Для реакции А + В → С + Д были получены результаты

1. Определим порядок реакции графическим способом. Для этого построим графики в координатах СА = f(t) (рис. 1); lnCA = f(t) (рис. 2); 1/CA = f(t) (рис. 3); 1/CA2 = f(t) (рис. 4). Для построения графиков рассчитаем необходимые величины.
t, час 0 2 4 6 8 9
СА = СВ, моль/л 0,476 0,400 0,345 0,303 0,270 0,256
lnCA -0,742 -0,916 -1,064 -1,194 -1,309 -1,362
1/CA, л/моль 2,101 2,500 2,898 3,300 3,704 3,906
1/CA2, л2/моль2 4,414 6,250 8,402 10,892 13,717 15,259
t, час 10 11 12 13 14 15
СА = СВ, моль/л 0,244 0,233 0,222 0,213 0,204 0,196
lnCA -1,410 -1,457 -1,505 -1,546 -1,590 -1,630
1/CA, л/моль 4,098 4,292 4,504 4,695 4,902 5,102
1/CA2, л2/моль2 16,796 18,420 20,290 22,041 24,029 26,031
Линейная зависимость наблюдается только в координатах 1/CA = f(t), из чего следует, что реакция имеет второй порядок.
2. Определим порядок реакции методом подстановки. Для этого подставим экспериментальные результаты в уравнения для константы скорости реакции нулевого, первого, второго и третьего порядков.
Константа скорости нулевого порядка вычисляется по уравнению
k0=CA,0-CAt.
Рисунок 1. Графическая зависимость СА = f(t)
Рисунок 2. Графическая зависимость lnCA = f(t)
Рисунок 3. Графическая зависимость 1/CA = f(t)
Рисунок 4. Графическая зависимость 1/CA2 = f(t)
k0=0,476-0,4002=0,038 (моль/л∙ч); k0=0,476-0,3454=0,033 (моль/л∙ч);
k0=0,476-0,3036=0,029 (моль/л∙ч); k0=0,476-0,2708=0,026 (моль/л∙ч);
k0=0,476-0,2569=0,024 (моль/л∙ч); k0=0,476-0,24410=0,023 (моль/л∙ч);
k0=0,476-0,23311=0,022 (моль/л∙ч); k0=0,476-0,22212=0,021 (моль/л∙ч);
k0=0,476-0,21313=0,020 (моль/л∙ч); k0=0,476-0,20414=0,019 (моль/л∙ч);
k0=0,476-0,19615=0,018 (моль/л∙ч).
Константа не является постоянной величиной, из чего следует, что реакция не подчиняется уравнению нулевого порядка.
Константу скорости первого порядка вычисляем по уравнению
k1=1t∙lnCA,0CA.
k1=12∙ln0,4760,400=0,087 (ч-1); k1=14∙ln0,4760,345=0,080 (ч-1);
k1=16∙ln0,4760,303=0,075 (ч-1); k1=18∙ln0,4760,270=0,071 (ч-1);
k1=19∙ln0,4760,256=0,069 (ч-1); k1=110∙ln0,4760,244=0,067 (ч-1);
k1=111∙ln0,4760,233=0,065 (ч-1); k1=112∙ln0,4760,222=0,064 (ч-1);
k1=113∙ln0,4760,213=0,062 (ч-1); k1=114∙ln0,4760,204=0,060 (ч-1);
k1=115∙ln0,4760,196=0,059 (ч-1).
Константа не является постоянной величиной, из чего следует, что реакция не подчиняется уравнению первого порядка.
Константу скорости второго порядка вычисляем по уравнению
k2=1t∙1CA-1CA,0;
k2=12∙10,400-10,476=0,200 (л/моль∙ч);
k2=14∙10,345-10,476=0,199 (л/моль∙ч);
k2=16∙10,303-10,476=0,200 (л/моль∙ч);
k2=18∙10,270-10,476=0,200 (л/моль∙ч);
k2=19∙10,256-10,476=0,201 (л/моль∙ч);
k2=110∙10,244-10,476=0,200 (л/моль∙ч);
k2=111∙10,233-10,476=0,199 (л/моль∙ч);
k2=112∙10,222-10,476=0,200 (л/моль∙ч);
k2=113∙10,213-10,476=0,200 (л/моль∙ч);
k2=114∙10,204-10,476=0,200 (л/моль∙ч);
k2=115∙10,196-10,476=0,200 (л/моль∙ч).
Константа остается величиной постоянной, следовательно, реакция подчиняется кинетическому уравнению второго порядка.
Константу скорости реакции третьего порядка вычисляем по уравнению
k3=12∙t∙1CA2-1CA,02;
k3=12∙2∙10,4002-10,4762=0,495 (л2/моль2∙ч);
k3=12∙4∙10,3452-10,4762=0,498 (л2/моль2∙ч);
k3=12∙6∙10,3032-10,4762=0,540 (л2/моль2∙ч);
k3=12∙8∙10,2702-10,4762=0,581 (л2/моль2∙ч);
k3=12∙9∙10,2562-10,4762=0,602 (л2/моль2∙ч);
k3=12∙10∙10,2442-10,4762=0,619 (л2/моль2∙ч);
k3=12∙11∙10,2332-10,4762=0,637 (л2/моль2∙ч);
k3=12∙12∙10,2222-10,4762=0,662 (л2/моль2∙ч);
k3=12∙13∙10,2132-10,4762=0,678 (л2/моль2∙ч);
k3=12∙14∙10,2042-10,4762=0,700 (л2/моль2∙ч);
k3=12∙15∙10,1962-10,4762=0,720 (л2/моль2∙ч).
Константа скорости реакции, рассчитанная по кинетическому уравнению третьего порядка, не является величиной постоянной, из чего следует, что реакция не является реакцией третьего порядка.
3