Главная Учебники - Разные Лекции (разные) - часть 31
«Электрохимия и химическая кинетика»
Вариант № 9
Задача 1
Для реакции дана константа скорости омыления – К. Вычислить время, необходимое для омыления эфира, взятого в объёме V1
и концентрации С1
(н), если для омыления к указанному количеству эфира добавить: а) V1
(м3
) С1
(н) раствора NaOH; б) V2
(м3
) С2
(н) раствора NaOH; в) V3
(м3
) С3
(н) раствора NaOH для случая, когда прореагируют 10, 20, 30, … N % эфира. Построить графики зависимостей скорости реакции (степени превращения) от времени. Сделать вывод о влиянии исходной концентрации щелочи на скорость реакции. Решение.
а)
Считая указанную реакцию, реакцией II порядка, выразим из соответствующего кинетического уравнения время: для случая, когда исходные концентрации обоих реагентов равны. Поскольку исходная концентрация эфира равна: С0
=0,20, то для моментов времени, когда прореагирует 10, 20, 30 … 60% эфира, его концентрация будет составлять: Тогда представим эти концентрации в виде таблицы: Тогда соответственно время (рассчитанное по формуле 1), затрачиваемое на реакцию: Степень превращения эфира равна: Получим ряд значений степени превращения в соответствующие моменты времени: б)
В этом случае исходные концентрация и объём эфира неодинаковы, поэтому необходимо воспользоваться кинетическим уравнением реакции II порядка для случая, когда вещества взяты в различных концентрациях: где a – исходная концентрация эфира; b – начальная концентрация щелочи; x – кол-во прореагировавшего эфира; Поскольку общий объём смеси равен V0
=V1
+V2
=0.25+0.30=0.55, то начальные концентрации эфира и щелочи будут, соответственно, равны: Тогда: Для значений N
=
10…60% получим: Подставляя полученные значения а
,b
и х
в уравнение (2), получаем время, необходимое для того, чтобы прореагировало количество эфира, равное х
: Степень превращения эфира будет равна: тогда: в)
Аналогично, поскольку исходные концентрации (и объёмы) реагентов не равны между собой, воспользуемся уравнением (2) для расчета времени реакции: Общий объём реакционной смеси в этом случае равен: V0
=V1
+V3
=0.25+0.20=0.45 Тогда: Тогда: Для значений N
=
10…60% получим: Время реакции (согласно формуле 2): Степень превращения эфира будет равна: По данным рассчитанных значений времени и степени превращения для каждого из трёх случаев, построим графики зависимости Как видно из графиков и приведенных выше расчетов, наименьшее время, требуемое на реакцию, достигается при добавлении щёлочи объёмом, большим исходного объёма эфира и с концентрацией, большей концентрации эфира. Если объём и концентрация щёлочи будут меньше объёма и концентрации эфира, то на реакцию потребуется большее количество времени, при той же степени превращения. Набольшее же время требуется в случае, когда исходные концентрации и объёмы щелочи и эфира одинаковы. Для построения графика зависимости скорости реакции от времени, найдём скорость реакции омыления эфира в соответствующие моменты времени, применяя кинетическое уравнение для реакции II порядка: Получим значения скоростей: · Для случая а): · Для случая б): · Для случая в): По данным сводных таблиц, построим графики зависимостей скорости реакции от времени. Как видно из анализа графиков и расчётов скорости реакции в каждом из трёх случаев, наибольшая скорость реакции достигается в случае равных объёмов и концентраций исходных реагентов, меньшая скорость – в случае, когда объём и концентрация у щелочи, больше чем у эфира, наименьшая скорость – при условии, что щелочи добавляется меньше, чем эфира, и её концентрация меньше, чем у эфира. Задача 2
По значениям констант скоростей К1
и К2
при двух температурах Т1
и Т2
определить: 1) Энергию активации указанной реакции; 2) Константу скорости реакции при температуре Т3
; 3) Температурный коэффициент скорости; определить подчинённость правилу Вант-Гоффа; 4) Израсходованное количество вещества за время 5) Период полураспада. Принять, что порядок реакции и молекулярность совпадают. К1
=0,00203; К2
=0,000475; Т1
=298 К; Т2
=288 К; Т3
=338 К; С0
=0,93 моль/л. Решение.
Приняв, что молекулярность реакции и ее порядок совпадают, будем считать, что данная реакция есть реакция II порядка, поскольку в ее элементарном акте участвуют две молекулы. 1.
Согласно уравнению Аррениуса: 2.
Выразим из уравнения Аррениуса константу скорости реакции: 3.
Согласно уравнению Вант-Гоффа: Как видно, температурный коэффициент изменяется и не принадлежит интервалу от 2 до 4, из этого можно сделать вывод о несоответствии реакции правилу Вант-Гоффа. 4.
Применяя кинетическое уравнение реакции II порядка, можно найти количество вещества, которое было израсходовано за время Тогда найдем, сколько вещества прореагировало: · при температуре 288 К: · при температуре 298 К: · при температуре 338 К: 5.
Для нахождения периода полураспада воспользуемся следующей формулой (принимая порядок данной реакции – второй): Тогда, пользуясь этой формулой, найдём период полураспада при каждой из трёх температур: 288, 298, 338 К, подставив соответствующие константы скорости: · при температуре 288 К: · при температуре 298 К: · при температуре 338 К: Задача 3
Используя данные о свойствах растворов вещества А в воде: а) построить графики зависимости удельной и эквивалентной электрических проводимостей растворов вещества А от разведения V; б) проверить, подчиняются ли растворы вещества А закону разведения Ост-вальда; Вещество А: NH4
OH. Зависимость сопротивления r
раствора вещества А от концентрации с
при 298 К: Решение.
а)
Удельная электрическая проводимость, по определению, равна: æ Разведение (разбавление) есть величина, обратная концентрации, т.е.: Используя эти зависимости, получим ряд значений удельной электрической проводимости и разведения: Полученные значения можно использовать для построения графика зависимости удельной электрической проводимости от разведения: Зная зависимость эквивалентной эл. проводимости от разведения и удельной проводимости, можно рассчитать значения λ
V
и построить график зависимости λ
V
=f
(V
): б)
Проверим, подчиняются ли растворы вещества А закону разведения Оствальда: где степень диссоциации Тогда: Сравнивая полученные значения константы диссоциации с ее табличным значением, равным 1,77·10-5
, приходим к выводу, что растворы NH4
OH практически не подчиняются закону разведения Оствальда. Задача 4
Для реакции, протекающей обратимо в гальваническом элементе, дано уравнение зависимости ЭДС от температуры. При заданной температуре вычислить ЭДС Е
, изменение энергии Гиббса Δ
G
, изменение энтальпии ΔН
, изменение энтропии Δ
S
, изменение энергии Гельмгольца ΔА
и теплоту Q
, выделяющуюся или поглощающуюся в этом процессе. Расчет провести для 1 моль реагирующего вещества. Т=273 К; Зависимость ЭДС от Т: Решение.
Имея зависимость E
=
f
(
T
)
, можно рассчитать ЭДС при указанной температуре, подставив ее в это уравнение: Изменение энтропии связано с температурой следующим соотношением: найдем производную зависимости E
=
f
(
T
)
по температуре (температурный коэффициент ЭДС гальванического элемента): Очевидно, значение Δ
S
не зависит от температуры и определяется лишь числом передаваемых электронов: Изменение энергии Гиббса равно: Найдём изменение энтальпии по формуле: Поскольку изменение энергии Гельмгольца равно то Найдём теплоту, которая выделяется (или поглощается) при работе гальванического элемента:
|