Кинетика химических и электрохимических процессов

Электрическая проводимость, равновесие в растворах электролитов. Электродвижущие силы, электродные потенциалы. Основы формальной кинетики. Зависимость скорости реакции от температуры. Фотохимические и сложные реакции, формы кинетического уравнения.

Рубрика Химия
Вид методичка
Язык русский
Дата добавления 30.03.2011
Размер файла 224,3 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Обозначим концентрацию А при tmax через [А]max. Тогда [А]max = [А]моль/л; максимальная концентрация промежуточного продукта будет [Р]max = (k1/k2).[А]max = (0,1/0,05).0,249=0,598 моль/л. Примем [А]0 = = 0,001 моль/л; тогда ; ч. Рассчитаем концентрацию Р при t = 69 ч:

[В];моль/л.

Рассчитаем концентрацию продукта [В] через 69 ч: [В] = = [А]0 - [Р] - [А] = = 1 - 0,061 - 0,001 = 0,938 моль/л. Вычислим время tинд, за которое устанавливается концентрация В, равная 0,01 моль/л, по уравнению

[В] = [А]0 ; [В]; (1)

Уравнение (1) решаем относительно tинд методом подбора на основании экспериментальных данных:

tинд, ч

1

2

2,5

3

4

[В], моль/л

0

0,008

0,014

0,018

0,032

Принимаем tинд = 2 ч. Точку перегиба кривой [В] = f(t) находим, используя условие . После дифференцирования и преобразований уравнения [В]=[А]0* полу-чим точку перегиба: или , где tП - координата точки перегиба, которую находим методом подбора для значений индукционных периодов tинд 5, 15, 10, 20 ч. Строим график зависимости х = f(t): х = 2е-0,1t - е-0,05t, откуда х = 0,05 при t = 13,6 ч. Концентрацию [В] в точке перегиба находим по уравнению (2): [В] = = 0,243 моль/л.

6.3 Задачи для самостоятельного решения

1. Для обратимой реакции первого порядка Кр=10, а k1 = 0,2 с-1. Вычислите время, при котором концентрации веществ А и В станут равными, если начальная концентрация вещества В равна 0.

2. Превращение роданида аммония NH4SCN в тиомочевину (NH2)2CS - обратимая реакция первого порядка. Рассчитайте скорости прямой и обратной реакций, используя следующие экспериментальные данные:

t, мин

0

19

38

48

60

?

Доля прореагировавшего NH4SCN, %

2.0

6,9

10,4

12,3

13,6

23,2

3. В параллельных реакциях первого порядка: В А С выход вещества В равен 53%, а время превращения А на 1/3 равно 40 с. Найдите k1 и k2.

4. Реакция разложения вещества А может протекать парал-лельно по трем направлениям:

D А В

C.

Концентрации продуктов в смеси через 5 мин после начала реакции составляли, моль/л: [В]=3,2, [С]=1,8, [D]=4,0. Опреде-лите константы скорости k1k3, если период полураспада ве-щества А равен 10 мин.

5. Реакция разложения вещества А может протекать по трем направлениям:D А В

C.

Концентрации продуктов в смеси через 10 мин после начала реакции составляли, моль/л: [В]=1,6, [С]=3,6, [D]=7,8. Опреде-лите константы скорости k1k3, если период полураспада ве-щества А равен 8 мин.

6. Образец радиоактивного урана массой 100 г распадается по схеме: 239U 239Np 239Pu. (периоды полураспада - 20 и 600 мин). Рассчитайте массы нептуния и плутония: через 20 мин и 20 суток после начала распада. Определите максимальную массу нептуния, которая может быть получена из данного образца урана.

7. Кинетика обратимой реакции А - В измерена при двух значениях температуры. Получены следующие эксперимен-тальные данные:

1) Т = 293 К

t. мин

0

10

20

?

Доля В в смеси, %

2,0

21,5

31,0

39,7

2) Т = 313 К.

t. мин

0

3

9

?

Доля В в смеси, %

2,0

27,1

45,2

50,7

Рассчитайте; а) энергии активации прямой и обратной реакций; б) константы равновесия при двух значениях температуры; в) тепловой эффект прямой реакции.

8. В системе протекают две параллельные реакции: А + В > > продукты (k1) и А + С > продукты (k2). Отношение k1/k2 = 7. Начальные концентрации веществ В и С одинаковы. К моменту времени t прореагировало 50% вещества В. Какая часть вещества С прореагировало к этому моменту?

