Електрохімія і хімічна кінетика

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.

скачати




Курсова робота

з фізичної хімії

«Електрохімія і хімічна кінетика»

Варіант № 9

Задача 1

Для реакції дана константа швидкості омилення - К. Обчислити час, необхідний для омилення ефіру, взятого в обсязі V 1 і концентрації С 1 (н), якщо для омилення до вказаної кількості ефіру додати:

а) V 1 (м 3) З 1 (н) розчину NaOH;

б) V 2 (м 3) З 2 (н) розчину NaOH;

в) V 3 (м 3) З 3 (н) розчину NaOH

для випадку, коли прореагують 10, 20, 30, ... N% ефіру.

Побудувати графіки залежностей швидкості реакції (ступеня перетворення) від часу. Зробити висновок про вплив вихідної концентрації лугу на швидкість реакції.

До

V1

V2

V3

C1

C2

C3

N

5.31

0.25

0.30

0.20

0.20

0.50

0.15

60

Рішення.

а) Вважаючи зазначену реакцію, реакцією II порядку, висловимо з відповідного кінетичного рівняння час:

(1)

для випадку, коли вихідні концентрації обох реагентів рівні.

Оскільки вихідна концентрація ефіру дорівнює: С 0 = 0,20, то для моментів часу, коли прореагує 10, 20, 30 ... 60% ефіру, його концентрація буде становити:

.

Тоді уявімо ці концентрації у вигляді таблиці:

N,%

10

20

30

40

50

60

Ci

0.18

0.16

0.14

0.12

0.1

0.08

Тоді відповідно час (розрахована за формулою 1), що витрачається на реакцію:

Ci

0.18

0.16

0.14

0.12

0.1

0.08

0.102

0.235

0.404

0.628

0.942

1.412

Ступінь перетворення ефіру дорівнює:

Отримаємо ряд значень ступеня перетворення у відповідні моменти часу:

0.102

0.235

0.404

0.628

0.942

1.412

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

б) У цьому випадку вихідні концентрація і обсяг ефіру неоднакові, тому необхідно скористатися кінетичним рівнянням реакції II порядку для випадку, коли речовини взяті в різних концентраціях:

(2)

де a - вихідна концентрація ефіру;

b - початкова концентрація лугу;

x - кількість прореагировавшего ефіру;

Оскільки загальний обсяг суміші дорівнює V 0 = V 1 + V 2 = 0.25 +0.30 = 0.55, то початкові концентрації ефіру та лугу будуть, відповідно, рівні:

;

.

Тоді: .

Для значень N = 10 ... 60% отримаємо:

N,%

10

20

30

40

50

60

0,0091

0,018

0,027

0,036

0,046

0,055

Підставляючи отримані значення а, b і х в рівняння (2), отримуємо час, необхідний для того, щоб прореагувало кількість ефіру, рівне х:

0,0091

0,018

0,027

0,036

0,046

0,055

0,074

0,16

0,26

0,381

0,529

0,717

Ступінь перетворення ефіру буде дорівнює: ,

тоді:

0,074

0,16

0,26

0,381

0,529

0,717

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

в) Аналогічно, оскільки вихідні концентрації (і обсяги) реагентів не рівні між собою, скористаємося рівнянням (2) для розрахунку часу реакції:

Загальний об'єм реакційної суміші в цьому випадку дорівнює: V 0 = V 1 + V 3 = 0.25 +0.20 = 0.45

Тоді:

;

.

Тоді: .

Для значень N = 10 ... 60% отримаємо:

N,%

10

20

30

40

50

60

0,011

0,022

0,033

0,044

0,056

0,067

Час реакції (згідно з формулою 2):

0,092

0,202

0,337

0,509

0,739

1,073

Ступінь перетворення ефіру буде дорівнює:

, Тоді:

0,092

0,202

0,337

0,509

0,739

1,073

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

За даними розрахованих значень часу і ступеня перетворення для кожного з трьох випадків, побудуємо графіки залежності :

Як видно з графіків і наведених вище розрахунків, найменший час, необхідний на реакцію, досягається при додаванні лугу об'ємом, більшим початкового об'єму ефіру і з концентрацією, більшої концентрації ефіру. Якщо обсяг і концентрація лугу будуть менше обсягу і концентрації ефіру, то на реакцію потрібно більшу кількість часу, при тій же мірі перетворення. Найбільшого ж час потрібно у випадку, коли вихідні концентрації та обсяги луги та ефіру однакові.

