Реферат: Методические указания к электронным лабораторным работам по курсу физической химии для студентов дневной формы обучения химико-технологического факультета и факультета строительного материаловедения

Федеральное агентство по образованию ГОУ ВПО «Уральский государственный технический университет − УПИ»


ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ КИНЕТИЧЕСКИХ УРАВНЕНИЙ


Методические указания к электронным лабораторным работам

по курсу физической химии для студентов дневной формы обучения

химико-технологического факультета

и факультета строительного материаловедения


Екатеринбург

2008


УДК 544(076)С79

ББК 24.5я73


Составитель Е. И. Степановских

Научный редактор доц., канд. хим. наук Л. А. Брусницына


^ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ КИНЕТИЧЕСКИХ УРАВНЕНИЙ /Методические указания к электронным лабораторным работам по курсу физической химии / сост. Е. И. Степановских − Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ−УПИ, 2008. − с.


В методических указаниях к лабораторным работам рассмотрен ход подготовки студента к проведению работы, а также даны необходимые пояснения для работы на программе и приведен необходимый экспериментальный материал.


Библиогр.: 6 назв. Табл. 5


Подготовлено кафедрой «Физическая и коллоидная химия».


^ ОБЩИЕ ЗАМЕЧАНИЯ ПО ВСЕМ РАБОТАМ


Каждая лабораторная работа посвящена небольшому фрагменту общего расчета параметров кинетического уравнения. Как показывает опыт, такое разбиение полного расчета на более мелкие части довольно удобно, как преподавателю, так и студенту.

Преподаватель, варьируя как число, так и типы сочетаемых в одном задании фрагментов расчета, может создать большое количество индивидуальных вариантов заданий для каждого студента.

Студенту такое разбиение удобно для выполнения однотипных операций расчета  ведь обычное задание содержит анализ 36 кинетических кривых.

Каждая лабораторная работа состоит из следующих разделов:

1. Теоретическая часть.

2. Расчетная часть

3. Задание на лабораторную работу.

В теоретической части кратко рассмотрены необходимые теоретические сведения по теме работы. Наличие ее в лабораторной работе необходимо для того, чтобы при возникших вопросах можно было тут же, не обращаясь к каким-либо печатным изданиям, уточнить материал.

Расчетная часть это, по сути, алгоритм расчета, составленный таким образом, что, введя данные изучаемых опытов и следуя указаниям программы, студент в конце получает все необходимые результаты.

Задание на лабораторную работу приведено в нескольких вариантах.

Необходимо отметить, что автор программы намеренно отказался от возможностей автоматического определения такой величины как наклон прямых. Как показывает преподавательский опыт, гораздо продуктивнее для процесса изучения этого учебного материала является использование приема нахождения тангенса угла наклона прямой, что и предложено практически во всех электронных лабораторных работах. Конечно же, продвинутые студенты легко ускорят свою работу, нахождением уравнения линии тренда, из которого будут видны и наклон линии и отрезок, отсекаемый на оси ординат.

При работе с программой нужно следовать ее указаниям, причем нужно помнить, что вводить результаты опытов следует в ячейки, окрашенные в программе в желтый цвет. Результаты расчетов будут расположены в ячейках голубого цвета. Все лабораторные работы основаны на кинетических кривых, и в каждой работе сначала программа строит кинетическую кривую по данным, которые вводит студент. Типичный вид таблицы, которую нужно заполнить, приведен далее.


Время, мин

Концентрация, моль/м3

0

30

2

28,49

4

27,01

6

25,58

8

24,18

10

22,82

13

20,86

17

18,38

20

16,62

30

11,41

40

7,17

60

1,63

80

0
Вводить числа следует внимательно, используя в качестве разделителя между целой частью числа и десятыми долями запятую, а не точку. Ввод числа осуществлен, если нажать Enter или просто уйти из этой ячейки.