9. Константа реакции цис-, трансизомеризации бутена-2 при 417 оС равна 8,52.10-7 с-1, Константа равновесия при этой температуре равна 1,14. В начальный момент времени присутствует только цисизомер. Определите время, за которое прореагирует 30% бутена-2.

10. Константа скорости прямой реакции NH4SCN - - (NH2)2CS при 25 оС равна 7,66.10-7 мин-1. Константа равновесия при этой температуре равна 1,30. В начальный момент времени присутствует только роданид аммония. Определите время, за которое прореагирует 40% исходного вещества.

11. При смешении (273 К) раствор содержал 73,2% этилового спирта, 0,677 моль HCOOH и 0,0261% HCl (вода не учитывается). Для исследования кинетики реакции образования формиата при 521 К отбирали в различное время пробы объемом 5 мл и оттитровывали Ba(OH)2. Результаты титрования представлены в таблице:

t, мин

0

50

100

160

220

?

V, мл

43,52

40,40

37,75

35,10

31,09

24,28

Вычислите константы образования k1 и разложения k2 этилформиата в этом растворе и константу равновесия обратимой реакции Кр, если концентрации воды, этанола и ионов водорода постоянны.

12. Образование этилового эфира муравьиной кислоты при 303 К протекает по уравнению реакции первого порядка: HCOOH + C2H6O > HCOOC2H5. Были получены следующие результаты:

t, мин

0

1700

1000

14000

20000

40000

Количество кислоты, см3

29,44

28,59

24,77

23,05

21,28

16,80

Концентрацию кислоты определяли титрованием. Константа обратной реакции k1 = 1,5.10-5 мин-1. Концентрация продукта прямой реакции в начальный момент равна 0. Определите константу прямой реакции.

13. Для реакции между иодистым метилом и раствором диметилпаратолуидина в нитробензоле CH3C6H4N(CH3)2+CH3I H4C6H3CN(CH3)3 получены следующие данные:

t, мин

10,2

26,5

36,0

78,0

x/c0

0,175

0,343

0,402

0,523

Константа равновесия реакции равна 69,8. Начальные концентрации обоих реагентов равны 0,05 моль/л, продукт в процессе реакции отводится. Определите, по какому кинетическому уравнению следует описать кинетическую кривую, и рассчитайте константу скорости реакции.

14. Реакция термического крекинга нефти относится к консекутивной реакции, причем бензин является промежуточным продуктом, распадающимся на газообразные вещества. Определите максимальную концентрацию бензина и время ее достижения при крекинге 1 т нефти, если при 673 К константа образования бензина k1 = 0,283 ч-1, а константа распада бензина k2 = 0,102 ч-1.

15. Покажите, что для реакций А В и А С время, за которое образуется половина количества В (по сравнению с его количеством при t = ?) и время, за которое образуется половина количества С, одинаково, хотя константы k1 и k2 имеют разные значения.

16. Определите периоды полураспада RaB и RaC, связанные генетическим рядом: RaB RaC RaCґ, если существует зависимость изменения концентрации радиоактивных ядер RaB от времени и время, при котором кон- центрации накопленных RaC, RaCґ будут максимальны, фmax = = 35 мин. (опыт проводили с чистыми ядрами RaB).

Число ядер

NRaB

100

70

50

34

17

5

4

2,5

ф, мин

0

10

20

40

50

80

90

100

17. Для последовательной реакции первого порядка

АВС определите максимальную концентрацию промежуточного вещества В и время ее достижения.

18. Для последовательной реакции первого порядка: АВ С начальная концентрация А равна 1 моль/л, k1 = 0,1 мин-1, k2 = 0,05 мин-1. Определите: 1) максимальное значение концентрации промежуточного вещества В и время ее достижения t; 2) концентрации веществ А и С в момент времени t.

19. Для последовательной реакции первого порядка: АВ С начальная концентрация А равна 2 моль/л, k1 = 0,12 мин-1, k2 = 0,05 мин-1. Определите: 1) максимальное значение концентрации промежуточного вещества В и время ее достижения t; 2) концентрации веществ А и С в момент времени t.

