Практическое занятие №12 Тема: Решение задач по закономерностям получения гомогенных растворов

Примеры решения

Задача №1

Даны реакции:

и соответствующие им кинетические уравнения:

Реактор периодический. Начальные условия: [А]₀=28 моль/л, [В]₀=5 моль/л, [Y]₀=3 моль/л.

Необходимо вычислить выход глицерина при полной конверсии глицидола и соотношение констант скоростей реакции k₂/k₁=0,5.

Решение. Запишем уравнения реакции в буквенном виде:

А+Y С

В+Y D

Исключим время из кинетических уравнений, поделив одно уравнение на другое, и затем проинтегрируем:

(12.1)

Дополним полученной соотношение уравнениями материального баланса, учитывая , что глицидол (Y) эквивалентно расходуется на образование глицерина (С) и его аллилового эфира (D), вода (А) расходуется только на образование глицерина (С), аллиловый спирт (В) – только на образование аллилового эфира (D) и что конверсия глицидола полная:

с_Y=с_Y,0-с_С-с_D=0 (12.2)

с_А=с_А,0-с_С (12.3)

с_В=с_В,0-с_D (12.4)

Решив систему уравнений (1-4) относительно с_А получим:

Подставив заданные значения начальных концентраций, получим:

Откуда находим значение концентраций воды в конце реакции:

С_А=25,766

Конечные концентрации остальных веществ находим из уравнений материального баланса (2-4):

с_С=28-25,766=2,234 моль/л;

с_D=3-2,237=0,766 моль/л;

с_В=5-0,766=4,234 моль/л.

Выход глицерина (С) по глицидолу (Y) составляет:

Задача №2

В периодическом реакторе в избытке NaОН идут реакции:

(СН₃)₃ССl +NaОН →(СН₃)₃СОН+NaСl (1)

(СН₃)₃ССl +NaОН →(СН₃)₂С=СН₂+ NaСl+Н₂О (2)

до полной конверсии трет-бутилхлорида.

Вычислить разницу энергии активации двух реакций, если выход спирта при 30 °С составил 90%, а при 50 °С – 70%.

Решение. Обозначив через А, Y, В, С, Z и U третбутилхлорид, едкий натр, третбутиловый спирт, изобутилен, хлористый натрий и воду соответственно, запишем уравнения химических реакций и материального баланса:

А+Y В+Z;

А+ Y С+ Z+ U;

с_А=с_А,0-с_В-с_С;

с_Y=с_Y,0-с_В-с_С=0.

Выход третбутанола (В) по третбутилхлориду (А) равен:

С другой стороны, исходя из кинетических уравнений:

Можно записать

.

После интегрирования последнего уравнения получим (учитывая, что в конце реакции с_А=0):

с_В/с_А,0=k₁+(k₁+k₂).

Таким образом:

Из последнего уравнения находим отношения констант:

при 30 °С, =0,9, k₂/ k₁=0,111;

при 50 °С, =0,7, k₂/ k₁=0,4286.

Согласно уравнению Аррениуса:

k₂/ k₁= k_2,0/ k_1,0ехр(-(Е₂-Е₁)RT),

откуда вычисляем: Е₂-Е₁=54716 Дж/моль.