Решённые задачи (1092271)
Текст из файла
РАБОТА №1.
Рассчитать температуру замерзания водного раствора дихлоруксусной кислоты при ее концентрации Сm=1,500 моль/кг, если известно, что при ее концентрации С/m=1,703 моль/кг величина электродного потенциала водородного электрода при 00 С и давлении водорода 101,3 кПа составляет Е0=-0,043 В (при расчете полагать, что активности совпадают с концентрациями).
Решение
Дихлоруксусная кислота диссоциирует по уравнению:
ССI2COOH=H+ + ССI2COO- (1)
Обозначив молекулу кислоты АН, запишем уравнение (1) в форме:
АН= H+ + А- (1)
Понижение температуры замерзания раствора электролита определяется соотношением:
∆Т3=i*Kk* Сm, где (2)
i – изотонический коэффициент;
Kk – криоскопическая постоянная (для воды равна 1,86 кг*К/моль);
Сm – концентрация электролита, моль/кг.
Таким образом, задача сводится к нахождению изотонического коэффициента для раствора кислоты моляльной концентрации Сm=1,500 моль/кг. Изотонический коэффициент связан со степенью диссоциации α уравнением:
i = 1+α(К-1) (3)
К – число ионов, на которые распадается молекула электролита (для нашей задачи К=2)
Для раствора слабого электролита «АН» степень диссоциации определяет величину константы диссоциации Кd:
САН, СА, СН – равновесные концентрации молекул кислоты и соответствующих ионов.
Если известна концентрация ионов водорода и концентрация кислоты С/m, то по уравнению (4) рассчитываются величины Кd и α.
Концентрация ионов водорода в растворе ( ) определяет величину электродного потенциала нестандартного водородного электрода.
При РН=101,3 кПа
R – универсальная газовая постоянная, равная 8,31 Дж/моль*К;
F – число Фарадея (96 487 кул/г-экв).
По уравнению (5) рассчитаем концентрацию водорода в 1,703 моляльном растворе дихлоруксусной кислоты при 00 С:
ln =-EF/RT=-0,043*96 487/8,31*273=-1,828
В соответствии с уравнением (1/) концентрация ионов водорода равна концентрации анионов
; концентрация молекул кислоты САН определяется как разность между исходной концентрацией кислоты С/m и концентрацией ионов водорода:
САН= С/m- =1,703-0,1607=1,542 моль/кг
По уравнению (4) рассчитываем Кd:
Кd= *
/ САН=0,1607*0,1607/1,542=1,67*10-2
Полученное значение константы диссоциации слабой кислоты соответствует температуре замерзания чистой воды – 273,15 К; при незначительных изменениях температуры (несколько градусов) можно полагать Кd постоянной.
Рассчитаем по уравнению (4) степень диссоциации для раствора кислоты с концентрацией Сm = 1,500 моль/кг. Для этого решим уравнение (4) относительно α:
Сm*α2 + Кd*α - Кd=0
1,5*α2 + 1,67*10-2*α - 1,67*10-2=0
α1=0,636 (отрицательный корень, как не имеющий физического смысла, выбрасываем).
В соответствии с уравнением (3) изотонический коэффициент:
i=1+α(K-1)=1+0,636(2-1)=1,636
понижение температуры замерзания по уравнению (2) составит:
∆Т3=1,636*1,86*1,5=4,564 К
Итак, температура замерзания 1,500 мольного раствора дихлоруксусной кислоты понизится на 4,564 К по сравнению с чистой водой и составит:
Т3=273,150-4,564=268,586 К.
РАБОТА №2.
Для реакции А+В→Д начальные концентрации веществ А и В равны и составляют С0(А)=С0(В)=1,00 моль/л. изменение концентрации вещества А во времени при различных температурах представлено в табл. 2.1. Определить энергию активации и время, за которое 23% вещества А при Т5=440 К превратится в продукты реакции Д.
Решение
Представим исходные данные в виде таблицы.
Таблица 2.1.
Изменение концентрации вещества А во времени при различных температурах
Время, с | Текущая концентрация СА, моль/л | ||||
0 | 1,00 | 1,00 | 1,00 | 1,00 | 1,00 |
10 | 0,90 | 0,93 | 0,95 | 0,96 | - |
70 | 0,50 | - | - | - | - |
400 | 0,10 | - | - | - | - |
Температура, К | 403 Т1 | 396 Т2 | 390 Т3 | 387 Т4 | 440 Т5 |
Чтобы решить задачу, необходимо определить вид кинетического уравнения реакции, т. е. найти значения константы скорости реакции Кi для различных температур и порядок реакции «n».
Для случая, когда С0,А=С0,В кинетическое уравнение в дифференциальной форме имеет вид:
V=-dc/dτ=K*Cn, где (6)
V – скорость химической реакции;
К – константа скорости;
С – текущая концентрация.
Интегрирование этого уравнение дает выражение:
Кτ=(1/(n-1))(1/Cn-1 - 1/C0 n-1) (7)
Зная порядок реакции «n», константу скорости «К» и исходную концентрацию С0, можно решить поставленную задачу.