В зависимости от темы лабораторной работы, далее следуют различные способы обработки этой кинетической кривой. Не имеет смысла повторять тут текст программ, нужно при работе просто внимательно выполнять требуемые действия. Если в работе планируется произвести несколько однотипных расчетов, то, используя соответствующую клавишу возврата (она бардового цвета), можно легко перейти к началу расчета и провести его уже для другого опыта.

Для удобства выполнения лабораторных работ в данном учебном пособии приводятся цели работы, задания на работу и рекомендации по составлению отчета. Отчет может быть выполнен от руки, или отпечатан на принтере. Если студент выполняет в течение одного занятия две лабораторные работы, то возможно написание одного общего отчета.

Любая лабораторная работа начинается с проработки теоретического материала соответствующего раздела данного учебного пособия или теоретическую часть лабораторной работы. Обязательным является решение одной из задач, приведенных в конце каждой лабораторной работы (каждый студент решает индивидуальную задачу по выполняемой лабораторной работе). После собеседования с преподавателем, можно приступить к работе.

Данные для построения кинетических кривых заданных в варианте лабораторной работы опытов, берутся из табл. 4.


^ ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА К7

ПОСТРОЕНИЕ И АНАЛИЗ КИНЕТИЧЕСКОЙ КРИВОЙ


Цели работы

Познакомиться с методами получения и видами кинетических кривых.

Научиться определять начальную скорость реакции по кинетической кривой.

Научиться определять скорость реакции в любой момент ее протекания.


Задание на лабораторную работу

Построить и проанализировать кинетические кривые исследуемой реакции при различных начальных концентрациях реагента (для опытов, номера которых указаны преподавателем).

Построить и проанализировать кинетические кривые этой же реакции при другой температуре (для опытов, номера которых указаны преподавателем).


^ Рекомендации по работе

В этой работе на графике с кинетической кривой автоматически появляется касательная (в программе она черного цвета) к начальному участку кривой. Она нужна для определения продолжительности линейного участка кинетической кривой. Очевидно, что те экспериментальные точки, которые укладываются вдоль этой касательной, находятся на линейном участке, а те, которые не укладываются, уже не находятся на линейном участке. Примерный вид рисунка в программе следующий:



Каждому студенту будут предложено проанализировать шесть опытов. Результаты по определению начальной скорости реакции следует обязательно где-либо фиксировать: или в рабочем журнале, или в заготовке отчета в соответствующей таблице. Эти результаты будут нужны для дальнейшего расчета. Примерная форма таблицы приведена ниже.

Начальная концентрация реагента, моль/м3



















Начальная скорость

реакции, моль/(м3мин)




















^ Отчет по лабораторной работе

В отчете должны быть:

1) краткая теоретическая часть по видам кинетических кривых и способам их получения;

2) графическое изображение одной кинетической кривой для одной из реакций;

3) таблица с данными о скоростях реакций;

4) выводы.

В выводах по работе нужно отразить:

1) влияние концентрации реагента на начальную скорость реакции;

2) зависимость скорости реакции от концентрации реагента; от времени протекания реакции.


^ Задачи по лабораторной работе

1. Для реакции типа 2А+ В = 2С получены следующие опытные данные:




Опыт 1

Опыт 2

Опыт 3

Начальная концентрация А, моль/л

0,10

0,30

0,30

Начальная концентрация В, моль/л

0,20

0,40

0,80

Начальная скорость реакции, мольлс1

300

3600

14400


Получите кинетическое уравнение этой реакции и определите, совпадает ли оно со стехиометрическим; определите порядок реакции по веществам и в целом; вычислите значение константы скорости реакции и укажите ее размерность.

2. Для элементарной газофазной реакции H2 + Ar = 2H + Ar значение константы скорости при 3000 К равно 2,2104 лмоль1с1. Определите скорость этой реакции, если известны концентрации = 4,1103 моль/л и

=4,1  104 моль/л. При каком значении концентрации аргона скорость реакции увеличивается вдвое?

3. Химическая реакция в жидкой фазе H2O + = 2+ 2H+ характеризуется кинетическим уравнением, соответствующим стехиометрическому. Напишите выражение скорости реакции через концентрации реагирующих веществ; установите соотношение между рН и концентрацией .

