05
			t, хв				0	5	10	15	20	25	30

t, хв

Рис. 2. Залежність концентрації вихідної речовини від часу в лінійних координатах для реакцій 1-го порядку (а) и 2-го порядку (б)

Залежність концентрації вихідної речовини від часу лінійна у координатах lnСi=f( ) (рис.2а). Таким чином, реакція (1) є реакцією першого порядку.

До п.3: Для підтвердження встановленого порядку реакції (1) розрахуємо константи швидкості у різні моменти часу :

k	1	ln	C0	,	(5)
			Ci

де С0-початкова концентрація вихідної речовини при =0, Сi- концентрація вихідної речовини для будь-якого часу.

k		1		ln		16,8		= 0,0259хв-1;		k			1	ln	16,8	=0,0253 хв-1 ;	k			1		ln	16,8	=0,0256 хв-1;
											2							3
1		6,5			14,2							13		12,1						19,9		10,1
k4			1		ln		16,8		=0,0267 хв-1;			kсер=0,0259 хв-1
		25,9
					8,4

Константа швидкості даної хімічної реакції постійна в межах похибки експерименту, тому ця реакція є реакцією першого порядку.

	До п.4:		C		x	kC k(C0 x)	(6)
	До п.5:	С=С0/ек =16,8/е0,0259*35=16,8/2,48=6,77 (моль/м3); х= С0-С=
	= 16,8-6,77 = 10,03 моль/м3						(7)

	До п.6:				ln 2		0,693	26,8(õâ)	(8)
			1/ 2		kcep		0,0259

16

2.2. Завдання 8. Формальна кінетика. Складні реакції 1-го порядку

2.2.1.Завдання 8а. Послідовні реакції

Послідовна реакція першого порядку проходить за схемою

k1 k2

A B C.

Початкова концентрація вихідної речовини А дорівнює [A]0 (табл. 2.4).

Обчислити:

1.Час досягнення максимальної концентрації речовини В ( max)

2.Концентрацію речовини А на час = max.

3.Максимальну концентрацію речовини В (у моль/дм3).

4.Час ( 1), необхідний для досягнення концентрації вихідної речовини А,

рівної [A]1.

5.Концентрації [B] i [C] у момент часу 1.

6.Швидкість першої та другої стадій у момент часу 1.

7.Побудувати графік залежності концентрацій реагентів від часу [A], [B], [C] =

f( ).

						Таблиця 2.4
		Вихідні дані до завдання 8а
Варіант	[A]0, моль/дм3		[A]1, моль/дм3		k1, хв-1	k2, хв-1
1	1		0,1		0,10	0,5
2	1,1		0,2		0,11	0,51
3	1,2		0,85		0,12	0,52
4	1,3		0,2		0,13	0,53
5	1,5		0,4		0,14	0,54
6	2		1,2		0,15	0,55
7	2,2		1,85		0,16	0,56
8	2,4		0,4		0,17	0,57
9	1,51		1,1		0,21	0,58
10	1,52		0,6		0,059	0,032
11	1,53		0,7		0,0505	0,043
12	1,54		0,8		0,54	0,65
13	1,7		0,95		0,122	0,07
14	2,6		0,25		0,125	0,072
15	3		2,4		0,075	0,2
16	4		3,1		0,133	0,074
17	2,05		0,8		0,04	0,107
18	2,1		1,4		0,128	0,06
19	2,2		1,6		0,129	0,075
20	2,5		0,75		0,075	0,105
21	1,2		0,65		0,118	0,08
22	1,21		0,68		0,12	0,081

17

				Продовження табл. 2.4
23	1,22	0,74	0,08		0,13
24	1,23	0,82	0,14		0,83
25	1,5	0,95	0,15		0,16
приклад	1	0,12	0,12		0,56

2.2.1.1.Приклад розв’язання задачі

До п.1. Час досягнення максимальної концентрації проміжної речовини В залежить від співвідношення констант швидкостей k1 і k2 і обчислюється за рівнянням

(9):

				k		2
				ln
	max						k1				(9)
				k2 k1
			0,56
		ln			0,12
max										3,5	(хв.)
		0,56			0,12

До п.2. Концентрацію вихідної речовини А на будь-який момент часу можна обчислити за рівнянням (10):

