WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     | 1 |   ...   | 19 | 20 || 22 | 23 |

Ni CHN + 3H CH10NH 5 5 Реакция проводилась при температуре 200 °С и общем давлении 6,67 · 103 Па. Как видно из уравнения реакции, текущая концентрация исходного вещества и продукта реакции равна начальной концентрации пиридина, то есть c0 cP cR, где cP и cR — текущие концентрации пиридина и пиперидина соответственно. В качестве катализатора был выбран никель Ренея массой 2 г. Экспериментально установлено, что скорость процесса зависит как от концентрации пиридина, так и от концентрации образующегося в реакции пиперидина и может быть выражена формулой:

bRcR v k.

bRcR bPcP Скорость реакции, определяли по объему поглощенного водорода (см3) и контролировали измерением показателя преломления смеси. Получены следующие данные:

v · 102, моль[Н2]/мин(г[кат.]) 2,3 2,1 1,9 1,7 1,5 1,4 1,2 0,c0/cR 1,00 1,10 1,20 1,35 1,55 1,75 2,10 2,cP/cR — 0,10 0,20 0,35 0,55 0,78 1,10 1,Используя экспериментальные данные, определите константу скоbP рости реакции и отношение адсорбционных констант.

bR 3. Изучалась реакция диссоциации аммиака на платине при температуре 1138 °С и начальном давлении аммиака 1,5 · 104 Па.

Скорость реакции изменялась при изменении давления водорода следующим образом:

pNH t, Н/(м2 с) 36,66 10,56 1,pH · 10–2, Па 66,66 133,32 199,Рассчитайте константу скорости реакции Pt NH3(г) NH3(адс) 3/2H2(г) +1/2N2(г) предполагая, что водород после его образования сильно адсорбируется на платине.

4. Экспериментально установлено, что стадией, определяющей скорость процесса каталитической дегидратации бутанола-1, является химическая реакция, которая протекает на поверхности катализатора.

Реакция проводится при высоких давлениях бутанола. Начальная скорость этого процесса описывается уравнением:

kKf v0 кмоль/(кг[кат.] ч), (1 Kf )где f — фугитивность бутанола-1; k — константа скорости реакции;

K — константа адсорбционного равновесия. Используя опытные данные, приведенные в таблице, найти численные значения констант k и K.

№ v0, кмоль/(кг[кат.] ч) p · 10–5, Па f / p 1 0,27 15 1,2 0,51 465 0,3 0,76 915 0,4 0,76 3845 0,5 0,52 7315 0,5. Исследовалась кинетика процесса разложения N2O на золотом катализаторе при 900 °С. Получены следующие данные:

p · 10–5, Па 0,267 0,181 0,093 0,N2O t, с 0 1800 4800 Известно, что N2O слабо сорбируется на Au, а продукты разложения не сорбируются совсем. Рассчитайте константу скорости данного процесса.

6. Исследовался процесс гидрирования пиридина (P) в пиперидин (R) на никеле Ренея:

Ni CHN + 3HCH10NH 5 5 Глубину реакции, известную из объема поглощенного водорода (см3), контролировали измерением показателя преломления смеси. Реакция проводилась при различных температурах. Экспериментально установлено, что скорость реакции зависит как от концентрации пиридина, так и от концентрации образующегося в реакции пиперидина и может быть выражена формулой:

bRcR v k.

bRcR bPcP Скорость реакции определяли по объему поглощенного водорода (см3) и контролировали измерением показателя преломления смеси. Получены следующие данные:

v · 102, моль[Н2]/мин(г[кат.]) 2,3 2,1 1,9 1,7 1,5 1,4 1,2 0,c0/cR 1,0 1,1 1,2 1,35 1,55 1,75 2,10 2,cP/cR — 0,1 0,2 0,35 0,55 0,78 1,10 1,Используя экспериментальные данные, определите константу скоbP рости реакции и отношение адсорбционных констант. Оцените разbR ность теплот адсорбции пиридина и пиперидина на поверхности катализатора.