4. Для газофазной реакции N2O5 = N2O + 0,5 O2 при 25 оС получены следующие опытные данные:

Время, мин

0

20

30

40

50

60

Давление кислорода, торр

0,0

7,0

11,9

17,1

20,2

24,9


Покажите, что речь идет о реакции нулевого порядка; вычислите значение константы скорости реакции при этой температуре и укажите ее размерность.

5. Для реакции разложения муравьиной кислоты при температуре 50 оС получены следующие данные:

, с

0

60

120

240

360

480

660

840

, моль/л

0,0

0,120

0,223

0,390

0,521

0,6223

0,735

0,810

Найдите порядок реакции и вычислите значение константы скорости.


^ ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА К8

ИНТЕГРАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОРЯДКОВ РЕАКЦИИ. МЕТОД ПОДСТАНОВКИ


Цели работы

1. Познакомиться с интегральным методом определения порядка реакции.

2. Определить порядок исследуемой реакции интегральным методом.

3. Найти величину константы скорости реакции.




Рекомендации по работе и задание на лабораторную работу

Сначала программа по введенным студентом данным строит кинетическую кривую, а затем строит анаморфозы этой кривой в трех различных координатах, соответствующим целочисленным порядкам реакции: первому, второму и третьему. Студент должен сделать правильный выбор порядка реакции по виду полученных анаморфоз, и затем перейти к определению величины константы скорости.

Согласно варианту лабораторной работы, указываемому преподавателем, исследовать три разных реакции. Стехиометрические уравнения реакций не приводятся, но известно, что все они имеют целочисленный порядок и протекают при 298 К.

Можно в общем виде каждую реакцию представить одним из следующих уравнений:

А  продукты; 2А  продукты; А1+А2  продукты;

3А продукты; А1+2А2продукты; А1+А2+А3 продукты.

Поскольку определяется общий порядок реакции, то для реакций, в которых участвует несколько исходных веществ, их начальные концентрации берутся одинаковыми.

Для каждой реакции даны три опыта, в которых различается начальная концентрация того исходного вещества, по изменению концентрации которого определяется скорость реакции.

В рамках лабораторной работы необходимо:

1) построить кинетические кривые по каждому опыту;

2) представить опытные данные в координатах, соответствующих трем целочисленным порядкам реакции: первому, второму и третьему;

3) определить порядки всех трех реакций интегральным методом (графически, методом подстановки).

4) найти константы скоростей исследуемых трех реакций.

Все это требуется сделать для всех реакций и для всех концентраций, т.е. обработке подлежат девять опытов.


^ Отчет по лабораторной работе

В отчете по лабораторной работе должны быть

1) краткая теоретическая часть по сути интегрального метода определения порядка реакции;

2) графическое изображение одной кинетической кривой для одной из реакций;

3) для этой кинетической кривой нужно привести три графика с анаморфозами кривой в соответствующих координатах;

4) таблицы с данными расчета о порядках реакции и константах скоростей по всем девяти опытам.

В выводах по работе нужно отразить:

1) какой порядок имеют исследуемые реакции и чему равны их константы скоростей;

2) влияние концентрации реагента на начальную скорость реакции;

3) влияние концентрации реагента на константу скорости.

