Добавил:
Берегите себя и своих близких. По всем вопросам - пишите в мой вк, помогу чем смогу. Всем УЗС привет! Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

УЗС-211 1й Семестр / Методичка по кинетике

.pdf
Скачиваний:
15
Добавлен:
22.12.2017
Размер:
787.47 Кб
Скачать

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ (МИИТ)

Кафедра «Химия и инженерная экология»

С.Б. Опалёв, М.В. Фадеев

ХИМИЧЕСКАЯ КИНЕТИКА. КИНЕТИЧЕСКОЕ УРАВНЕНИЕ ГОМОГЕННОЙ РЕАКЦИИ

Методические указания к лабораторной работе по дисциплине «Физическая химия»

с использованием компьютерной измерительной системы «L-Микро»

Москва - 2017

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ (МИИТ)

Кафедра «Химия и инженерная экология»

С.Б. Опалёв, М.В. Фадеев

ХИМИЧЕСКАЯ КИНЕТИКА. КИНЕТИЧЕСКОЕ УРАВНЕНИЕ ГОМОГЕННОЙ РЕАКЦИИ

Рекомендовано редакционно-издательским советом университета в качестве методических указаний к лабораторной работе по дисциплине «Физическая химия» для студентов направления «Техносферная безопасность»

Москва - 2017

2

УДК 543

О152

Опалёв С.Б., Фадеев М.В.

Химическая кинетика. Кинетическое уравнение гомогенной реакции:

Методические указания к лабораторной работе по дисциплине «Физическая химия» с использованием компьютерной измерительной системы «L-

Микро». – М.: МИИТ, 2017. – 23 с.

© МГУПС (МИИТ), 2017

СОДЕРЖАНИЕ

Основные теоретические положения….…………….…………. 4

Задание………………………....………………………………… 13

Экспериментальная часть………………………………………. 13

Обработка и оформление результатов эксперимента………… 17

Контрольные вопросы ……………………………...…………....19

Рекомендуемая литература...……..………….…………………..20

Приложения.………………..…………...……………………….. 21

3

ЦЕЛЬ РАБОТЫ:

Познакомиться с ключевыми понятиями химической кинетики, освоить экспериментальные методы определения кинетических параметров реакции на примере реакции окисления иодид-ионов персульфатом:

2I- + S2O82- = I2 + 2SO42-.

ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

I. Скорость реакции

Скорость гомогенной химической реакции в растворе определяется изменением количества вещества за единицу времени в единице объема. Мгновенная (истинная) скорость:

,

средняя:

.

Знак плюс используют, если скорость определяют по изменению количества одного из продуктов реакции, а минус

– по одному из исходных веществ. Если в реакции участвует или образуется несколько веществ, то скорость можно выражать через концентрацию любого из них, так как концентрации остальных веществ связаны с ней

стехиометрическими соотношениями:

 

aA + bB + … = zZ + yY + …

(1)

где:

 

A, B, Z, Y, … - исходные вещества и продукты реакции;

4

a, b, z, y, … - стехиометрические коэффициенты.

С течением времени скорость реакции постоянно изменяется, так как постоянно изменяются концентрации исходных веществ, могут изменяться температура, давление в реакционной системе и другие факторы, оказывающие влияние на процесс. Мгновенную скорость в определенный момент времени определяют графическим способом по кинетической кривой (рисунок 1).

c

v1 = tgα

α

t1

t

 

 

Рисунок 1 – Кинетическая кривая для продукта реакции

Строят график зависимости с = f(t), проводят касательную к графику в момент времени t1, мгновенная скорость соответствует тангенсу угла наклона касательной к оси времени v1 tgα.

5

II. Механизм реакции

Большинство химических реакций протекают в несколько стадий, называемых элементарными реакциями. Под элементарной реакцией обычно понимают единичный акт образования или разрыва химической связи. Число частиц, участвующих в элементарной реакции, называют молекулярностью реакции. Встречаются элементарные реакции только трех типов – мономолекулярные, бимолекулярные и тримолекулярные (рисунок 2).

моно-о

би-

три-

Рисунок 2 – Моно-, би- и тримолекулярные реакции

Сложная реакция состоит из нескольких элементарных реакций. Совокупность элементарных реакций называют механизмом сложной реакции. Скорость сложной реакции определяется скоростью самой медленной ее стадии.

6

По уравнению химической реакции нельзя определить, является реакция элементарной или сложной.

III. Кинетическое уравнение реакции

Зависимость скорости реакции от концентрации реагента описывается основным постулатом химической кинетики – законом действующих масс: «скорость химической реакции в каждый момент времени пропорциональна текущим концентрациям реагирующих веществ».

Уравнение, описывающее зависимость скорости химического процесса от концентрации компонентов реагирующей смеси, называют кинетическим уравнением процесса. Для реакции по схеме (1) его можно представить в виде:

,

(2)

где:

k – константа скорости, зависящая от температуры, природы веществ и других факторов;

, , … – молярные концентрации исходных веществ; α, β, … – частные порядки реакции по веществам A, B, …

Для элементарных реакций порядок по веществу совпадает со стехиометрическим коэффициентом (a, b) в уравнении реакции. Для сложных реакций порядок по веществу, в общем случае, не связан с коэффициентами в уравнении реакции (α, β).

7

Сумму частных порядков по веществам называют общим порядком реакции:

(3)

Общий порядок элементарной реакции соответствует сумме коэффициентов перед исходными веществами в уравнении и является целым числом не превышающим трех. Для сложных реакций порядок может быть целым или дробным. В общем виде кинетические уравнения для реакций различных порядков приведены в таблице 1, формы кинетических кривых – на рисунке 3.

Таблица 1 – Кинетические уравнения реакций разных порядков

Общий

Общее

Примеры

Уравнение

 

порядок

кинетическое

кинетических

Примечание

кинетической кривой

реакции

уравнение

уравнений

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Скорость

 

 

 

 

реакции не

0

v = k

v = k

c = c0 - k∙t

зависит от

концентраций и

 

 

 

 

 

 

 

 

является

 

 

 

 

постоянной

 

 

 

 

 

 

 

v = k∙cA

 

Мономоле-

1

v = k∙c

c = c0∙e- k∙t

кулярная или

 

 

v = k∙cB

 

гетерогенная

 

 

 

реакция

 

 

 

 

2

v = k∙c2

v = k∙cA2

c = 1/(c0-1 + k∙t)

-

 

 

v = k∙cA∙cB

 

 

 

 

v = k∙cA3

 

 

3

v = k∙c3

v = k∙cA2∙cB

c = 1/(c0-2 + 2k∙t)0,5

-

 

 

v = k∙cA∙cB∙cD

 

 

8

c

nреакц = 0

 

nреакц = 1

nреакц = 3ц

nреакц = 2

t

Рисунок 3 – Кинетические кривые реакций разных порядков

В рассматриваемой реакции окисления, исходя из стехиометрического уравнения, принимают участие три частицы:

2I- + S2O82- = I2 + 2SO42- .

(4)

Однако, кинетические исследования показывают,

что

эта реакция является не элементарной тримолекулярной, а относится к сложным процессам и состоит из нескольких последовательных элементарных стадий.

Кинетические уравнения для таких реакций определяются на основе экспериментальных данных

IV. Методы определения частных порядков реакции

Определение частных и общего порядков сложных реакций проводят, совместно применяя два метода:

9

Соседние файлы в папке УЗС-211 1й Семестр