Определить по этим данным порядок реакции и рассчитать константу скорости.

Решение

а) Проверим две версии: I. реакция имеет первый порядок и II. реакция имеет второй порядок. Линейные формы интегральных уравнений в этих случаях, соответственно, таковы (17.8 и 17.25):

 

I. ln c = ln c0 – kt ; II. 1/c = 1/ c0 + kt . (IV.23,a-б)

 

Таким образом, по мере увеличения t

- в реакциях первого порядка происходит линейное убывание ln c ,

- а в реакциях второго порядка – линейное возрастание 1/c .

б) Составляем по имеющимся данным таблицу:

 

tx , мин 0 3 5 7 10 15
ln c2 –4,6 –4,9 –5,06 –5,2 –5,37 –5,61
(Δln c2) / Δt –0,1 –0,08 –0,07 –0,05 –0,048
(1/c2 ) ∙10–2 1,0 1,35 1,58 1,82 2,16 2,75
Δ(1/c2 ) ∙10–2/ Δt 0,117 0,115 0,112 0,113 0,118

 

в) Видно, что скорость изменения ln c2 (третья строка таблицы) не остаётся постоянной: в конце периода наблюдения она вдвое меньше, чем вначале.

Скорость же изменения 1/c2 (последняя строка) гораздо более постоянна. Значит, зависимость 1/c2 от t – практически линейная. И, следовательно, порядок реакции – второй.

 
 

г) Для нахождения константы скорости возьмём первую и последнюю точки зависимости 1/c от t и будем исходить из формулы (17.25):

 

 

10. Дана реакция разложения аммиака:

2 NH3 → N2 + 3H2 . (IV.25)

Она проходит на горячей вольфрамовой проволоке при температуре Т = 1129 К. Объём и температура системы – постоянны. О скорости реакции судили по изменению общего давления в системе (ΔР):

T, cек
ΔР∙10–2, Па 14,66 29,23 59,70 89,6 117,2

Начальное давление в системе – Po = 266,6 ∙102 Па. Именно от него отсчитаны все приведённые в таблице значения ΔР (т.е. ΔР i = Рi – Po ).

Определить порядок реакции и константу скорости.

Решение

 

а) Из уравнения Клайперона-Менделеева следует, что давление газа прямо пропорционально его (газа) молярной концентрации (3.23):

Р = сRT . (IV.26)

В случае смеси газов это соотношение верно,

-во-первых, для общего давления и общей концентрации,

-а во-вторых, для парциального давления и парциальной концентрации каждого газа.

б) Из уравнения (IV.25) следует, что исчезновение двух молекул аммиака приводит к появлению четырёх молекул азота и водорода. Поэтому общее давление в системе возрастает.

в) Запишем баланс давления и выразим все его компоненты через изменение давления аммиака:

ΔР = ΔР(NH3) + ΔР(N2) + ΔР(H2) =

ΔР(NH3) – 0,5 ΔР(NH3) – 1,5 ΔР(NH3) = – ΔР(NH3) . (IV.27)

 

Таким образом, изменение давления NH3 связано с изменением общего давления простым соотношением:

ΔР(NH3) = – ΔР .

 

Это позволяет проследить, как падает в системе парциальное давление аммиака (на фоне общего роста давления):

Р(NH3) = Po + ΔР(NH3) = Po – ΔР . (IV.28)

 

г) Составим таблицу, включающую рассчитанные таким образом значения Р(NH3), а также ln Р(NH3) (проверка версии о первом порядке реакции) и 1/ Р(NH3) (проверка версии о втором порядке).

 

t, сек 0 100 200 400 600 800
Р(NH3)∙10–2, Па 266,6 251,9 237,3 206,9 177,0 149,4
ΔР(NH3)∙10–2 /Δt –0,147 –0,146 –0,152 –0,150 –0,138
ln Р(NH3) 10,19 10,13 10,07 9,94 9,78 9,61
Δln Р(NH3) /Δ0,01t –0,060 –0,060 –0,065 –0,080 –0,085
[1/ Р(NH3)] ∙105 3,75 3,97 4,21 4,83 5,65 6,69
Δ[1/ Р(NH3)] ∙107/Δt 0,22 0,24 0,31 0,41 0,52

 

д) Видно, что

- скорость изменения величины 1/ Р(NH3) (самая нижняя строка) со временем значительно возрастает,

- скорость изменения величины ln Р(NH3) (третья снизу строка) также обнаруживает явную тенденцию к увеличению (по модулю).

Значит, гипотезы о первом или втором порядке реакции не подтверждаются.

е) Зато достаточно стабильна скорость изменения Р(NH3), т.е. давление (а значит, и концентрация) аммиака линейно зависит от времени. Это соответствует нулевому порядку реакции (рис. 17.1).

Данное обстоятельство вполне объяснимо: рассматриваемая реакция – каталитическая (катализатором служит вольфрамовая проволока), и, по-видимому, её скорость ограничивается в предложенных обстоятельствах исключительно количеством катализатора (доступностью проволоки для молекул аммиака).

ж) Для расчёта константы скорости используем начальную и, например, третью точку (400 с). Предварительно перейдём к молярным концентрациям аммиака:

 

с0(NH3) = P0(NH3) /RT ≈ 2,8410–3 M ; с3(NH3) = P3(NH3) /RT ≈ 2,2010–3 M . (IV.29)

 

Тогда, исходя из формулы (17.3), получаем:

 

k = (c0 – c3 )/ t3 1,6∙10–6 M/c . (IV.30)

11. Дана реакция образования фосгена:

СО + Cl2 COCl2 . (IV.31)

Она происходит при освещении исходной газовой смеси монохроматическим светом с длиной волны λ = 400 нм. В частности, при поглощении лучистой энергии Ефот = 300 Дж образовалось mпрод = 0,1 кг фосгена.








Дата добавления: 2016-03-20; просмотров: 6389;


Поиск по сайту:

При помощи поиска вы сможете найти нужную вам информацию.

Поделитесь с друзьями:

Если вам перенёс пользу информационный материал, или помог в учебе – поделитесь этим сайтом с друзьями и знакомыми.
helpiks.org - Хелпикс.Орг - 2014-2024 год. Материал сайта представляется для ознакомительного и учебного использования. | Поддержка
Генерация страницы за: 0.01 сек.