Таблица 1

^ Номера опытов, необходимых для выполнения лабораторной работы

Вариант 1

Вариант 2

Реакция I

Опыты 1; 2; 3

Реакция I

Опыты 4; 5; 6

Реакция II

Опыты 31; 32; 33

Реакция II

Опыты 28; 29; 30

Реакция III

Опыты 64; 65; 66

Реакция III

Опыты 61; 62; 63

Вариант 3

Вариант 4

Реакция I

Опыты 7; 8; 9

Реакция I

Опыты 10; 11; 12

Реакция II

Опыты 34; 35; 36

Реакция II

Опыты 37; 38; 39

Реакция III

Опыты 58; 59; 60

Реакция III

Опыты 100; 101; 102

Вариант 5

Вариант 6

Реакция I

Опыты 13;14; 15

Реакция I

Опыты 16; 17; 18

Реакция II

Опыты 40;41; 42

Реакция II

Опыты 43; 44; 45

Реакция III

Опыты 67; 68; 69

Реакция III

Опыты 79; 71; 72

Вариант 7

Вариант 8

Реакция I

Опыты 19; 20; 21

Реакция I

Опыты 97; 98; 99

Реакция II

Опыты 46; 47; 48

Реакция II

Опыты 49; 50; 51

Реакция III

Опыты 73; 74; 75

Реакция III

Опыты 55; 56; 57

Вариант 9

Вариант 10

Реакция I

Опыты 64; 65; 66

Реакция I

Опыты 4; 5; 6

Реакция II

Опыты 52; 53; 54

Реакция II

Опыты 79; 80; 81

Реакция III

Опыты 76; 77; 76

Реакция III

Опыты 88; 89; 90



^ Задачи по лабораторной работе

1. Считают, что газофазная реакция А = В + С имеет первый порядок. Известно, что при определенной температуре начальное давление равно 200 торр, а через 2 мин протекания реакции общее давление равно 220 торр. Определите константу скорости и укажите ее размерность.

2. Для реакции между триэтиламином (C2H5)3N и иодистым метилом CH3I, протекающей в растворе при одинаковых начальных концентрациях реагентов, равных 0,05 моль/л, получены результаты:

Время, с

325

1295

1550

1975

% израсходованных реагентов

31,5

64,9

68,8

73,7

Покажите, что реакция имеет второй порядок; рассчитай те константу скорости этой реакции и укажите ее размерность.

3. Для реакций разных порядков, протекающих при одинаковых начальных концентрациях реагентов, равных 1 моль/л , половина исходного вещества превращается за время равное . Покажите, сколько требуется времени (выразите в ), чтобы практически все количество исходного вещества превратилось в продукты для реакций нулевого, первого и второго порядков.

4.Азодифенилметан в растворе толуола распадается с выделением азота:



Кинетику этой реакции изучают при 54 оС ( 1 л раствора содержит 0,01 моль реагента), измеряя объем выделившегося азота при давлении 1 атм:

, мин

20

34

100

200

V, см3

30,:

49

121,8

188,2

Покажите, что порядок этой реакции равен единице, и определите значение константы скорости, указав ее размерность.

5. При изучении реакции между пиридином и иодистым этилом

C5H5N + C2H5I = C7H10N+ + I для одинаковых концентраций реагентов, равных 0,1 моль/л измерялась концентрация ионов I через определенные промежутки времени; эти данные приведены ниже:

, с

235

465

720

1040

1440

1920

2370

,моль/л

15

26

35

44

52

59

64

Определите порядок реакции и вычислите значение константы скорости.


^ ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА К9

МЕТОД ПОЛУПРЕВРАЩЕНИЯ. МЕТОД ОСТВАЛЬДА-НОЙЕСА


Цели работы

Познакомиться с теоретическими основами методов.

Определить порядок реакции и константу скорости методом полупревращения.

Определить порядок реакции и константу скорости методом Оствальда-Нойеса.


^ Рекомендации по работе и задание на лабораторную работу

Сначала программа по введенным студентом данным строит кинетическую кривую, при этом на координатной плоскости и появляется горизонтальная полоса, соответствующая определенной доле от начальной концентрации. Это сделано для удобства определения времени превращения исходного вещества на эту долю.

Согласно варианту лабораторной работы, указываемому преподавателем, нужно по табл. 2 определить номера опытов, характеризующих исследуемую реакцию, а экспериментальные данные по этим опытам нужно найти в табл. 1 Приложения.


