1) Метод.

При использовании первого метода проводят серию экспериментов с различными исходными концентрациями реагента А. (C _А,01 , C _А,02 , C _А,03 )_. Снимая экспериментальную зависимость C _А = f (τ).

Для каждого опыта определяют известными методами начальную скорость реакции.

а) Графический.

б) Аналитический

2) Метод

При использовании второго метода экспериментально определяется зависимость C _i =f (τ) и графически или аналитически рассчитывается скорость химических реакций для разных текущих значений реакций i – ого реагента.

а) Графически.

б) Аналитически

Зависимость скорости химической реакции от температуры. Общее кинетическое уравнение.

Скорость химической реакции обычно растет с повышением температуры. Как показывает опыт при повышении температуры на 10 ⁰ С, скорость химической реакции возрастает в два или более раз.

Для характеристики зависимости скорости химической реакции от температуры был введен температурный коэффициент скорости реакции. Этот коэффициент есть отношение констант скоростей химической реакции при температуре Т = +10 и константе при Т.

Пользуясь температурным коэффициентом можно рассчитать константы скорости химической реакции при различных температурах.

Наиболее точную зависимость скорости химической реакции от Т, предположил Аррениус.

R – газовая постоянная;

Е – энергия активации.

Энергия активации – это тип энергии превышающая энергию нейтральных молекул при которой начинается химическая реакция.

Если разделить переменные и взять неопределенный интеграл, то получим

Если разделить переменные в дифференциальном уравнении 12, а затем потенцировать, получим:

А – предэкспотенциальный множитель, или постоянная Аррениуса.

Используя уравнение (14) скорость химической реакции может быть представлена в виде:

(16) – основной закон кинетики.

В уравнении (16) необходимо определить следующие постоянные величины А, E, n. n – порядок реакции.

На практике эти постоянные величины определяют только экспериментальным путем.

§2 Исследование кинетики гомогенных химических реакций.

Для определения константы скорости энергии активации и порядка химической реакции выполняют эксперименты в два этапа:

1. В начале при постоянной температуре снимают кинетическую зависимость

C _i =f (τ) при Т₁ , C _i,0 , и определяют порядок реакции (n) , k₁ .

2) При Т₂ , C _i,0 = const, снимают кинетическую зависимость C _i =f(τ). Можно получить k₂ .

При Т₃ , C _i,0 = const, снимают кинетическую зависимость C _i =f(τ). Можно получить k₃ .

По экспериментальной зависимости k=f (T), графическим путем ln k = f(1/T) получим энергию активации (Е _акт.) и предэкспотенциальный множитель А.

Исследование гомогенных химических реакций в реакторах периодического действия емкостного типа.

Затем, анализируем полученные экспериментальные данные интегральным и дифференциальным методом.

Интегральный метод анализа кинетической зависимости.

Этот метод анализа заключается в проверке предполагаемого кинетического уравнения интегрированием и последующим сравнением предполагаемой и экспериментальной зависимости. F_(c)=f (τ).

Вообщем этот метод заключается в следующем:

1) Предполагают механизм реакции и записывают соответствующее выражение скорости. Это уравнение в общем случае имеет вид:

2) В уравнении (1) делят переменные

3) Интегрируем левую и правую часть уравнения (2)

Если интеграл первой части уравнения (3) трудно найти аналитически, то можно использовать графический метод. Он заключается в определении площади под кривой.

4)По экспериментальным значениям концентрации компонентов определяют численное значение функции F(Ci) для различных моментов времени. Строим график зависимости F(Ci)=f(τ). Если на графике получена прямая линия «1», проходящая через начало координат, то предлагаемое уравнение «1» согласуется с экспериментальным данным. tgα, который образует эта прямая с осью абсцисс, будет равен константе скорости химической реакции. Если экспериментальные точки не образуют прямую линию, а кривую два, то необходимо испытать другие уравнения пока не будет получено удовлетворительное соответствие. Интегральный метод удобен для анализа простых в кинетическом отношении химических реакций.

Пример 1: Пусть в системе протекает реакция , то

1)Предположим, что по механизмам эта реакция относится к реакциям первого порядка ; 2) Разделим переменные и проинтегрируем: . 3)Интегрируя выражение (5) получим, . 4) Найдем значение F(C_A) из кинетической кривой и строим график.

Таким образом, реакция считается реакцией 1-ого порядка и уравнение (4) адекватно отражает этот процесс. В химической технологии кинетическое уравнение обычно выражают через степень превращения. , тогда уравнение (4) принимает вид: , интегрируя это уравнение получим: (9) эквивалентно выражению (6).

График зависимости , также будет прямая линия проходящая через начало координат.

Пример 2: Реакция второго порядка: , так как реакция второго порядка при одинаковых начальных концентрациях, то уравнение скорости можно записать: 1) ; 2) ; 3) ; 4)

Дифференциальный метод анализа кинетических зависимостей.

Дифференциальный метод заключается в непосредственной проверке дифференциальной формы кинетического уравнения. Для этого по кинетической зависимости C_i = f(τ), определяют все члены уравнения, включающая производную dC_i /dτ. 1) Предполагают механизм реакции и записывают кинетическое уравнение: . 2) По экспериментальной кривой изменения концентрации реагирующих веществ от времени C_i = f(τ), графическим дифференцированием находят значение dC_i/dτ в различные моменты времени и соответствующие этим скоростям значения концентрации C_i .

3) По этим данным вычисляют произведение C_i и строят график зависимости скорости от произведения . . Если получают прямую линию «1», проходящую через начало координат, то это значит, что уравнение скорости 1 соответствует экспериментальным данным, а механизм реакции удовлетворяется настолько, насколько он подтверждается кинетикой процесса. Если график не является прямой, проходящей через начало координат, то следует рассмотреть другой механизм реакции.