Интегральные методы 3 страница

D₂____________________деление_________см; р _ср ______мм.рт.ст.;

D h ______ см; D t _______ c.

Так как испарение из трубок идет очень медленно, то величина Dh выражается десятыми и даже сотыми долями миллиметра. Поэтому для её измерения используют катетометр: окуляр катетометра позволяет измерять расстояние 2-6 мм с точностью до 0,002-0,008 мм. Чтобы снижение уровня в трубке можно было измерить окуляром, необходимо иметь в центре трубки метку, которая уменьшалась бы в поле зрения окуляра одно­временно с нижней точкой мениска жидкости. Такой меткой служит вершина стеклянного столбика, впаянного в центре трубки.

Прежде чем начать опыты, измеряют катетометром расстояние h₀ от вершины столбика до среза трубки (рис. 5.18). После этого наливают в трубку исследуемую жидкость и помещают её в прибор для измерения коэффициента диффузии и создают необходимые условия: наводят одно из неподвижных делений шкалы окуляра на вершину столбика, а подвижную часть - на нижнюю точку мениска жидкости. Измеряют расстояние от столбика до мениска D₁ в делениях окуляра. Измерение D₁ повторяют через равные промежутки времени 8–10 раз за время опыта.

Опыт заканчивают, когда D уменьшается по сравнению с первоначальной величиной не менее чем на 50 малых делений окуляра, отсчитываемых по барабану. Определяют понижение уровня жидкости в трубке Dh (см), равное изменению D за время опыта,

D h = D₁ - D₂

Чтобы рассчитать коэффициент диффузии, необходимо Dh выразить в сантиметрах. Эту величину умножают на цену деления окуляра, выра­женную в сантиметрах. Среднее значение высоты диффузионного пространства h для данного опыта рассчитываю по уравнению:

,

где D₁ - расстояние от вершины столбика до нижней точки мениска в начале опыта, см; D₂ - расстояние от вершины столбика до нижней точки мениска в конце опыта, см; h - средняя высота диффузионного пространства, по которой вычисляют коэффициент диффузии, см.

Коэффициент диффузии рассчитывают по уравнению

(5.44)

где R – универсальная газовая постоянная, эрг/(моль∙К); r - плотность, г/см³; D t – время испарения, с; р – давление в системе, мм.рт.ст.; p_s – давление насыщенного пара при температуре опыта; 1,0133×10⁶/760 – коэффициент пересчёта давления из мм.рт.ст. в дин/см².

Уравнение (5.44) применимо лишь для стационарного процесса, для которого скорость испарения жидкости постоянна. Если построить график, отложив по оси абсцисс время, а по оси ординат - расстояние от вершины столбика до мениска D, то для стационарного процесса и незначительно различающихся значений D все точки должны группироваться вдоль прямой (рис. 5.20). Однако в действительности при проведении опыта условия испарения изменяются и процесс не является стационарным.

Рис. 5.20. Кинетика испарения вещества в трубке

Так, например, в начале опыта после введения жидкости в трубку пространство над жидкостью ещё не содержит паров. В начальном периоде скорость испарения будет велика, причем она будет уменьшаться со временем, пока не достигнет величины, более или менее отвечающей стационарному процессу. Поэтому точки на графике, соответствующие отсчётам D, выпадают и лежат выше прямой. Всякое нарушение стационарности процесса отражается на кривой зависимости D от времени искривлением или изломом. Таким образом, построение графика позволяет выявить ту часть опыта, для которой процесс диффузии можно считать стационарным, а измеренное значение коэффициента диффузии достаточно надежным. Полученный коэффициент диффузии D рассчитан при давлении р, при котором проводилось измерение. Чтобы пересчитать коэффициент диффузии на атмосферное давление, следует воспользоваться соотношением

,

где D₇₆₀ – коэффициент диффузии при нормальном атмосферном давлении.

В работе необходимо: 1) измерить коэффициент диффузии данного вещества при заданной температуре; 2) рассчитать коэффициент диффузии при р = 760 мм рт. ст. атм. Все полученные данные записывают в табл. 5.7. Делают выводы по работе.

Таблица 5.7

Результаты экспериментов

Вещество______; коэффициент диффузии________

Темпе­ратура, К	р, мм рт. ст.	Время Dt, с	h, см	D h, см	D, см^2/с	D теор, см^2/с		n

Работа 5.6. Изучение кинетики испарения жидкости и определение коэффициента диффузии паров жидкости в воздухе методом адсорбции

Цель работы. Адсорбционным методом определить коэффициент диффузии паров в воздухе.

Если пары исследуемого вещества хорошо сорбируются активи­рованным углем, то для измерения коэффициента диффузии можно применять адсорбционный метод. Этот метод основан на измерении скорости испарения из трубки жидкости, пары которой адсорбируются углем, расположенным над трубкой. Схема прибора для измерения коэффициента диффузии паров адсорбционным методом приведена на рис. 5.21.

Последовательность выполнения работы. Для определения коэффициента диффузии измеряют катетометром расстояние h₀ от среза трубки до верхней части стеклянного столбика.

Рис. 5.21. Схема установки для изучения кинетики испарения чистых веществ адсорбционным методом

Наливают в трубку 1 необходимое количество исследуемой жид­кости и вставляют её в прибор, укрепленный в стеклянной рубашке 2. Затем вставляют в трубку 1 пробирку 3, изготовленную из медной сетки, и наполнить ее высушенным и просеянным активированным углем. Трубку наполняют натронной известью и хлоридом кальция для поглощения паров воды и диоксида углерода и вставляют в крышку прибора; шлиф крышки смазывают вазелином, закрывают прибор.

Настраивают термостат 4 на заданную температуру и выдерживают прибор при этой температуре 15 мин. Измеряют расстояние от верхней части стеклянного столбика до нижней точки мениска А, отмечают время, когда был сделан отсчет, и записывают атмосферное давление (даль­нейшее проведение измерений описано в работе 5).

Контрольные вопросы

1. Что понимают под термином «скорость химической реакции»?

2. Как формулируется основной постулат химической кинетики? Каков физический смысл константы скорости реакции?

3. Что называется частным порядком по веществу и общим порядком реакции?

4. Что называют молекулярностью реакции? Может ли молекулярность быть больше или меньше порядка реакции? Для каких реакций порядок и молекулярность всегда совпадают?

5. Напишите уравнение зависимости концентрации реагирующего вещества от времени для реакции первого порядка. В каких координатах нужно построить зависимость концентрации от времени, чтобы получить прямую линию?

6. Напишите выражение для расчёта периода полупревращения для реакции первого и второго порядка (при равных концентрациях исходных веществ).

7. Сформулируйте правило Вант-Гоффа о температурной зависимости скорости реакции.

8. Напишите уравнение зависимости константы скорости реакции от температуры (уравнение Аррениуса) в дифференциальной форме.

9. Каков физический смысл энергии активации реакции?

10. Какой минимум экспериментальных данных необходим для расчёта энергии активации реакции?

12. Приведите пример цепной реакции и укажите её основные стадии.

13. Перечислите особенности и признаки цепных реакций.

14. Объясните термины «катализ», «кислотный и основный катализ».

Приложение 1

Дата добавления: 2017-02-01