Лаба 2 - Получение кинетических характеристик химической реакции на основе результатов эксперимента
Описание файла
Документ из архива "Лаба 2 - Получение кинетических характеристик химической реакции на основе результатов эксперимента", который расположен в категории "". Всё это находится в предмете "химия" из 3 семестр, которые можно найти в файловом архиве РТУ МИРЭА. Не смотря на прямую связь этого архива с РТУ МИРЭА, его также можно найти и в других разделах. Архив можно найти в разделе "лабораторные работы", в предмете "химия" в общих файлах.
Онлайн просмотр документа "Лаба 2 - Получение кинетических характеристик химической реакции на основе результатов эксперимента"
Текст из документа "Лаба 2 - Получение кинетических характеристик химической реакции на основе результатов эксперимента"
Федеральное агентство по образованию
Московский государственный университет
тонкой химической технологии им. М.В. Ломоносова
Кафедра Общей химической технологии
Лабораторная работа №2
“Получение кинетических характеристик химической реакции на основе результатов эксперимента.”
Вариант № 9
Студент группы ХТ-308
Рассказчиков А.С.
Преподаватель
Шишилов О.Н.
Москва 2013 г.
Цель и задача работы.
Сделав небольшое число опытов, получить исходные данные и по ним рассчитать параметры уравнения Аррениуса для каждой из стадий сложной реакции.
Решение при заданных значениях температуры и среднего времени пребывания проводится на компьютере численным методом. Для проведения численного эксперимента задаются температура и среднее время пребывания в реакторе, результатом эксперимента являются концентрации всех веществ на выходе из реактора
Схема реакции:
(1) А1 → А2
(2) А2 → А3
(3)2 А3 → А4
Исходная область исследования:
по температуре 323-373 К;
по времени 20-80 с.
Теоретическая часть.
Заданная реакция протекает в реакторе идеального смешения, который работает в стационарном изотермическом режиме. Все ее стадии первого порядка, вне зависимости от стехиометрии стадий.
Уравнение Аррениуса связывает константу скорости реакции с температурой:
где k0 – предэкспоненциальный множитель (предэкспонента), Ea – энергия активации, R – универсальная газовая постоянная.
Для расчета энергии активации и предэкспоненты по уравнению Аррениуса минимальный объём серии – два опыта при двух как можно больше различающихся температурах (можно – по краям заданного интервала). Значение среднего времени пребывания не влияет на константы скорости и может быть задано на любом уровне.
Для стационарного режима идеального смешения математическое описание записывается в стандартной форме:
где i – номер вещества, t – среднее время пребывания, c0i , ci – концентрации i-того вещества на входе и выходе из реактора, ri –скорость реакции по i-тому веществу.
Экспериментальная часть.
Задаются значения температуры и среднего времени пребывания в реакторе. После этого выводятся концентрации веществ. Зависимость выводится в виде таблицы. Проводятся пять экспериментов. Для обработки выбираются два.
| Концентрации, моль/л | ||||||
| № | t, сек | Т, К | С1 | С2 | С3 | С4 |
| 1 | 27 | 365 | 0,56529 | 0,16651 | 0,07913 | 0,09454 |
| 2 | 80 | 345 | 0,57997 | 0,13327 | 0,13019 | 0,07828 |
.
Обработка результатов.
Запишем уравнения математического описания заданной
реакции.
Число уравнений равно числу веществ, участвующих в реакции (четырем). Если теперь для каждого из опытов подставить в эти уравнения значения t и концентраций – начальных, заданных в таблице исходных данных, и конечных, полученных в опыте, - то окажется, что уравнения содержат лишь три неизвестных: константы скорости трех стадий. При их расчете можно исключить любое из четырех уравнений.
Решаем данную систему уравнений для двух экспериментов. Получаем значения констант скорости, которые удобно свести в таблицу:
Константы скорости:
| K1 | K2 | K3 | |
| T1=365 | 0,028481611 | 0,059656074 | 0,044249734 |
| T2=345 | 0,009052838 | 0,02689652 | 0,007515938 |
Для расчета параметров уравнения Аррениуса это уравнение приводится к линейному виду:
Уравнение записывается для двух температур:
Вычитая из первого уравнения второе получаем:
Окончательно:
Подставляем экспериментальные данные, результаты оформляем в таблицу:
Параметры уравнения Аррениуса:
| Предэкспоненциальный множитель | Энергия активации |
| 10996328,94 | 59999 |
| 55380,36 | 41699 |
| 8,45*1011 | 92802 |
Обсуждение результатов.
Критерии выбора двух экспериментов. Значение среднего времени пребывания не влияет на константы скорости и может быть задано на любом уровне. Чтобы обеспечить достаточную точность расчета, нужно следить, чтобы концентрации, получаемые в результате опытов, имели достаточно значащих цифр. Если значащих цифр мало (меньше трех), нужно поменять время пребывания. Рекомендуется выбирать как можно более различающиеся температуры.
Оценка полученных результатов. По литературным данным энергия активации имеет порядок около 50 кДж/моль. А предэкспоненциальный множитель имеет порядок около 2,5*1010 .
Чем больше у реакции энергия активации, тем сильнее данная реакция зависит от температуры.
Выводы.
Выгодно брать маленькое время пребывания при большой температуре и
наоборот, в этом случае будет обеспечена близкая глубина превращения в двух
рассматриваемых опытах.
Полученные результаты не критично отличаются от литературных и лежат в пределах соответствующих параметров.
.