ОТВЕТЫ К ЗАДАЧАМ

Тема 1

1. 0,055. 2. 6.10-3 моль/л. 3. I = 0,006; aCa2+ = 6,4.10-3 моль/л; aCl- = а = 1,5.10-2 моль/л. 4. а± = 8,223.10-2; а = 5,56.10-4. 5.-133,15 кДж/моль. 6. 297 К. 7. 5,5.10-6 Ом-1.м-1. 8. 138,3 Ом-1.м2.моль-1. 9. 387,9 Ом-1.см2.моль-1. 10. 0,141 Ом-1.м-1; 0,0141 Ом-1.моль-1.м2. 11. 0,78. 12 К=1,75.10-7 моль/л; рН = 5,29. 13. л- = 0,00763 Ом-1.моль-1.м2; v0- = 7,91.10-8 м2.с-1.В-1. 14. t+ = 0,472; t- = 0,528. 15. 0,0298 г.

Тема 2

1. -126 В. 2. -2,39 В; -2,42 В; -2,45 В. 3. -0,28 В. 4. 0,1 моль/л. 5. 7,6. 6. 1,8.106. 7. 6,5.10-13. 8. -0,4141 В. 9. ДG = = -4,400 кДж/моль; H = 5,348 кДж/моль; ДS = 32,8 Дж/(моль.К). 10. 0,4910 В. 11. 109,99 кДж/моль. 12. -94,25 кДж/моль. 13. Е = 0,968 В; (dE/dT)p = 1/85.10-4 В/К. 14. 0,1287 В. 15. 0,12 В.

Тема 3

1. 0,21 л/с и 0,15 л/с. 2. 0,0045 моль/(л.с); 0.0023 моль/(л.с). 3. 0,15 с-1; 4. 144 мин.; 5. 49 лет. 6. 120 суток. 7. 0,091 мг.; 0,003 мг. 8. 0,018 моль/(л.с); 25 с. 9. 0,043 л.с/моль; 45 мин; 34 мин. 10. 2. 11. 1; 0,0095 с-1. 12. 29,4 ч.; 13. 11,6 лет. 14. 2; 0,0012 моль/(л.с). 15. 0,0037 моль/(л.с); 320 с. 16. 38 мин. 17. 34 мин. 18. 1; 0,018 с-1. 19. 2. 20. 0,0075 моль/л.

Тема 4

1. 70,1 кДж/моль; 0,02264 с-1. 2. 0,58 сек. 3. 3,69.10-17; 4,2.1024. 4. 314,9 кДж/моль; 4,2.1024. 5. 1210 сек. 6. В 10 раз. 7. В два раза. 8. В 43 раза. 9. На 67 0С. 10. 2,6. 11 На 18 0С. 12. При 110 0С. 13. 13,57 мин. 14. 39 0С. 15. 1,9. 16. 85 кДж/моль; 920 кДж/моль. 17. 47 ч. 18. 0,0002. 19. 350 К. 20. 288 К.

Тема 5

1. Е = 663,5 кДж/моль.2. г = 2,1. 3. л = 0,5.10-6м. 4. 2,5.10 Дж/(моль.с). 5. г = 4,8.105. 6. г = 16,6. 8. г = 100. 9. 251 кДж.

Тема 6

1. 3,36 ч. 2. w1 = 0,22 моль/(л.c); w2 = 0,003 моль/(л.c). 3. k1=0,01 c-1; k=0,05 c-1. 4. k1=0,004 c-1; k2= 0,0023 c-1; k3=0,002 c-1. 5. k1=0,024 c-1; k2= 0,021 c-1; k3=0,019 c-1. 6. 21,5 г; 17,6 г; 1,9 г; 0.7 г. 7. Еа,1,2=126,5 и 212,7 кДж; К1,2 = 0,15 и 1,25; -345,4 кДж/моль. 8. 48,1%. 9. 94 с. 10. 220 мин. 11. k1=0,133 c-1; k2 0,096 c-1; K=47,6; 12. k= 1,35 c-1. 13. По уравнению реакции второго порядка. 14. 1,823 кмоль/м3; 1,6 ч.1 6. t1 = 12,5 мин; t2=15,8 мин. 17. 23,3 моль/л; 138 c. 18. 1) 0,347 моль/л; 52 мин; 2) 0,625 моль/л; 0,127 моль/л. 19. 1) 0,237 моль/л; 35 мин; 2) 0,165 моль/л; 0,118 моль/л.

СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Стромберг А.Г., Лельчук Х.А., Картушинская А.И. Сборник задач по химической кинетике: учеб. пособие для хим. техн. спец. вузов / Под ред. А.Г. Стромберга. М.: Высш. шк., 1985. 192 с.