7. Изучалась кинетика гидрирования бензола на катализаторе Pt/TiO2:

C6H6 3H2 Pt/TiO C6H Реакция протекает в интервале средних заполнений поверхности катализатора бензолом. Установлено, что лимитирующей стадией процесса является присоединение первой молекулы водорода к бензолу.

pC H6 103, Па pH 105, Па Степень превращения бензола v · 102, моль/(ч г[кат.]) 6 0,61 4,5 0,31 1,0,33 7,6 0,31 1,0,18 8,7 0,31 1,0,40 6,1 0,55 1,0,34 7,2 0,55 2,0,24 8,7 0,54 2,0,50 6,1 0,89 2,0,35 9,0 0,87 3,0,22 10,3 0,88 3,Используя экспериментальные данные, покажите, что скорость процесса может быть описана уравнением:

pH pC H2 v kэф 2.

( p1/ b1pH b2 pC H6 )HОпределите постоянные в кинетическом уравнении.

8. Изучался процесс разложения закиси азота на платине при 750 °С.

Установлено, что образующийся при диссоциации кислород сильно адсорбируется и ингибирует процесс разложения, поэтому скорость процесса разложения можно выразить уравнением:

kp d p N2O d.

dt 1 pO K Используя приведенные ниже данные, определите константу скорости реакции разложения (k) и адсорбционную константу (K) кислорода на платине.

t, с 0 315 750 1400 2250 3450 pN O · 10–4, Па 1,27 1,13 1,00 0,87 0,73 0,60 0,9. Химическая реакция протекает на поверхности катализатора Pt/SiO2:

2А(г) В Продукты реакции не адсорбируются на поверхности катализатора.

Измерена скорость реакции при изменении давления вещества А. Получены следующие данные.

v0, моль/ч 58,50 47,50 35,50 24,35 13,90 4,p · 10–2, Па 1,600 1,333 1,066 0,800 0,533 0,Запишите уравнение для скорости данной реакции, учитывая диссоциативный характер сорбции. Оцените значение адсорбционной постоянной (bA) и значение константы скорости реакции.

10. Изучалась кинетика гидрирования бензола на катализаторе Pt/TiO2:

C6H6 3H2 Pt/TiO C6H Реакция протекает в интервале средних заполнений поверхности катализатора бензолом. Установлено, что лимитирующей стадией процесса является присоединение первой молекулы водорода к бензолу.

pC H6 103, Па 8,6 9,8 11,1 5,5 8,7 9,pH 105, Па 0,30 0,30 0,30 5,3 5,3 5,v · 102, моль/(ч г[кат.]) 1,51 1,56 1,6 1,82 2,35 2,Используя экспериментальные данные, покажите, что скорость процесса может быть описана уравнением:



pH pC H2 v kэф 2.

( p1/ b1pH b2 pC H6 )HОпределите постоянные в кинетическом уравнении.

11. Скорость реакции гидрирования этилена Pd C2H+ H C2Hпроводилась с использованием палладиевого катализатора (Pd/Al2O3 = 240 мг) и изучалась по зависимости начальных скоростей реакций от концентрации реагентов. Получены следующие данные:

0 Серия I: pE = 3,55 · 104 Па, Серия II: pН = 1,80 · 104 Па, pН — переменное pE — переменное pC H4 · 10–4, Па pН · 10–4, Па v0 · 102, Па/(ч·г[кат.]) v0 · 102, Па/(ч·г[кат.]) 0,89 0,9 0,85 1,1,80 1,9 1,80 1,2,68 2,4 2,67 1,3,55 3,0 4,00 1,4,41 3,45 5,30 2,5,27 4,Серия III: Общее давление p = 7,2 · 104 Па 0 pE / pН — переменное 0 pН · 10–4, Па pE · 10–4, Па v0 · 102, Па/(ч·г[кат.]) 0, 90 6, 30 1,1,80 5,40 2,2,70 4,50 2,3,60 3,60 3,4,50 2,70 3,6,30 0,90 3,Установлено, что адсорбция этилена и водорода не конкурирующая, продукты реакции на данном катализаторе не адсорбируются. Определите адсорбционную константу для водорода и этилена, а также константу скорости реакции гидрирования этилена на палладиевом катализаторе.