а) Порядок реакции удобно определить графически (рис. 1). Для этого по данным табл. 2.1. построим кривую изменения концентрации исходного вещества во времени при Т1=403 К.
Рис. 1
Графически скорость реакции определяется как тангенс угла наклона касательной к кривой в выбранной точке. Логарифмируя уравнение V=K*Cn, получим выражение
lnV=lnK+nlnC (8)
т. е. в координатах lnV – lnС график представляет собой прямую, такгенс угла которой определяет порядок реакции (рис. 2).
Для построения этого графика найдем пять значений скорости при произвольно выбранных концентрациях, моль/л:
С1=0,8; С2=0,7; С3=0,6; С4=0,5; С5=0,4.
На рис. 1 проводим касательные в выбранных точках и определяем тангенс наклона этих касательных к оси абцисс. Так мы получаем значение скорости Например:
при С3=0,6 моль/л
V3=tgα=0,95/140=6,78*10-3
Полученные данные в таблице 2.2.
Таблица 2.2.
Скорость реакции Vi при концентрациях Сi
Сi, моль/дм3 | 0,8 | 0,7 | 0,6 | 0,5 | 0,4 |
Vi*10-3, моль/л*с | 9,10 | 8,52 | 6,78 | 2,43 | 1,75 |
ln Ci | - 0,223 | - 0,356 | - 0,511 | - 0,693 | - 0,916 |
ln Vi | - 4,70 | - 4,76 | - 5,00 | - 6,02 | - 6,34 |
По данным табл. 2.2. строим график в координатах «lnV – lnС» (рис. 2), представляющей прямую. Значение «n», равное тангенсу угла наклона этой прямой к оси абцисс tgα, оказалось равным:
n = tgα = (4,18-6,20)/0,9=2,24=2
Итак, порядок реакции второй.
Рис. 2
Отрезок, который эта прямая отсекает на оси ординат, равен логарифму константы скорости при Т=403 К (lnK). Из графика на рис. 2
lnK=4,19
б) Данный метод определения порядка реакции может дать неверные результаты, т.к. зависит от точности проведения касательной к кривой (рис. 1). Поэтому для проверки определим порядок реакции по периоду полупревращения τ0,5, т. е. времени, в течение которого претерпевает превращение половина исходного вещества С=С0/2.
Период полупревращения (полураспада) связан с порядком реакции соотношением:
τ0,5=(2n-1-1)* С01-n/К(n-1) (9)
логарифмируя выражение (9) и обозначив (2n-1-1)/К(n-1)=В, получим
lnτ0,5=lnB-(n-1)* lnС0 (10)
уравнение (10) имеет вид прямой в координатах «lnτ0,5 - lnС0 ». Тангенс угла наклона этой прямой есть «n-1» или n=lnα + 1.
Определить период полупревращения при различных исходных концентрациях можно на рис. 1. При исходной концентрации С0=1 моль/л концентрация вещества А уменьшается до значения 0,5 моль/л за 70 с, т. е. τ0,5(1)=70 с. Аналогично определяем время при других концентрациях.
Данные сведем в табл. 2.3.
Таблица 2.3.
Период полупревращения τ0,5(i) при различных исходных концентрациях С0(i)
С0(i), моль/л | 1,0 | 0,9 | 0,8 | 0,7 | 0,6 |
τ0,5(i), с | 70 | 73 | 90 | 110 | 150 |
lnС0(i) | 0 | - 0,105 | - 0,223 | - 0,356 | - 0,511 |
lnτ0,5(i) | 4,24 | 4,29 | 4,50 | 4,70 | 5,01 |
По данным табл. 2.3. строим график в координатах «lnτ0,5 - lnС0 » (рис. 3). Он представляет прямую линию, находим порядок реакции «n»:
tgα=0,52/0,40=1,30
n==tgα+1=1,30+1=2,30=2
Рис. 3
Оба способа дали одинаковое значение порядка реакции. Подставив значение n=2 в уравнение (7) получим кинетическое уравнение для рассматриваемой реакции:
Кτ=(1/С) – (1/С0) (11)
Характеристики
Тип файла документ
Документы такого типа открываются такими программами, как Microsoft Office Word на компьютерах Windows, Apple Pages на компьютерах Mac, Open Office - бесплатная альтернатива на различных платформах, в том числе Linux. Наиболее простым и современным решением будут Google документы, так как открываются онлайн без скачивания прямо в браузере на любой платформе. Существуют российские качественные аналоги, например от Яндекса.
Будьте внимательны на мобильных устройствах, так как там используются упрощённый функционал даже в официальном приложении от Microsoft, поэтому для просмотра скачивайте PDF-версию. А если нужно редактировать файл, то используйте оригинальный файл.
Файлы такого типа обычно разбиты на страницы, а текст может быть форматированным (жирный, курсив, выбор шрифта, таблицы и т.п.), а также в него можно добавлять изображения. Формат идеально подходит для рефератов, докладов и РПЗ курсовых проектов, которые необходимо распечатать. Кстати перед печатью также сохраняйте файл в PDF, так как принтер может начудить со шрифтами.