КАТЕГОРИИ: Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748) |
Расчеты концентраций реагентов и продуктов реакции, скоростей реакции
В ходе реакции концентрации реагентов и уменьшаются, а концентрации продуктов и увеличиваются по сравнению с первоначальными значениями и в некоторый момент времени равны:
С0(В) – исходная концентрация веществ, моль/л Сt(В) – концентрация веществ к моменту времени t, моль/л DС(В) – прореагировало (вступило в реакцию) регентов или образовалось продуктов за отрезок времени Dt, моль/л Как правило, в начальный момент времени концентрации продуктов реакции равны нулю . Изменения концентраций для каждого вещества-участника реакции связаны со стехиометрическими коэффициентами в уравнении реакции: Если известно значение DС для одного вещества, участвующего в химической реакции, то можно рассчитать DС для всех остальных веществ.
В соответствии с выше изложенным различают скорости реакции: – начальную и – в любой момент времени.
Таблица
Используя уравнения (10 - 12) и таблицу 2, можно рассчитать концентрации и скорости реакций в любой момент времени.
Пример 1. Для гомогенной газофазной реакции определить: а) как изменится скорость прямой реакции, если концентрацию азота уменьшить в 2 раза, а концентрацию водорода увеличить в 2 раза; б) давление в системе увеличить в 3 раза. Решение. а) Согласно закону действующих масс, скорость прямой химической реакции описывается уравнением . После изменения концентрации реагентов будут равны ; , тогда , или . Изменение скорости прямой реакции по отношению к первоначальной: , т. е. скорость прямой реакции увеличится в 4 раза.
б) Из уравнения состояния газов (уравнение Менделеева-Клапейрона) (8) следует: , (9) что (при ) прямо пропорционально молярной концентрации газообразных веществ. Следовательно, увеличение (или уменьшение) давления в системе в раз приводит соответственно к увеличению (или уменьшению) концентрации всех газов-участников реакции также в раз. Тогда по условию задачи при увеличении давления в 3 раза новые концентрации веществ (): ; , тогда или , откуда: , т. е. скорость прямой реакции увеличится в 81 раз.
Пример 2. Для реакции определите: а) как был изменен объем системы, если скорость прямой реакции уменьшилась в 4 раза? б) как при этом изменилась скорость обратной реакции? Решение. а) Прямая реакция гетерогенная, углерод не учитывается в законе действующих масс, поэтому: , или, учитывая (2): , получаем: . Обозначим новый объем ; так как количество в системе не меняется, то , и По условию задачи , откуда ; или , т. е. . Следовательно, объем системы увеличился в 2 раза (). б) Поскольку молярная концентрация вещества обратно пропорциональна объему системы (уравнение 2), то при увеличении объема в раз концентрации газообразных и растворенных веществ уменьшаются в раз, а при уменьшении объема системы в раз концентрации этих веществ увеличиваются в раз. Если объем системы увеличился в 2 раза, то для обратной гомогенной реакции закон действующих масс запишется: до изменения объема: ; после увеличения объема в 2 раза: . И тогда соотношение: Скорость обратной реакции уменьшилась в 8 раз.
Пример 3. Начальные концентрации реагентов газофазной реакции равны (моль/л): ; . Рассчитать: а) во сколько раз по сравнению с первоначальной изменится скорость прямой реакции в тот момент, когда прореагирует 20% сероуглерода. б) скорость обратной реакции в этот момент времени, если моль-2·л2·с-1. Решение. Для наглядности внесем исходные данные в таблицу.
Таблица 3
По мере определения указанных в таблице величин будем вносить их значения в таблицу. Значения обозначаем *. Для ответа на поставленные в задаче вопросы необходимо рассчитать: или: , т. к. . Задача сводится в основном к определению изменения концентраций веществ, участвующих в реакции. По условию задачи прореагировало 20% . Чтобы определить , составляем пропорцию:
откуда моль/л. Находим - изменение концентрации реагентов и продуктов в ходе реакции, используя соотношение (). , откуда: моль/л; моль/л; моль/л. Вычисляем концентрации реагентов и продуктов в момент времени : Реагенты: моль/л. моль/л. Продукты: моль/л. моль/л. Ниже представлен окончательный вариант таблицы 3 с результатами расчетов.
Таблица 4
а) Вычисляем, во сколько раз изменится скорость прямой реакции в момент времени по сравнению с первоначальной. . Итак, скорость прямой реакции уменьшится в 19,53 раза. б) Рассчитаем скорость обратной реакции .
Пример 4. Начальная концентрация оксида азота (I) в реакции составляет 0,7 моль/л, константа скорости прямой реакции . Определить скорость прямой реакции в тот момент времени, когда образовалось 0,3 моль/л диоксида углерода; массовую долю прореагировавшего оксида азота (I), а также концентрацию образовавшегося азота в этот момент. Решение. Для решения задачи необходимо: а) рассчитать скорость прямой гетерогенной реакции в момент : ; б) концентрацию продукта реакции () в момент : ; в) массовую долю прореагировавшего диоксида углерода (). По условию задачи моль/л; моль/л. Тогда, пользуясь соотношением , определяем: а) моль/л; моль/л. . б) моль/л. моль/л. в) .
Пример 5. Константа скорости гомогенной реакции равна . Через некоторое время от начала реакции в реакционной смеси обнаружено 20 % от первоначального количества HJ, 0,2 моль/л и 0,4 моль/л . Рассчитать концентрацию в этот момент и начальную скорость прямой реакции.
Решение. Известна концентрация одного из продуктов реакции – , что позволяет вычислить изменение концентрации к моменту времени : моль/л; моль/л. Тогда, пользуясь соотношением , определяем: (моль/л); (моль/л); (моль/л). Искомая концентрация в момент времени : моль/л; Находим начальные концентрации реагентов. Поскольку , то моль/л. О втором реагенте () известно, что в реакционной смеси обнаружено () 20 % от первоначального количества; значит, прореагировало () 80 %. Составляем пропорцию:
откуда (моль/л). Результаты расчетов представим в виде таблицы 5.
Таблица 5
Начальную скорость прямой реакции рассчитываем по закону действующих масс: .
Пример 6. В результате протекания реакции к некоторому моменту времени в реакционном сосуде объемом 5 л образовалось 71 г , осталось 0,4 моль , а хлора прореагировало в 2 раза больше, чем осталось. Рассчитать концентрацию образовавшегося кислорода и скорость прямой реакции, если . Решение. Вычислим концентрацию продуктов реакции: моль/л. Поскольку моль/л, моль/л. Тогда, пользуясь соотношением , определяем: моль/л; моль/л; моль/л. Искомая концентрация кислорода в момент времени : моль/л. Находим начальные концентрации реагентов. Для этого сначала определяем концентрацию воды в момент времени : моль/л, Поскольку , то начальная концентрация воды моль/л. По условию задачи, хлора прореагировало в 2 раза больше, чем осталось: , откуда концентрация хлора в момент времени : моль/л. Учитывая, что , определяем начальную концентрацию хлора: моль/л. Результаты расчетов представим в виде таблицы 6.
Таблица 6
Рассчитываем скорость прямой реакции в начальный момент времени:
; скорость прямой реакции в момент времени : .
Дата добавления: 2014-01-03; Просмотров: 7881; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы! Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет |