Отчёт о работе - файл

приобрести
скачать (100.5 kb.)


Лабораторная работа

Определение скорости химических реакций

Отчёт о работе

Работу выполнил:

фамилия

Некрасов

имя

Кирилл

отчество

Леонидович

группа

О-5Б11

Эксперимент 1. Определение частного порядка реакции
по тиосульфату натрия Na2S2O3


Зависимость оптической плотности от времени А=f(τ) в серии опытов






Скорость химической реакции в серии опытов

v1, 1/с =

0,0233

v2, 1/с =

0,0398

v3, 1/с =

0,0521

v4, 1/с =

0,0596

v5, 1/с =

0,0710




Зависимость скорости реакции от объёма в серии опытов






Частный порядок реакции по тиосульфату натрия Na2S2O3

n =

1


Эксперимент 2. Определение частного порядка реакции
по серной кислоте H2SO4


Зависимость оптической плотности от времени А=f(τ) в серии опытов






Скорость химической реакции в серии опытов

v1, 1/с =

0,0393

v2, 1/с =

0,0402

v3, 1/с =

0,0430

v4, 1/с =

0,0451

v5, 1/с =

0,0456




Зависимость скорости реакции от объёма в серии опытов






Частный порядок реакции по серной кислоте H2SO4

n =

1




Кинетическое уравнение реакции

v=k·C

1

· C

1




Na2S2O3

H2SO4




Эксперимент 3. Определение энергии активации реакции

Зависимость оптической плотности от времени А=f(τ) в серии опытов






Скорость химической реакции в серии опытов

v1, 1/с =

0,0462

v2, 1/с =

0,0552

v3, 1/с =

0,0648

v4, 1/с =

0,0738

v5, 1/с =

0,0996




Зависимость –ln v = f(1/T) в серии опытов






Энергия активации реакции

Eа, Дж/моль =

R*tga = 8,314*3785,2236 = 31470,3




Расчет значений Ea при различных температурах

1) Ea = R  

298



303

 ln

0,0552

=

26772,5 Дж/моль

303



298

0,0462

2) Ea = R  

308



313

 ln

0,0738

=

20847,6 Дж/моль

313



308

0,0648

3) Ea = R  

313



318

 ln

0,0996

=

49619,0 Дж/моль

318



313

0,0738

Eср =

32413,1 Дж/моль

Вопросы и упражнения

1. В чем заключается отличие средней и истинной (мгновенной) скорости реакции? Как при помощи графического способа можно найти среднюю и истинную скорости?

Средняя скорость химической реакции определяется как изменение концентрации одного из реагирующих веществ или продукта реакции за относительно большой промежуток времени.

Скорость реакции за бесконечно малый промежуток времени называется истинной (или мгновенной) скоростью – то есть в определенный момент времени.

Истинную скорость реакции можно определить графически, проведя касательную к кинетической кривой. истинная скорость реакции в данный момент времени равна по абсолютной величине тангенсу угла наклона касательной (угловому коэффициенту в данной точке)





2. Какие реакции называют простыми и сложными? Какой признак позволяет это определить?

Простые реакции – протекают в одну стадию и их стехиометрическое уравнение правильно отражает реальный ход реакции.

Сложные реакции – протекают через несколько стадий. Стехиометрическое уравнение не отражает реального хода процесса и является выражением суммарного результата нескольких стадий.

Совпадение частных порядков в кинетическом уравнении со стехиометрическими коэффициентами перед соответствующими веществами в химическом уравнении реакции – свидетельствует о том, что реакция является простой, те протекает в одну стадию.

В обратном случае – реакция является сложной.






3. Что называется порядком реакции? Какие значения он может принимать? Как отличаются порядки простых и сложных реакций? В чем состоит сущность наиболее простого метода определения порядка реакции?

Порядок химической реакции - формальное понятие. Физический смысл порядка реакции для элементарных реакций заключается: порядок реакции равен числу одновременно изменяющихся концентраций.

Существуют реакции нулевого (n=0), первого (n=1), второго (n=2) и третьего (n=3) порядка.

Порядок реакции равен сумме частных порядков реакции.

Одним из методов определения частных порядков по реакции является метод изоляции (избытка), при которой в серии опытов исходную концентрацию одного из реагентов задают постоянной, а исходную концентрацию другого – изменяют. И определяют, как меняется скорость реакции. Если скорость реакции практически не изменяется, то порядок по данному реагенту равен 0.

Если скорость возрастает линейно – то порядок равен 1.

Если скорость пропорциональная квадрату концентрации (графически – парабола) – то порядок равен 2.






4. Каков физический смысл константы скорости? Как экспериментально ее можно определить?

физический смысл константы скорости реакции: она численно равна скорости реакции при концентрации каждого из реагирующих веществ, равной 1 моль/л или в случае порядков реакции по каждому реагенту, равных 0.

Константу скорости k можно определить экспериментально: она численно равна скорости реакции в тот момент, когда концентрации исходных веществ равны 1 моль/л.

v = k[А][Б] = k[1][1], следовательно, когда концентрации А и Б равны 1 моль/л – в этот

момент v = k







5. Запишите кинетические уравнения для реакций:
    2NO + O2 = 2NO2;
    2HI = H2 + I2;
    H2 (г) + S (к) = H2S (г).
Как изменится скорость 1-й реакции, если: а) увеличить общее давление в 2 раза; б) уменьшить концентрацию моноксида азота в 2 раза?

v = k · C

2

· C

1

v = k · C

1

· C

1

v = k · C

1

· C




;

2NO

O2

H2

I2

H2(г)

S(к)

Для реакции H2 (г) + S (к) = H2S (г) в кинетическом уравнении только вещества в газообразном состоянии, то есть серы в кинетическом уравнении НЕ БУДЕТ.
Для реакции 2NO + O2 = 2NO2 :

Если принять, что порядок реакции в кинетическом уравнении соответствуют стехиометрическим коэффициентам, скорости прямой реакции получаем:

v1 = k*с(NO)2*с(O2)

Увеличение давления в системе в 2 раза равносильно уменьшению объема системы в 2 раза. При этом концентрации реагирующих веществ возрастут в 2 раза.

Тогда v2 = k*с(2NO)2*с(2O2) = 8* k*с(NO)2*с(O2)

Таким образом скорость реакции возрастет в 8 раз.


При уменьшении концентрации моноксида азота в 2 раза –

v2 = k*с(1/2NO)2*с(2O2)=1/4 k*с(NO)2*с(O2)

Таким образом скорость реакции уменьшится в 4 раза.





6. Почему правило Вант-Гоффа называют эмпирическим? Какие ограничения существуют для этого правила?

Правило Вант-Гоффа называют эмпирическим, поскольку имеет ограниченное применение, так как справедливо только для некоторых реакций и для узкого интервала температур. Кроме того, температурный коэффициент может зависеть от температуры.

Более точная зависимость скорости реакции от температуры описывается уравнением Аррениуса.






7. Каков физический смысл предэкспоненциального множителя и множителя в уравнении Аррениуса?

k=k0* e -Ea/RT уравнение Аррениуса.

предэкспоненциальный множитель характеризует частоту столкновений реагирующих молекул.

множитель характеризует долю результативных столкновений.


Задачи

1. Для реакции 2Co3+ + Tl+ = 2Co2+ + Tl3+ получена следующая зависимость скорости реакции от концентрации ионов в растворе:




Концентрация Co3+, моль/л

0,1

0,3

0,4

0,3

0,3

Концентрация Tl+, моль/л

0,1

0,1

0,1

0,2

0,3

Скорость (усл. ед.)

1

3

4

6

9

Выведите кинетическое уравнение этой реакции.



Общий порядок реакции может быть определен только экспериментальными методами.

2Co3+ + Tl+ = 2Co2+ + Tl3+

Кинетическое уравнение в общем виде:

V =k*[ Co3+]a[Tl+]b

Данные таблицы позволяют найти порядки по [Co3+](α) и [Tl+](β) методом понижения порядка реакции, то есть анализируя опыты, в которых один из реагентов имеет неизменную концентрацию.

Так [Tl+] =0,1 моль/л в первом, втором и третьем столбцах, при этом [Co3+] изменяется.

V1 =k*0,1α*0,1β = 1

V2=k*0,3α*0,1β= 3

V3=k*0,4α*0,1β= 4

V2/ V1 = 3/1 = k*0,3α*0,1β / k*0,1α*0,1β

Отсюда 3α=3

α = 1
V3/ V1= k*0,4α*0,1β / k*0,1α*0,1β = 4/1

4α=4

α = 1


значит частный порядок по [Co3+] равен 1.
Для четвертого и пятого столбцов наоборот [Co3+]одинакова, а [Tl+] изменяется, поэтому:

V4 = k*0,3α*0,2β = 6

V5 = k*0,3α*0,3β = 9

V5/ V4=k*0,3α*0,3β/ k*0,3α*0,2β = 9/6

1,5 β = 1,5

β= 1
Тогда кинетическое уравнение:

V =k*[ Co3+]1[Tl+]1

Частные порядки по обоим компонентам одинаковы и равны = 1.

Найдем константу скорости, возьмем данные первого столбца:

V =k*0,1*0,1 = 1

k = 100 л/(моль*с)

Тогда кинетическое уравнение: V =100*[ Co3+]1[Tl+]1




2. Определите энергию активации и температурный коэффициент скорости реакции CO + H2O = CO2 + H2, константа скорости которой при 288 К и 313 К равна соответственно 3,1∙10–4 и 8,2∙10–3.

Eа = 

Энергию активации можно определить, измерив константу скорости при двух температурах:


Еa = 8,314*288*313 * ln 8,2∙10–3

(313-288) 3,1∙10–4


Еa = 29 978.3 * 3.28 = 98 328.8 Дж

=

98 328.8 Дж

3. На сколько градусов необходимо повысить температуру, чтобы скорость реакции возросла в 64 раза, если температурный коэффициент скорости этой реакции равен 2?



V2/V1 = Y(T2-T1)10

V2/V1 =64 = 26

V2/V1 = 2(T2-T1)10

26= 2(T2-T1)10

(T2-T1)10 = 6

(T2-T1) = 60 градусов

Ответ: 60 градусов

4. При 500 К реакция заканчивается за 10 с. Сколько времени длится эта реакция при 400 К, если температурный коэффициент равен 2,3?



t = 

T1* Y(T2-T1)10 =10*2,3500-400/10 = 10*2,310 =

=

41 430 c или

11 ч 30 мин 30 сек


5. Энергия активации некоторой реакции равна 126 кДж/моль. Константа скорости при 600 К равна 83,9. Рассчитайте константу скорости при 640 К.



k = 

Энергию активации можно определить, измерив константу скорости при двух температурах:




126000= (8,314*600*640)/40* lnk2/k1

126000= 79814.4* lnk2/k1

lnk2/k1 = 126000/79814.4 = 1.58

k2/k1 = e1.58 = 4.85



k2=83.9*4.85= 406,9

=

406,9


Лабораторная работа
Учебный материал
© nashaucheba.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации