Расчет скорости химических реакций.

Цель работы:научится рассчитывать скорость химической реакции по кинетическому уравнению.

Вопросы для подготовки к занятию:

- понятие истинной и средней скорости химической реакции, константы скорости химической реакции

- закон действия масс

- кинетическое уравнение реакции

Ход работы

I. Теоретическая часть

Основные понятия и расчетные формулы

Для химической реакции общего вида:

n₁A+n₂B ₃C+n₄D

истинная скорость химической реакции (СХР) рассчитывается по формуле:

, (1)

где

- СХР в определенный момент времени, моль/л•с

k - константа СХР, 1/с; л/моль; л²/моль²•с

С_А и С_B - концентрации реагирующих веществ в заданный момент времени, моль/л

n₁ и n₂ - коэффициенты в уравнении реакции.

Зависимость СХР от концентраций реагирующих веществ, выраженная формулой 1, называют кинетическим уравнением химической реакции.

II. Практическая часть.

II.1 Примеры решения задач

1.Реакция происходит по схеме: 2A B+C.

Начальная концентрация исходного вещества составляет 5 моль/л, константа скорости реакции составляет 0,01. Найти скорость реакции в начальный момент времени и когда прореагирует 80% от исходного количества А.

Дано СИ Решение

k₂=0.01л/моль•с 1)Записать уравнение реакции и расставить коэффициенты:

=5 моль/л 2А→ В + С

=80%С_0А 2)Записать кинетическое уравнение для данной реакции

(формула 1):

Найти:

3)Найти СХР в начальный момент времени, для чего подставить в кинетическое уравнение начальные концентрации:

=0,01•5²=0,25 (моль/л•с)

4)Найти изменение концентраций реагирующих веществ:

С_0А - 100% (по исходным даннным)

- 80%

= С_0А • (моль/л)

5) Найти конечную концентрацию реагирующих веществ:

= 5 – 4 = 1 (моль/л)

6)Найти скорость химической реакции в конечный момент времени, для чего подставить в кинетическое уравнение конечные концентрации:

= 0,01•1²=0,01 (моль/л•с)

Ответ: = 0,25 моль/л•с; 0,01 моль/л•с

2.Начальная концентрация реагирующих веществ в реакции синтеза аммиака составляет для азота - 2 моль/л, для водорода - 5 моль/л. Константа скорости химической реакции составляет 1,5•10^-3. Найти скорость химической реакции в начальный момент времени и когда прореагирует 20% исходного количества азота.

Дано СИ Решение

C_{0 N2} = 2моль/л 1)Записать уравнение реакции и расставить

C_{0 Н2} = 5моль/л коэффициенты:

k₃ = 1, 5*10^-3л²/моль²*с N₂+3H₂ 3NH₃

2) Записать кинетическое уравнение для данной

Найти: реакции (формула 1):

3)Найти скорость химической реакции в начальный момент времени:

= 1, 5•10^-3•2•5³=0,375 (моль/л•с)

4) Найти изменение концентраций реагирующих веществ:

а) (по исходным данным)

С_0N2 - 100%

- 20%

= С_0N2• 0, 4 (моль/л)

б) (по уравнению реакции с составлением пропорции)

1мольN₂ - 3мольH₂

-

= 1, 2 (моль/л)

5) Найти конечную концентрацию реагирующих веществ:

а) ?

= 2 - 0,4 = 1,6 (моль/л)

б) ?

= 5 - 1,2 = 3,8(моль/л)

6) Найти конечную скорость химической реакции:

= 1, 5•10^-3•1,6 • 3,8³ = 0,132 (моль/л•с)

Ответ: 0,375 моль/л•с; 0,132 моль/л•с

II.2 Примеры для самостоятельной работы:

1.Реакция происходит по уравнению: 2B C.

Начальная концентрация исходного вещества 2 моль/л, константа скорости реакции равна150. Найти скорость реакции в начальный момент времени и когда прореагирует 70% от исходного количества вещества B.

2.Реакция происходит по уравнению: CO + H₂O CO₂ + H_2.

Начальные концентрации исходных веществ равны между собой и составляют 0,5 моль/л. Константа скорости реакции 0,2. Найти СХР в начальный момент времени и когда образуется 0,3 моль/л H₂.

3. Реакция происходит по уравнению: S0₂+O₂ S0_3.

Начальная концентрация для реагентов составляет для S0₂ - 5 моль/л, для O₂ - 7,5 моль/л, константа скорости реакции составляет 2,5•10^-5. Найти скорость реакции в начальный момент времени и когда прореагирует треть от начального количества диоксида серы.

4.* В реакторе объемом 10 л находится 20 г иода и 10 г водорода. Найти скорость реакции в начальный момент времени и когда прореагирует 5 г иода. Все вещества в газообразном состоянии, константа скорости реакции составляет 3•10^-6

Оформление отчета:

Отчет должен содержать:

1. Тему и цель работы.

2. Основные расчетные формулы (1).

3. Пример расчетной задачи.

4. Выполненное задание для самостоятельной работы (задачи со знаком *выполняются по желанию на дополнительную оценку).

Практическое занятие № 11