Таблица 2

^ Номера опытов, необходимых для выполнения лабораторной работы

Вариант

Номера опытов

1

109

110

111

112

113

114

2

121

122

123

124

125

126

3

133

134

135

136

137

138

4

151

152

153

154

155

156

5

169

170

171

172

173

174

6

115

116

117

118

119

120

7

187

188

189

190

191

192

8

127

128

129

130

131

132

9

139

140

141

142

143

144

10

163

164

165

166

167

168

11

145

146

147

148

149

150

12

157

158

159

160

161

162

13

175

176

177

178

179

180

14

181

183

183

184

185

186

15

151

152

153

154

155

156

16

169

170

171

172

173

174

17

115

116

117

118

119

120

18

187

188

189

190

191

192

19

127

128

129

130

131

132

20

121

122

123

124

125

126


Первая часть работы посвящена определению порядка реакции по времени полупревращения. Для выполнения этой части нужно выбрать две или три кинетические кривые из указанного списка.

Вторая часть работы позволяет определить порядок реакции по методу Оствальда-Ноейса. Тут, поскольку используется графический метод, нужно использовать данные по всем кинетическим кривым.

Анализу подвергаются результаты опытов, в которых изменяется только лишь начальная концентрация реагента. Если в реакции участвует несколько веществ, то их начальные концентрации берутся одинаковыми. Температура проведения реакции во всех опытах одинакова и равна 298 К.

Следуя указаниям программы студент находит порядок реакции и величину константы скорости реакции.

Программа составлена таким образом, что вначале порядок исследуемой реакции определяется методом полупревращения (расчетным), а затем методом Оствальда-Нойеса (графическим).

Стехиометрические уравнения реакций не приводятся, но известно, что реакции имеют дробный порядок и протекают при 298 К.

Выполнение лабораторной работы не представляет особой трудности, если следовать указаниям программы и внимательно вводить экспериментальные данные в соответствующие таблицы программы.

В отчете по лабораторной работе нужно привести:

1. Краткую теоретическую часть по указанному методу.

2. Таблицу с вычисленными значениями времен полупревращения, или времен превращения на какую-либо часть.

3. Графическую зависимость, позволяющую определить порядок реакции.

4. Выводы.


Задачи по лабораторной работе

1. Найдите порядок реакции термического разложения N2O при температуре 1030 К на основании следующих экспериментальных данных:

Начальное давление, торр

86,5

164,0

290,0

360,0

Время полупревращения, с

634

393

255

212

2. При изучении реакции C2H5I + OH = C2H5OH + I проводимой при условии, что , были измерены времена полупревращения для различных начальных концентраций реагентов при 298 К:

Начальная концентрация, моль/л

0,01

0,025

0,05

0,075

0,100

Время полупревращения, мин

1110

445

220

150

110

Покажите, что эти результаты отвечают кинетике второго порядка и найдите значение константы скорости реакции.

3. Для газофазной реакции разложения N2O при 1030 К получены экспериментальные результаты по зависимости времени полупревращения от начального давления N2O:

Начальное давление N2O , торр

360

290

139

52,5

Время полупревращения, с

212

255

470

860

Определите порядок реакции и найдите значение константы скорости.

4. Для газофазной реакции между NO и H2 при 1100 К получены опытные данные времени полупревращения в зависимости от начального давления реагентов при условии, что . Найдите общий порядок реакции.

Начальное давление , торр

354

341

288

202

Время полупревращения, с

81

102

140

224

5.Для определения порядка реакции разложения амида серебра

3AgNH2 = 2NH3 + Ag3N провели три опыта с различными начальными концентрациями AgNH2 , измеряя в каждом опыте времена полупревращения и превращения на четверть . Получены следующие результаты

Начальная концентрация, моль/л

, ч

,ч

1,0

15

7

0,66

34

16

0,50

60

28

Установите порядок реакции, протекающей по простому механизму.


^ ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА К10

ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОРЯДКОВ РЕАКЦИИ

Цели работы

Ознакомиться с основами дифференциального метода определения порядков реакции

Проанализировать серию опытов и определить дифференциальным методом порядок исследуемой реакции.

^ Рекомендации по работе и задание на лабораторную работу

Для определения порядка реакции по одному из исходных веществ этим методом нужно будет проанализировать серию кинетических кривых и по начальным скоростям реакций, протекающих при разных начальных концентрациях реагента, определить порядок реакции.