Для побудови графіка залежності швидкості реакції від часу, знайдемо швидкість реакції омилення ефіру у відповідні моменти часу, застосовуючи кінетичне рівняння для реакції II порядку:

Отримаємо значення швидкостей:

;

.

СА

0,091

0,082

0,073

0,064

0,055

0,045

0,036

СВ

0,273

0,264

0,255

0,246

0,237

0,227

0,218

0,1319

0,1148

0,0988

0,0836

0,0692

0,0542

0,0417

0

0,074

0,16

0,26

0,381

0,529

0,717

СА

0,111

0,1

0,089

0,078

0,067

0,055

СВ

0,0667

0,0557

0,0447

0,0337

0,0227

0,0107

0,0393

0,0296

0,0211

0,014

0,0081

0,0031

0

0,092

0,202

0,337

0,509

0,739

За даними зведених таблиць, побудуємо графіки залежностей швидкості реакції від часу.

Як видно з аналізу графіків і розрахунків швидкості реакції в кожному з трьох випадків, найбільша швидкість реакції досягається в разі рівних обсягів і концентрацій вихідних реагентів, менша швидкість - у випадку, коли обсяг і концентрація у луги, більше ніж у ефіру, найменша швидкість - при умови, що лугу додається менше, ніж ефіру, і її концентрація менше, ніж у ефіру.

Задача 2

За значеннями констант швидкостей До 1 і К 2 при двох температурах Т 1 і Т 2 визначити:

  1. Енергію активації зазначеної реакції;

  2. Константу швидкості реакції при температурі Т 3;

  3. Температурний коефіцієнт швидкості; визначити підпорядкованість правилом Вант-Гоффа;

  4. Витрачений кількість речовини за час , Якщо вихідна концентрація дорівнює С 0;

  5. Період напіврозпаду.

Прийняти, що порядок реакції і молекулярної збігаються.

До 1 = 0,00203;

До 2 = 0,000475;

Т 1 = 298 К;

Т 2 = 288 К; Т 3 = 338 К;

;

З 0 = 0,93 моль / л.

Рішення.

Прийнявши, що молекулярно реакції і її порядок збігаються, будемо вважати, що дана реакція є реакція II порядку, оскільки в її елементарному акті беруть участь дві молекули.

1. Відповідно до рівняння Арреніуса:

, Висловивши звідки енергію активації, отримаємо:

, Підставляючи задані значення констант і температур, знайдемо:

Дж / моль;

2. Виразимо з рівняння Арреніуса константу швидкості реакції:

, Отримаємо: .

3. Відповідно до рівняння Вант-Гоффа:

, Звідки температурний коефіцієнт дорівнює:

Як видно, температурний коефіцієнт змінюється і не належить інтервалу від 2 до 4, з цього можна зробити висновок про невідповідність реакції правилом Вант-Гоффа.

4. Застосовуючи кінетичне рівняння реакції II порядку, можна знайти кількість речовини, яка було витрачено за час :

, Звідки: - Поточна концентрація ефіру.

Тоді знайдемо, скільки речовини прореагував:

;

;

.

5. Для знаходження періоду напіврозпаду скористаємося такою формулою (беручи порядок даної реакції - другий):

Тоді, користуючись цією формулою, знайдемо період напіврозпаду при кожній з трьох температур: 288, 298, 338 К, підставивши відповідні константи швидкості:

;

;

.