A A 0 e k1

Обчислимо концентрацію речовини А на час = max:

A	A	e k1 max 1 e 0,12 3,5							0,657
max	0
До п.3. Максимальну концентрацію проміжної
рівнянням (11):
				B			k1	A e k1 max
					max		k2		0
	B			0,12	1 e 0,12 3,5				0,141
	max			0,56

(10)

(моль/дм3)

речовини В обчислюємо за

(11)

(моль/дм3)

До п.4. Час, необхідний для досягнення концентрації вихідної речовини А

рівної [А1], обчислюємо за рівнянням (12):
						1		ln		A 0		(12)
			1							A 1
						k1
					1		ln			1	17,67	(хв.)
	1
			0,12					0,12

До п.5. Концентрації продуктів реакції В і С у будь-який момент часу можна обчислити за рівнянням (13) і (14):

18

				B			A						k1				e k1		e k2				(13)
													k
									0 k			2
													1
	C		A						k		2								k
					1									e k1					1		e k2		(14)
				0				k2 k1										k	2 k1
Концентрація речовини В на момент часу 1=17,67 хв. становить:
	B	1		0,12					e 0,1217,67								e 0,5617,67 0,033 (моль/дм3).
	1			0,56 0,12
Концентрація речовини С на момент часу 1=17,67 хв. становить:
C			0,56				e 0,1217,67										0,12			e 0,5617,67			(моль/дм3)
	1 1																					0,847
1		0,56 0,12													0,56 0,12

До п.6. Швидкість реакції першого порядку обчислюється за рівнянням (15):

= kc, (15)

де k – константа швидкості відповідної реакції,

с – концентрація вихідної речовини відповідної реакції на даний момент часу.

Швидкість першої та другої стадій реакції на момент часу 1обчислимо за рівнянням

(15).

1 = k1[А]1 = 0,12 0,12 = 0,044 (хв-1 моль/дм3)

2 = k2[В]1 = 0,56 0,033 = 0,0185 (хв-1 моль/дм3)

До п.7.Будуємо графік залежності концентрації реагентів від часу [A], [B], [C] = f( ) (Рис. 3).

Для цього обчислюємо [A], [B], [C] у різні моменти часу за рівняннями

(10),(13),(14).

Результати обчислень заносимо до табл.2.5.

Рис.3. Залежність концентрації учасників послідовної реакції від часу

19

						Таблиця 2.5
, хв.	0	2,00	3,50	5,00	10,00		17,67
[A],	1	0,787	0,657	0,549	0,301		0,120
моль/дм3
[B],	0	0,126	0,141	0,133	0,081		0,033
моль/дм3
[C],	0	0,087	0,202	0,318	0,618		0,847
моль/дм3

2.2.2.Завдання 8б. Паралельні реакції

Паралельна реакція першого порядку проходить за схемою

.

Початкова концентрація речовини А дорівнює [A]0 (табл. 2.6), початкові концентрації B, C i D дорівнюють 0. Через певний проміжок часу 1 після початку реакції концентрації А, B і C складають [A]1, [B]1, [C]1 відповідно.

1.Визначити константи швидкості k1, k2 і k3.

2.Розрахувати концентрації компонентів у реакційній суміші для часу .

3.Через який проміжок часу після початку реакції концентрація речовини C

буде складати y (%) від максимально можливої?

4.Визначити час напівперетворення речовини А та швидкості всіх трьох стадій

уцей момент часу.

5.Побудувати графік залежностей [A], [B], [C], [D] = f( ).

						Таблиця 2.6
		Вихідні дані до завдання 8б
Варіант	[A]0,	1, хв	[A]1,	[B]1,	[C]1,		y (%)
	моль/м3		моль/м3	моль/м3	моль/м3
1	150	20	108	16	4		75
2	200	15	54	96	15		60
3	250	20	200	15	28		10
4	300	15	114	75	17		55
5	350	20	54	32	190		90
6	400	15	310	15	20		80
7	450	20	205	100	100		85
8	500	15	85	308	69		45
9	120	50	80	5	15		65
10	130	45	99	4	20		30
11	140	60	30	20	77		55
12	150	90	40	60	15		95
13	160	20	95	10	13		80

20