И.В. Кудряшов, Г.С. Каретников - Сборник примеров и задач по физической химии (1134495), страница 77
Текст из файла (страница 77)
Р е ш е н и е. Поскольку на металлическом серебре в ходе реакции образуется бромид серебра, можно предположить, что скорость реакции лимнтируется скоростью диффузии Ап или Вг через слой АдВг. Для проверки предположения строим графини зависимостей Ат,'3 =- = Г (с) (1) и (лт/3)в = 7'(с) (2). Прямая в координатах (Лт/3)в — С подтверждает предположение о том, что реакция протекает в диффузионной области, Константу скорости й' находим из графика как тангенс угла наклона прямой: 1а са= — Л =8,0.10-а гт/(см' с).
13. Для реакции окисления тория Т)л дующие данные при 598 К: Цмин.......,..... 1 4 (Лт.х).10а, г/слег ...,... 3 5,5 (Лт/Я)т 10'т, г'/сма,... 9 18,28 Какие сведения о механизме реакции можно получить из этих данных? Вычислите константы скорости. Р е ш е н и е. Поскольку на частицах тория в ходе реакции образуется слой оксида, можно предположить, что реакция будет опредегяться скоростью диффузии Для проверки предположения строим лрафики в координатах Ат/Б — С и (Лт/3)в — ! (рис. 51). Зависимость (Лт/3)в = — / (() выражается прямой, т.
е. реакция лимитируется диффуз ней. Отсюда константа скорости будет 625 — 9 а=18 се= —. — 10 — "' гт/(сма мин), 64 — 1 1. При исследовании скорости растворения алебастра Са50, в воде при 298 К были получены следующие данные: Скорость перемешивания 2235 об/мин.
Объем жидкой фазы равен ! л; в 50 см' насыщенного раствора при 298 К содержится 0,1047 г Са50,; площадь поверхности куска Са50а 31,55 см'-'. Толщина поверхностного слоя, окружающего твердый кусок, 5 !О ' м имеет концентрацию равную концентрации насыщенного раствора. Определите константу растворения и коэффициент массопереноса. 2. В кювете, заполненной водой, находится таблетка бензойной кислоты.
В верхней части сосуда вода все время течет и концентрация СвН,СООН в потоке равна О. Концентрация в насыщенном растворе с, == 0,024 моль.'л. С,Н,СООН растворяется и диффундирует к протекающей воде. Температура опыта 298 К, площадь Б„„„,„= 2 см', расстояние от таблетки до потока 5 см и масса таблетки т == ! г, коэффициент 17 =- 0,75 сма!сут. Объясните, является ли этот процесс стационарным? Какое количество бензойной кислоты в указанных условиях растворяется за сутки? 3. Кусок мрамора с постоянной площадью поверхности растворяется в 1 л 1 н. НС1, причем в течение первой минуты скорость растворения равна 5 г!мин.
Раствор перемешивают с постоянной скоростью. Определите объем СО, (измеренный при н.у.), выделяющийся в течение 20 мин, а также время, необходимое на выделение такого же объема газа прн погружении идентичного куска мрамора в 2 л той же кислоты. 4. Скорость растворения куска мрамора с постоянной площадью поверхности в ! н. НС! равна 0,091 мг-экв7с в тот момент, когда титр кислоты понизился на т7, его первоначального значения. Сколько времени потребовалось, чтобы произошло такое падение концентрации? 5. Гипс СаБО, 2Н,О растворяется в воде 'при 298 К. Скорость перемешнвання постоянная. Объем жидкой фазы 1 л.
Площадь поверхности Б неизменна н равна 31,55 см'. Коэффициент диффузии 0 == 1,45 смт!сут. Результаты опытов: К мии.......,, . 0 5 10 Концентрация раствора в 50 смв, г . . . , . . . . 0,027 0,048 0,063 Установите тип потока. Вычислите концентрацию насыщенного раствора (г) в 50 см', д =- ВБ!8(7. 6. Медный шар вращают в азотной кислоте н время от времени взвешивают.