12. Каталитическое окисление СО на однородной поверхности Pd протекает следующим образом:

kk СО(адс) + 1/2 O2(адс) СO2(адс) СO2(г) kРавновесие на поверхности устанавливается быстро. Вторая стадия — медленная. Используя уравнение Ленгмюра для многокомпонентной адсорбции, выведите формулу для зависимости скорости реак ции образования газообразного СO2 от парциальных давлений всех участников реакции.

13. Гидрирование этилена на поверхности меди C2H4 H2 CuC2H характеризуется эффективной энергией активации 40 кДж/моль. В условиях эксперимента водород адсорбируется на поверхности меди слабо, а этилен — сильно. Слабо адсорбируется и этан. Тепловые эффекты адсорбции водорода и этилена равны, соответственно, –45 и –68 кДж/моль. Какова истинная энергия активации реакции адсорбированных на поверхности меди этилена и водорода 14. Двуокись азота разлагается на поверхности катализатора из платины. Опытные данные, полученные при 741 °С, приведены ниже:

t, с 315 750 1400 2250 3450 p · 10–3, Па 1,33 2,67 4,00 5,33 6,67 8,Op · 10–4, Па 1,13 1,00 0,87 0,73 0,60 0,NO1/v, с г[кат.]/Па 0,20 0,42 0,55 0,73 1,07 1,Кислород, а возможно и двуокись азота адсорбируются на поверхности платины. Определите, каким из двух уравнений:

d pNO kbNO pNO kэф pNO 22 2 ; (1) dt 1 bO pO bNO pNO 1 bO pO bNO pNO 2 2 2 2 2 2 2 d pNO kэф pNO. (2) dt 1 bO pO 2 описывается скорость этой реакции. Оцените константу скорости и адсорбционные константы. Для упрощения расчетов приведите уравнения (1) и (2) к виду прямой линии. Проанализируйте полученный результат.

15. Изучался процесс дегидрирования изопропилового спирта на никеле Ренея:

Ni CH3CHOOHCHCH3COOCH3+HНачальная концентрация изопропилового спирта равна 13,1 моль/дм3.

Реакция проводится в жидкости при температуре ее кипения (82,5 °C), в результате чего водород, который удаляется по мере образования, не влияет на термодинамику или кинетику реакции. Экспериментально установлено, что скорость процесса зависит как от концентрации изопропилового спирта, так и от концентрации образующегося в реакции кетона и может быть выражена формулой:

bRcR v k, bRcR bPсP где индексы R и P относятся, соответственно, к спирту и кетону. Скорость реакции определяли по объему выделенного водорода (см3) за время протекания реакции на 1 г катализатора. Получены следующие данные:

v, см3/(мин г[кат.]) 6,63 5,24 4,36 3,67 3,49 3,32 3,06 2,97 2,cR, моль/дм3 12,96 12,91 12,85 12,81 12,79 12,76 12,74 12,71 12,cP, моль/дм3 0,139 0,186 0,248 0,286 0,314 0,339 0,364 0,386 0,Используя экспериментальные данные, определите константу скоbP рости реакции и отношение адсорбционных констант.

bR 16. Гидрирование этилена на металлах описывается уравнением первого порядка по Н2 и нулевого по С2Н4. Показано, что в условиях опытов теплота адсорбции С2Н4 велика и поверхность заполнена С2Н4 почти полностью. На основании этого предположили, что скорость гидрирования определяется взаимодействием адсорбированного водорода и этилена из газовой фазы. Схему процесса можно представить уравнениями:

k (1) H2 Zk2 ZH k (2) C2H4 Z ZC2H k(3) ZH2 C2H4 k ZC2H где Z — активное место на поверхности катализатора. Выведите кинетическое уравнение, согласующееся с результатами опытов.

