На основании зависимости общего давления реакционной смеси (Робщ, выражено в Па) от времени протекания газофазной реакции А при постоянном объеме 1 м3 и температуре Т:
1. Определите парциальное давление исходного вещества в моменты времени t.
2. Постройте график зависимости парциального давления исходного вещества от времени.
3. Постройте графики зависимости lnP = f (t) ,1/P = f (t) , где Р – парциальное давление исходного вещества. На основании характера графиков сделайте вывод о порядке реакции.
4. Определите константу скорости реакции А графическим и аналитическим методом. Концентрацию взять: а) в единицах давления (Па); б) в моль/л.
5. По тангенсу угла наклона касательных к зависимости P = f (t) (п. 2) рассчитайте скорости реакции (r) в различные моменты времени t. Постройте график в координатах lnr − lnP. По графику определите порядок реакции дифференциальным методом Вант-Гоффа.
6. Рассчитайте:
а) количество молей вещества, которое прореагировало к моменту времени t1 ;
б) общее давление в системе в момент времени t1;
в) время, за которое прореагирует 10% исходного вещества;
г) период полупревращения для реакции А.
Реакция А: 2N2O = 2N2 + O2 T = 938 Kt1 = 200 c
t1,c 0 30 60 120 240 300
Робщ∙10−3 7,799 7,981 8,165 8,517 9,042 9,233
Решение
1. В начальный момент времени, t = 0, парциальное давление N2O равно общему давлению, рN2O=Pобщ. Через некоторое время, в системе образовалось х моль О2, парциальное давление которого обозна чим через рх и 2х моль N2, парциальное давление которого равно 2рх. При этом, парциальное давление N2O снизилось на р0 – 2рх.
Общее давление в системе, равно парциальным давлениям всех газов: Робщ = рN2O + рN2+ рО2= ро-2рх + 2рх + рх = ро - рх
Откуда, рх = Робщ - ро = Робщ – 7,799 (Па)
Находим, рх через 30 с после начала реакции:
рх, 30с = 7,981 – 7,799 =0,182·103 Па,
тогда рN2O, 30с = ро-2рх = 7,799 -2·0,182 = 7,435·103 Па.
Аналогично рассчитываем значение рN2O, во все моменты времени t. Данные расчетов заносим в таблицу 1.
Таблица 1.
Данные расчетов для построения графикови расчета константы скорости реакции
t, c
0 30 60 120 240 300
Робщ∙10−3 7,799 7,981 8,165 8,517 9,042 9,233
рх·10-3, Па - 0,182 0,366 0,718 1,243 1,434
рN2O 10-3 Па 7,799 7,435 7,067 6,363 5,313 4,931
kI, р, c-1 - 0,0016 0,0016 0,0017 0,0016 0,0015
kII, Па-1·c-1 - 0,00021 0,00022 0,00024 0,00025 0,00025
С·103, моль/л
1,00 0,95 0,91 0,82 0,68 0,63
kI, с, c-1
0,0016 0,0016 0,0017 0,0016 0,0015
kII, л·моль-1·c-1
0,00163 0,00173 0,00188 0,00195 0,00194
2. Строим график зависимости парциального давления исходного вещества рN2O от времени:
Рис. 1. График зависимости парциального давления N2O от времени.
3. Для построения графиков зависимости lnP = f (t) ,1/P = f (t) , где Р – парциальное давление исходного вещества, проведем необходимые расчеты:
lnрN2O,1 = ln(7,435·103) = 8,962
Аналогично находим значения, lnрN2O во все моменты времени t
. Данные расчетов заносим в таблицу 1.
1/рN2O,1 = 1/(7,435·103) = 0,128·10-3.
Аналогично находим значения, 1/рN2O во все моменты времени t. Данные расчетов заносим в таблицу 1.
На основании полученных данных строим графики в координатах lnP = f (t) и 1/P = f (t)
α
Рис. 2. График в координатах lnP = f (t)
Рис. 3. График в координатах 1/P = f (t)
Оба графика имеют линейный характер. Поэтому, для определения порядка реакции проведем расчеты констант скорости реакции для реакции первого и второго порядка и на основании расчетов сделаем вывод о порядке реакции.
4. Определяем константу скорости реакции аналитическим методом. Для этого в кинетические уравнения 1-го и 2-го порядка и подставляем экспериментальные данные реакции.
Для реакции первого порядка:
kI=1tlnC0C или kI=1tlnр0р
Для реакции второго порядка:
kII=1t1С-1C0 или kII=1t1р-1р0
а) находим значения констант скорости, для реакции, в единицах давления (Па).
Для реакции первого порядка:
kI,1=1tlnр0р=130ln7,999·1037,435·103=0,0016 с-1
Аналогично находим значения kI во все моменты времени t. Данные расчетов заносим в таблицу 1.
Для реакции второго порядка:
kII=1t1р-1р0=13017,435·103-17,999·103=0,0021 Па-1·с-1
б) находим значения констант скорости, для реакции, в моль/л .
Найдем концентрацию N2O:
С(N2O) = p/RT
С(N2O)1 = p/RT = 7,999/(8,314·938) = 0,001 моль/л.
Аналогично находим значения концентраций во все моменты времени t
Задать вопрос
на новый заказ в Автор24.