В течение первой секунды масса уменьшилась от 4,3465 до 4,0463 г, в течение второй — от 4,0463 до 3,?673 г. Средняя площадь поверхности за этн интервалы времени была соответственно равна 289,93 и 276,40 см'. Полагая, что объем кислоты очень велик и концентрация ее остается практически постоянной, рассчитайте, сколько меди растворится в течение шестой секунды, если средняя площадь поверхности за это время будет равна 225,!5 см'. 7. Сплавленная бензойная кислота, имеющая площадь поверхности 18 см', погружена в воду, перемешиваемую с постоянной скоростью.
Через известные промежутки времени из раствора отбирали 20 см' пробы и тнтрованием определяли концентрацию бензойной кислоты. Толщина поверхностной пленки б оставалась постоянной. Концентрация насыщенного раствора бензойной кислоты равна 442 24,3 ммоль7л. Коэффициент диффузии 0 = 0,5 10-' смв?мин. Результат титрования приведен ниже: Времв между отбором проб, мии Ковцеитрацив раствора до и после отбора пробы, ммоль!л Объем жидкой фазы, смв 12 15 !3,3 2,05 3,05 5,05 1020 1000 980 0,75 443 Определите среднюю константу скорости процесса растворения и толщину поверхностного слоя. 8.
Пробирка с водой внесена в помещение с идеально сухим воздухом, температура которого 293 К. Вода испаряется, но уровень ее поддерживается постоянным. В пробирке отсутствует конвективное перемешивание. Сечение пробирки Б =- 0,05 см'. Давление насыщенного пара Рн,о =- 0,023 атм. Вычислите коэффициент диффузии водяных паров в воздух, если расстояние до края пробирки 1,85 см, за 87,5 ч испарилось 1,94 10 ' моль воды. Проверьте полученную величину (3, используя соответствующее уравнение молекулярно-кинетической теории.
9. В пробирку с водой, уровень которой поддерживается постоянным, на расстоянии 20 см от поверхности воды помещают на сетке прокаленный сульфат меди. Сечение пробирки 0,05 см'. Пары воды диффунднруют от воды к сульфату. Температура системы 293 К. Давление насыщенных паров воды Рн,о = 0,023 атм. Коэффициент диффузии воды в воздух Он,о -— 0,24,' см",с. При давлении паров воды у поверхности сульфата 6 10-' мм рт. ст. начинается реакция Сц50а+ НвО Сп504' НаО (Р сопа11 Вычислите: а) время, в течение которого концентрация паров воды на расстоянии !О см от поверхности станет равной концентрации над поверхностью сульфата; б) массу воды, которую поглотит сульфат за !О мин. 10. Реакционный сосуд разделен диафрагмой-катализатором на две части.
По обе стороны диафрагмы-катализатора поступал при одном н том же давлении газ разного состава. Так как давление в обеих частях сосуда постоянно, то обмен веществ между частицами совершался только путем диффузии через диафрагму. С одной стороны диафрагмы подавали газ, содержащий в! см' 0,008 см' ацетилена, с другой стороны — чистый воздух.
Диффундирующнй сквозь диафрагму ацетилен вымывался чистым воздухом и его определяли аналитически. Определите эффективный коэффициент диффузии Р", если толщина диафрагмы б =- 1„34 см, сечение ее Б:--- 4,52 ем', скорость потока чистого воздуха и =- 10 смв!с, скорость диффузии 2,6 10-' смв/с.
11. Определите аналитически и графически зависимость коэффициента диффузии водорода в азот от температуры, используя следующие данные: Т, К ... . . 2 73 288 289,2 293 373 435 483 О, смт1с . . . 0,647 0,743 0,737 0,80 1,05 1,61 1,92 12. Этиловый спирт испаряется в воздух, коэффициент диффузии при 303 К равен 0,4573 см'/с, а при 323 К вЂ” 0,5455 см'/с. Определите коэффициент диффузии этилового спирта в воздух при 3!3 К. МНОГОВАРИАНТНАЯ ЗАДАЧА Растворимость лри 293,2 К лри 333,2 К с , г/!ЕЕ г с .
моль/ н,о /гере г н,о Вещество д л„моль ла, моль Растворимость вещества А в Н,О при Т, = 298,2 К равна сим а при Т, = 333,2 К вЂ” с„. В течение времени при постоянной скорости перемещения (400 об/мин) и постоянной площади поверхности (горизонтальная поверхность) в постоянном объеме )/ растворяли п, моль вещества А за время 73, а за время !, в тех же самых условиях— л, моль. При температуре Т, определите среднюю константу скорости растворения соли А; время, необходимое, чтобы насыщение раствора веществом А достигло 35, 70 и 90 %.