Общий вид стехиометрического уравнения исследуемой реакции

А + В = продукты.

Начальная концентрация вещества В равна увеличенной в 102 раз начальной концентрации вещества А.

Сначала программа по введенным студентом данным строит кинетическую кривую одного какого-либо опыта. По этой кинетической кривой нужно определить начальную скорость реакции. Методика определения начальной скорости подробно рассмотрена в лабораторной работе К-7, однако для удобства в рамках этой лабораторной работы также приведен фрагмент работы К-7.

Следуя указаниям программы, студент определяет начальные скорости реакции по всем кинетическим кривым и находит затем и порядок реакции и константу скорости реакции.

Исследованию подвергаются кинетические кривые, полученные в шести опытах, номера которых согласно варианту, указанному преподавателем, находятся по таблице 2.

Исследуемая реакция во всей серии опытов проводится при одной температуре, известно, что порядок реакции по веществу А дробный.

Возможно определение частного порядка реакции по одной кинетической кривой. Тогда нужно уметь определять скорости реакции в любой момент времени. Об этом подробно также рассказано в лабораторной работе К-7, однако, для удобства выполнения работы К-10, в нее включен фрагмент расчета лабораторной работы К-7.

Выбрать кинетическую кривую для анализа студент должен самостоятельно из предложенной серии опытов.

Отчет по лабораторной работе должен содержать:

Краткую теоретическую часть по сути вопроса.

Таблицу расчетных данных по скоростям реакций.

Графическую зависимость, позволяющую определить частный порядок реакции и константу скорости.

Выводы.

В выводах следует не только привести полученные значения порядка реакции и константы скорости, но и пояснить, каким образом можно определить порядок реакции по одному компоненту, если в реакции участвует два вещества.


^ Задачи по лабораторной работе

1. Изучение термического разложения диметилсульфоксида (DMSO) при 340 оС проводили путем измерения начальной скорости образования продукта метана. Для начальной концентрации DMSO равной 4,3 103 моль/л получены следующие результаты:

Время, с

30

150

300

600

, моль/л

0,125

0,50

1,00

1,85

Определите начальную скорость образования метана; найдите начальный порядок реакции и константу скорости образования метана, если известны значения начальных скоростей для других начальных концентраций при 340 оС:

, моль/л

2,5

10

wo106 , моль/(лc)

1,95

7,94


2. Окисление в газовой фазе углеводорода RH приводит к образованию гидропероксида RO2H. В опытах, проведенных при температуре 127 оС и постоянном объеме, получены следующие значения для начальной скорости окисления wо , измеренные при анализе гидропероксида:

, торр

, торр

wo108 , моль/(лc)

200

152

9,30

200

130

8,37

200

85

5,45

150

85

4,10

120

85

3,45

Найдите порядок реакции по каждому реагенту и рассчитайте константу скорости.

Изучение газофазной реакции при постоянной температуре

2NO + Cl2 = 2 NOCl позволило получить следующие экспериментальные данные:




Опыт 1

Опыт 2

Опыт 3

Начальное давление , атм

0,50

1,0

0,50

Начальное давление , атм

0,50

1,0

1,0

Начальная скорость wо, атм/с

5,1103

4,0102

1,0102

Получите кинетическое уравнение скорости данной реакции; укажите порядок реакции по веществам и в целом; определите значение константы скорости.

4. Для реакции типа 2А + 3В = Р1 + Р2 при одинаковой температуре получены следующие опытные данные:




Опыт 1

Опыт 2

Опыт 3

Начальная концентрация А, моль/л

0,10

0,20

0,20

Начальная концентрация В, моль/л

0,10

0,10

0,20

Начальная скорость wо, моль (А)л1с1

0,10

0,40

0,40

Установите кинетическое уравнение скорости реакции; укажите порядок реакции по веществам и в целом; вычислите значение константы скорости и скорость самой реакции для текущих концентраций = = 0,30 моль/л.

