Задачи Крюкова / Кинетика 9

Задача 1: При взаимодействии эквивалентных количеств моноксида углерода и хлора по уравнению:

СO _(г.) + Cl_{2 (г.)} = COCl_{2 (г.)}

При 300 К в присутствии катализатора наблюдалось следующее уменьшение общего давления системы:

t, мин	0	5	10	15
P*10-5, Па	0.965	0.900	0.829	0.779

Определите порядок реакции (V=const)

Решение:

Поскольку в условиях задачи не указано время полупревращения (t_1/2) и нет данных о скорости, следовательно, можно использовать метод подбора, суть которого заключатся в расчете констант по кинетическим уравнениям. Совпадение констант, рассчитанных по одному уравнению означает, что реакция имеет данный порядок.

I порядок:

II порядок: = kt

III порядок: = 2kt

В математическом уравнении концентрацию исходных веществ в начальный времени и на данный момент времени можно заменить парциальным давлением, так как при Т=const концентрация пропорциональна давлению.

СO _(г.) + Cl_{2 (г.)} = COCl_{2 (г.)}

Если T=0	P0/2	P0/2	0
Если T>0	P0/2-x	P0/2-x	x

P_Σ = P₀/2-x+ P₀/2-x+x=P₀ – x

x=P₀ - P_Σ

P_СO = P_Cl2 = P₀-x = P₀/2-(P₀ - P_Σ) = P_Σ-0.5P₀

PCO * 10-5, Па	0.4825	0.4175	0.3465	0.2965
T, мин	0	5	10	15

Графический метод:

t, мин	0	5	10	15
Pco*10-5, Па	0,4825	0.4175	0.3465	0.2965
lnPco	10.784	10.639	10.453	10.297
1/Pco	2.073*10-5	2.395*10-5	2.886*10-5	3.373*10-5
1/P2co	4.295*10-10	5.737*10-10	8.329*10-10	1.137*10-9

Графики:

Г рафик №1

График №2

Г рафик №3

Ответ:

Исходя из построений можно сказать, что данная реакция относится ко второму порядку, так как линия тренда (линейная) наиболее близко располагается к графику №2

Задача 2: Соль диазония разлагается по уравнению

CH₃C₆H₄N₂Cl + H₂O → CH₃C₆H₄OH + N₂ +HCl

Процесс разложения представляет собой реакцию первого порядка. Константы скорости реакции при 298 и 303 К соответственно равны 9·10^-3 и 13·10^-3 мин^-1. Вычислите константу скорости при 308 К и время, в течение которого распадается 99% соли диазония при этой температуре.

Решение: Для определения значения константы при 308К необходимо найти энергию активации через уравнение Аррениуса, которое имеет следующий вид:

Если произвести определенной интегрирование, то получится следующее:

= , E_a = = 55210,5 Дж/моль

Для определения k при 308, аналогично используемся определенное интегрирование, меняя пределы:

= ,

K₂ = 9*10^-3 *

K₂ = 0,0185 мин^-1 = 18,5*10^-3 мин^-1

Из условия задачи реакция относится к первому порядку, следовательно, для определения времени используем кинетическое уравнение:

, , так как распадется 99% соли диазония, следовательно от исходной концентрации останется 1%

t=248, 93 мин ~ 4,15 ч

Ответ: константа скорости при 308К составляет 18,5*10^-3 мин^-1, за 4,15 ч распадется 99% соли диазония.

Задача 3: Реакция С₆Н₅N(CH₃)₂ + CH₃I → С₆Н₅N(CH₃)₃⁺ + I^–

характеризуется единичными частными порядками по каждому из реагентов. При проведении реакции в нитробензоле (растворитель) при 24.8 ˚С константа скорости составляет 8.39·10^-5. Рассчитайте время полупревращения йодметана, если его начальная концентрация составляла 0.01 моль/л, а начальная концентрация диметилфениламина – 0.05 моль/л.

Решение: Поскольку порядок химической реакции может определяться, как сумма порядков реакции по веществам, в данном случае С₆Н₅N(CH₃)₂ и CH₃I имеют единичные частные порядки из условия, то

n₁=n₂=1, то n= n₁+n₂=2

Общий порядок реакции равен 2, можно сделать вывод о том, что константа имеет размерность

Поскольку концентрации веществ С₆Н₅N(CH₃)₂ =

CH₃I =

И они различны ( ≠ ), следовательно

, поскольку необходимо найти время полупревращения, то x= , поскольку это то, количество, которое вступило в реакцию за данное время.

Так,

= = = =175145 с = 48,65 ч.

Ответ: = 48,65 ч.