Задача 3

Використовуючи дані про властивості розчинів речовини А в воді:

а) побудувати графіки залежності питомої та еквівалентної електричних провідностей розчинів речовини А від розведення V;

б) перевірити, чи підкоряються розчини речовини А закону розведення Ост-Вальда;

Речовина А: NH 4 OH.

Залежність опору r розчину речовини А від концентрації с при 298 К:

с, моль / л

r, Ом · м, для речовини А

0,1

2,55

0,05

10,3

0,03

14,5

0,01

25,8

0,005

100

0,003

143

0,001

251

Рішення.

а) Питома електрична провідність, за визначенням, дорівнює:

æ ,

Розведення (розведення) є величина, зворотна концентрації, тобто:

.

Використовуючи ці залежності, отримаємо ряд значень питомої електричної провідності і розведення:

æ

0,392

0,097

0,069

0,0388

0,01

0,006993

0,003984

V

10

20

33,3

100

200

333,3

1000

Отримані значення можна використовувати для побудови графіка залежності питомої електричної провідності від розведення:

Знаючи залежність еквівалентної ел. провідності від розведення та питомої провідності, можна розрахувати значення λ V і побудувати графік залежності λ V = f (V):

æ 1 · 10 -3 · æ V

λV · 103

3.922

1.942

2,299

3,88

2

2,331

3,99

V

10

20

33,3

100

200

333,3

1000

б) Перевіримо, чи підкоряються розчини речовини А закону розведення Оствальда:

,

де ступінь дисоціації ; Причому значення

м 2 / Ом · моль - з довідника.

Тоді:

0,144

0,071

0,085

0,142

0,074

0,086

0,146

λV · 103

3.922

1.942

2,299

3,88

2

2,331

3,99

Kд · 104

24,3

2,74

2,34

2,37

0,292

0,241

0,251

З

0,1

0,05

0,03

0,01

0,005

0,003

0,001

Порівнюючи отримані значення константи дисоціації з її табличним значенням, рівним 1,77 · 10 -5, приходимо до висновку, що розчини NH 4 OH практично не підпорядковуються закону розведення Оствальда.

Задача 4

Для реакції, що протікає оборотно в гальванічному елементі, дано рівняння залежності ЕРС від температури. При заданій температурі обчислити ЕРС Е, зміна енергії Гіббса Δ G, зміна ентальпії Δ Н, зміна ентропії Δ S, зміна енергії Гельмгольца Δ А і теплоту Q, виділяється або поглинається в цьому процесі. Розрахунок провести для 1 моль реагує речовини.

Т = 273 К; ;

Залежність ЕРС

від Т:

Рішення.

Маючи залежність E = f (T), можна розрахувати ЕРС при вказаній температурі, підставивши її в це рівняння:

Зміна ентропії пов'язано з температурою наступним співвідношенням:

,

знайдемо похідну залежності E = f (T) по температурі (температурний коефіцієнт ЕРС гальванічного елемента):

.

Очевидно, значення Δ S не залежить від температури і визначається лише числом переданих електронів:

Дж / К.

Зміна енергії Гіббса одно:

кДж.

Знайдемо зміна ентальпії за формулою:

кДж.

Оскільки зміна енергії Гельмгольца одно

,

то кДж / моль.

Знайдемо теплоту, яка виділяється (або поглинається) при роботі гальванічного елемента:

кДж.

Як видно з вищенаведених розрахунків, при роботі гальванічного елемента, виділяється 2,139 кДж (у розрахунку на 1 моль) теплоти (екзотермічна реакція), на що вказує й знак температурного коефіцієнта ЕРС. Таким чином, в адіабатичних умовах, елемент працює з нагріванням.


Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Хімія | Курсова
67.1кб. | скачати

Схожі роботи:
Хімічна кінетика
Хімічна кінетика 2
Хімічна кінетика і рівновага
Кінетика дії ферментів
Кінетика хімічних реакцій
Формальна кінетика складних реакцій
Кінетика і термодинаміка ферментативних реакцій
Правила механізм і кінетика коагуляції
Аффінность антитіл і кінетика реакцій
© Усі права захищені
написати до нас