. Для реакции 2NO + 2H2= N2+ 2H2O при определенной температуре получены следующие экспериментальные результаты:

, торр

, торр

wо, атм/с

, торр

, торр

wо, атм/с

289

400

0,160

400

359

0,150

205

400

0,110

400

300

0,103

147

400

0,079

400

152

0,025

Определите порядок реакции по каждому веществу и получите кинетическое уравнение реакции.


^ ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА К11

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭНЕРГИИ АКТИВАЦИИ И ПРЕДЭКСПОНЕНЦИАЛЬНОГО МНОЖИТЕЛЯ


Цели работы

Ознакомиться с теоретическим материалом по зависимости скорости реакции от температуры.

Проанализировать серию опытных данных и определить величину энергии активации и предэкспоненциального множителя исследуемой реакции


^ Рекомендации по работе и задание на лабораторную работу

При выполнении расчетов по энергии активации необходимо располагать данными о константах скорости реакции при разной температуре. В рамках данной лабораторной работы программа составлена таким образом, чтобы студент находил константы скорости реакции на первом этапе, а затем, используя их, определял величину энергии активации и предэкспоненциального множителя. В программу заложен интегральный графический метод определения порядка реакции, и в задании на лабораторную работу рассмотрены опыты, в которых известно, что порядок реакции целочисленный. Конечно, фрагмент расчета, касающийся определения энергии активации, можно использовать и для случая, когда заранее найдены константы скорости реакций с дробным порядком. Просто в таблицу для расчета энергии активации нужно будет вводить соответствующие величины констант скоростей, а начальную часть расчета не использовать.

Согласно варианту, указанному преподавателем, из табл. 3 студент находит номера опытов, которые нужно проанализировать, а данные по самим опытам находятся из табл.4.

Таблица 3

^ Номера кинетических кривых, необходимых

для проведения лабораторной работы

Вариант

Номера опытов

Вариант

Номера опытов

1

3

1

3

1

3

11

55

58

64

67

73

2

28

2

28

2

28

12

79

88

94

100

106

3

58

3

58

3

58

13

7

13

16

19

25

4

81

4

81

4

81

14

31

37

40

46

52

5

3

5

3

5

3

15

55

61

64

79

76

6

33

6

33

6

33

16

83

86

92

98

107

7

60

7

60

7

60

17

2

5

8

114

23

8

84

8

84

8

84

18

29

32

35

44

50

9

6

9

6

9

6

19

59

65

68

71

74

10

28

10

28

10

28

20

80

92

98

104

107

Отчет по лабораторной работе должен содержать:

Краткую теоретическую часть по сути вопроса

Результаты определения констант скоростей реакции при разных температурах.

Графическую зависимость, позволяющую определить энергию активации и предэкспоненциальный множитель.

Выводы.


Задачи по лабораторной работе

1. Для реакции в газовой фазе А = В + С измеряют начальную скорость при различных температурах. Исходная концентрация вещества А равна 5,8103 моль/л.

Температура, оС

502

527

547

567

Начальная скорость wо103, моль/(лс)

6,5

18,0

38,0

78,0

Установите, применимо ли для этой реакции уравнение Аррениуса; Вычислите параметры уравнения Аррениуса (предэкспоненциальный множитель и энергию активации), если известно, что реакция имеет первый порядок.

2. Разложение сложного органического соединения подчиняется кинетике первого порядка. Значения константы скорости приведены ниже:

Температура, оС

35

40

45

50

54

57

61,2

k104, c1

1,82

3,85

7,90

16,40

27,4

40,0

73,8

Определите параметры уравнения Аррениуса.

3. На основании температурной зависимости константы скорости реакции декарбоксилирования анионов замещенных карбоксильных кислот найдите параметры уравнения Аррениуса и вычислите значение константы скорости при 70 оС.

Температура, оС

20,07

36,87

50,03

k102, л моль1c1

1,8

13,1

43,0

4. При изучении реакции пиролиза 1бутена, приводящей к образованию в основном метана, получены следующие значения константы скорости для различных температур:

Температура, оС

493

509

514

522

541

546

555

k105, c1

8,4

24,1

24,2

38,1

90,2

140,0

172,0

Найдите параметры уравнения Аррениуса для этой реакции.