2. Задачи по физической химии: учеб. пособие / В.В. Еремин, С.И. Каргов, И.А. Успенская, Н.Е. Кузьменко, В.В. Лунин. М.: Экзамен, 2003. 320 с.

3. Киселева Е.В. и др. Сборник примеров и задач по физической химии. М.: Химия, 1984. 455 с.

4. Пономарева И.С. Сборник задач по физической химии. М.: Химия, 1965. 200 с.

5. Баталин Т.И. Сборник примеров и задач по физической химии / Киев. ун-т. Киев, 1960. 546 с.

6. Карапетьянц М.Х. Примеры и задачи по электрохимии. М.: Химия, 1974. 301 с.

7. Сборник вопросов и задач по физической химии для самоконтроля: учеб. пособие для вузов/под ред. С.Ф. Белевского. М.: Высш. шк., 1979. 118 с.

8. Краткий справочник физико-химических величин / под ред. А.А. Равделя и А.М. Пономаревой. Л.: Химия, 1983. 231 с.

11. Зайцев О.С. Химическая кинетика к курсу общей химии. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1973. 294 с.

12. Свиридов В.В., Попкович Г.А., Васильева Г.И.. Задачи, вопросы и упражнения по общей и неорганической химии. Минск: Изд-во Белорус. ун-та, 1978. 352 с.

Размещено на Allbest.ru


Подобные документы

  • Реакции, протекающие между ионами в растворах. Порядок составления ионных уравнений реакций. Формулы в ионных уравнениях. Обратимые и необратимые реакции обмена в водных растворах электролитов. Реакции с образованием малодиссоциирующих веществ.

    презентация [1,6 M], добавлен 28.02.2012

  • Определение вида кинетического уравнения, текущих концентраций веществ и начальных скоростей, вида кинетического уравнения и порядков реакции по реагентам, параметров кинетического уравнения. Кинетическое уравнение: проверка адекватности модели.

    курсовая работа [974,0 K], добавлен 15.11.2008

  • Характеристика химического равновесия. Зависимость скорости химической реакции от концентрации реагирующих веществ, температуры, величины поверхности реагирующих веществ. Влияние концентрации реагирующих веществ и температуры на состояние равновесия.

    лабораторная работа [282,5 K], добавлен 08.10.2013

  • Зависимость скорости PGH-синтазной реакции от концентрации гемина, кинетическое уравнение процесса. Константа Михаэлиса и величина предельной скорости реакции. Зависимость начальных скоростей реакции от концентраций субстрата при наличии ингибитора.

    курсовая работа [851,2 K], добавлен 13.11.2012

  • Основные понятия и законы химической кинетики. Кинетическая классификация простых гомогенных химических реакций. Способы определения порядка реакции. Влияние температуры на скорость химических реакций. Сущность процесса катализа, сферы его использования.

    реферат [48,6 K], добавлен 16.11.2009

  • Роль скорости химических реакций, образования и расходования компонентов. Кинетика химических реакций. Зависимость скорости реакции от концентрации исходных веществ. Скорость расходования исходных веществ и образования продуктов. Закон действующих масс.

    реферат [275,9 K], добавлен 26.10.2008

  • Протекание химической реакции в газовой среде. Значение термодинамической константы равновесия. Расчет теплового эффекта; ЭДС гальванического элемента. Определение массы йода; состава равновесных фаз. Адсорбция растворенного органического вещества.

    контрольная работа [747,3 K], добавлен 10.09.2013

  • Предмет термохимии, изучение тепловых эффектов химических реакций. Типы процессов химической кинетики и катализа. Энтальпия (тепловой эффект) реакции. Скорость реакции, закон действующих масс. Константа химического равновесия, влияние катализатора.

    презентация [2,2 M], добавлен 19.10.2014

  • Химическая кинетика-наука о скоростях, механизмах химических превращений, о явлениях, сопровождающих эти превращения, о факторах, влияющих на них. Скорость, константа скорости, порядок и молекулярность химической реакции. Закон химической кинетики.

    реферат [94,9 K], добавлен 26.10.2008

  • Определение содержания химической кинетики и понятие скорости реакции. Доказательство закона действующих масс и анализ факторов, влияющих на скорость химических реакций. Измерение общей энергии активации гомогенных и гетерогенных реакций, их обратимость.

    презентация [100,2 K], добавлен 11.08.2013

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.