Вычислите приближенно теплоту растворения по данным растворимости при двух температурах, приняв гр =!. ГЛ А ВА ХХЧ!! КИНЕТИКА РЕАКЦИЙ В РАСТВОРАХ. ГОА4ОГЕННЫЙ И ГЕТЕРОГЕННЫЙ КАТАЛИЗ Основные уравнения и символы (К., с. 67! †6; Г., т. 1, с. 170 †1, 255 †3, т. 2, с. 276 †3) Зависимость константы скорости реакции в разбавленном растворе от ионной силы раствора выражается уравнением 18 2=18 /г»+2 Агдгв )/7, (ХХЧП.() А =1/е /»Т /'; (ХХЧП.2) где при 298 К для водного раствора А = 0,509; гд и гв — числа зарядов реагирующих ионов; /)о — константа скорости при бесконечном разведении (Т =- 1); 7 — ионная сила раствора; е — диэлектрическая постоянная.
Зависимость константы скорости реакции от электростатической составляющей энергии Гиббса активизированного комплекса выражается уравнением (ХХЧ»!.3) »ХХЧП.4) 444 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 ГГ 18 19 20 21 22 23 24 25 ЫаС! ЫаС! М8$04 7Н»0 КС1 КВг К( К3$04 К»Ре(СН) 4 ЗН30 Са$04'2Н»0 Са$04 2Н,О РеВгв РеВгв РеС(в Р $04.7Н,О Со$04 7Н30 50$04 7Н»О Сп$0, 5Н»О Хп$0» 7Н30 Хп$04 ° 7Н30 С4$04 4/,Н,о 83С!3.2ЙтО РЬВгт РпВгв РЬВгт РЬВг 35, 92 35,82 38,3 36,32 67,75 146,45 12,04 32,0 0,210 0,21 0,257 0,257 0,385 29,7 37,8 39,6 22,29 57,9 57,9 77,0 36,9 0,947 0,974 0,974 1,08 6,33 6,33 4,50 6,15 7,24 10,35 1,04 1,498 0,0072 0,0072 0,0436 3,69 3,32 3,65 2,38 5,27 3,92 1,94 0,0642 0,0642 0,0642 0,0697 20 20 15 15 10 5 20 15 45 45 9 9 ЗО 4 !5 !О 9 12 12 17 25 35 35 35 35 5,39 26,9 5,94 17,3 9,3 15,6 3 1,6 0,015 0,0746 0,0084 0,0224 0,080 0,38 10,8 1,2 4,96 7,35 4,5 11,60 14,5 0,247 0,0247 0,173 0,25 65 65 35 55 40 15 40 35 75 75 15 15 12 1О 45 40 27 48 24 51 50 70 70 70 70 6,15 30,3 10,1 19,5 11,4 25 3,4 2,5 0,0193 0,0965 0,0114 0,0302 0,065 0,9 20,2 З,О 10,4 17,0 8,08 24,6 15,7 0,264 0,0264 0,185 0,268 1 5 10 4 3 5 4 20 100 6 16 5 2 15 3 12 11 8 14 19 10 1 7 7 гдегг,е гдгве~»Ч 1и Д=!п Дев , !п2=1пь;— ~двьт ' алдвйт где Ао — константа скорости в среде, в которой е = еп; гдегве Аа+ е"дв Аб,,, — электростатическая составляющая энергии Гиббса активированного комплекса; г(дв — расстояние между центрами ионов сферической формы, составляющих активированный комплекс; где, гве — заряды ионов.
Электростатическую составляющую энтропии активирован ного комплекса определяют по уравнению Скорость бимолекулярных гомогенно-каталитических реакций выражается уравнением грел (К), (ХХЧП.5) д,+д,(в) где А» и А г — константы скорости прямой и обратной реакций образования промежуточного комплекса между исходным веществом А и катализатором; Ав — константа скорости распада промежуточного ком- плекса до продуктов реакции; [А1, [В], [К] — концентрации исходных веществ А, В и катализатора. Для й, )) й, — случай Аррениуса ?с= †' [А][В][К] =- КсКа[А)]В][К].
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