При изучении кинетики реакции между атомами кислорода и ароматическими углеводородами, например бензолом, получены следующие значения констант скорости:

Температура, К

300,3

341,2

392,2

k107, л моль1c1

1,44

3,03

6,90



^ БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК


1. Краснов К.С. Физическая химия: учеб. для вузов: в 2 кн. / К.С. Краснов [и др.]; под общ. ред. К.С. Краснова. 2-е изд., перераб. и доп. М. : Высш. шк., 2000. Кн. 1. 512 с.

2. Стромберг А.Г. Физическая химия / А.Г. Стромберг, Д.П.Семченко; под ред. А.Г.Стромберга; 2-е изд., перераб. и доп. М.: Высш. шк., 2001. 496 с.

3. Ерёмин В.В. Основы физической химии. Теория и задачи: учеб. пособие для вузов / В.В.Еремин [и др.]; М.: Экзамен, 2005. 480 с.

4. Горшков В.И. Основы физической химии / В.И.Горшков, И.А.Кузнецов. М.: БИНОМ, Лаборатория знаний, 2006. – 407 с.

5. Байрамов В.М. Основы химической кинетики и катализа / В.М.Байрамов; под ред. В.В.Лунина. М.:изд. центр «Академия», 2003.– 256 с.

6. Романовский Б.В. Основы химической кинетики: учебник/ Б.В.Романовский.  М.: Экзамен, 2006. 415 с.

7. Краткий справочник физико-химических величин. /под ред. А.А. Равделя и А.М.Пономаревой.  СПб.: Иван Федоров, 2003. 240с.

8. Практические работы по физической химии / К.П. Мищенко [и др.]. Л.: Химия, 1982. 400с.

9. Химическая кинетика: учебное пособие / Н.К. Булатов, А.Б. Лундин, Ю.Н. Макурин, Е.И. Степановских, Л.А. Брусницына, Т.А. Петухова.  Екатеринбург: УГТУ−УПИ, 2007. −81 с.


^ Таблица 4

Экспериментальные данные

Опыт 1

Температура 308 К

Опыт 2

Температура 308 К

Опыт 3

Температура 308 К

Опыт 4

Температура 311К

,

мин

с, моль/м3

,

мин

с, моль/м3

,

мин

с, моль/м3

,

мин

с, моль/м3

0

5

0

10

0

15

0

5

5

4,66

5

9,32

5

13,99

5

4,52

10

4,35

10

8,69

10

13,04

10

4,09

20

3,78

20

7,56

20

11,34

20

3,35

30

3,29

30

6,57

30

9,86

30

2,74

40

2,86

40

5,71

40

8,57

40

2,25

50

2,48

50

4,97

50

7,45

50

1,84

60

2,16

60

4,32

60

6,48

60

1,51

70

1,88

70

3,75

70

5,63

70

1,23

80

1,63

80

3,26

80

4,89

80

1,01

90

1,42

90

2,84

90

4,25

90

0,83

100

1,23

100

2,47

100

3,70

100

0,68

120

0,93

120

1,86

120

2,80

120

0,45

Опыт 5

Температура 311К

Опыт 6

Температура 311 К

Опыт 7

Температура 313 К

Опыт 8

Температура 313 К

,

мин

с, моль/м3

,

мин

с, моль/м3

,

мин

с, моль/м3

,

мин

с, моль/м3

0

10

0

15

0

5

0

10

5

9,05

5

13,57

5

4,41

5

8,82

10

8,19

10

12,28

10

3,89

10

7,79

20

6,70

20

10,05

20

3,03

20

6,07

30

5,49

30

8,23

30

2,36

30

4,72

40

4,49

40

6,74

40

1,84

40

3,68

50

3,68

50

5,52

50

1,43

50

2,87

60

3,01

60

4,52

60

1,12

60

2,23

70

2,47

70

3,70

70

0,87

70

1,74

80

2,02

80
<