17. Скорость реакции гидрирования пропилена Pd CH6+HCH3 на палладиевом катализаторе (Pd/Al2O3 = 240 мг) изучалась по зависимости начальных скоростей реакций от концентрации реагентов. Получены следующие данные:

0 Серия I: pП = 2,67 · 104 Па, Серия II: pН = 2,67 · 104 Па, 0 pН — переменное pП — переменное 0 pН · 10–4, Па pП ·10–4, Па v0 · 102, Па/(ч·г[кат.]) v0 · 102, Па/(ч·г[кат.]) 0,80 1,05 0,88 1,1,20 1,43 1,29 1,1,75 1,95 1,70 2,2,20 2,25 2,67 2,2,67 2,63 4,43 2,3,60 3,15 6,23 3,4,50 3,5,44 4,6,36 4,Серия III: Общее давление p = 7,2 · 104 Па 0 pН / pП — переменное 0 pН · 10–4, Па pП · 10–4, Па v0 · 102, Па/(ч·г[кат.]) 0,90 6,30 2,1,77 5,40 4,2,70 4,50 5,3,60 3,60 6,4,50 2,70 6,5,40 1,80 6,5,83 1,37 5,6,33 0,87 5,6,73 0,47 2,Установлено, что адсорбция этилена и водорода — не конкурирующие реакции, продукты реакции на данном катализаторе не адсорбируются. Определите адсорбционную константу для водорода и этилена, а так же константу скорости реакции гидрирования этилена на палладиевом катализаторе.

18. Для реакции дегидратации этанола в реакторе идеального вытеснения при 425 °С на алюмосиликате, приводящей к образованию воды, этилена и эфира, были измерены степени превращения (у) при изменении скорости подачи этанола V0, моль/(см3 мин).





v0, моль/(см3 мин) 0,33 0,37 0,60 0,90 1,90 2,04 2,85 2,90 4,y 0,88 0,85 0,68 0,61 0,44 0,46 0,35 0,35 0,Обратные реакции в данных условиях характеризуются положительным изменением G, поэтому данную реакцию можно считать односторонней необратимой реакцией. Используя уравнение Фроста для необратимой реакции первого порядка V0 ln V0 y, 1 y оцените эффективную константу скорости.

19. Кинетика синтеза аммиака на железном катализаторе описывается уравнением Темкина–Пыжова:

p3 pH2 NH v kадс p kдис, N p2 pNH3 H в котором обычно 0,5. Вывод уравнения проведен в следующих предположениях: диссоциативная адсорбция азота является лимитирующей стадией; адсорбция NH3 и других N-содержащих соединений пренебрежимо мала; энергии активации адсорбции и десорбции азота линейно уменьшаются с ростом степени заполнения; скорость адсорбции задана уравнением Еловича:

N vадс kадсPN ec.

N Скорость десорбции vдес kдесeh, где с и h — постоянные величины, N — степень заполнения поверхности атомами азота.

Выведите кинетическое уравнение и покажите, что в области малых давлений скорость образования NH3 при изменении отношения H2/N2 имеет максимум.

ОТВЕТЫ ОТВЕТЫ К ГЛАВЕ 1. 1,5; нет; нет.

dcN O5 1 dcN O4 dcO 2 2 2. 2; v.

2 dt 2 dt dt 1 dcCO dcO 1dcCO 3. nCO 2 ; nO 1; 3; v.

2 dt dt 2 dt 1 dcA 1 dcB dcC 4. nA 2; 2; v.

2 dt 4 dt dt 1 dcA dcB 1 dcC dcD dcE 5. nA 2; nB 1; 3; v.

2 dt dt 2 dt dt dt dcA dcB 1 dcC dcD 6. nA 1; nB 1; 2; v.

dt dt 2 dt dt 7. v kcCH NC ; v kcCH NC.

3 d pN O5 RT dnN O5 RT dcN O2 2 8. v.

2 dt 2 Vdt 2 dt dcH O dcCr O7 1 dcCrO2 dcH 1 + 9.v ;

dt dt 2 dt 2 dt pH = lg 2.

c cCr 0,Cr2O7 O10. [k] = дм6/(моль2 с) = 2,76 · 10–42 см6/с.

11. [k] = дм3/(моль с) = 1,66 · 10–21 см3/с.

14. а) 1; б) 2.

15. Прямой в 3 раза; обратной в 9 раз.

19. 5,95.

20. 0,599 атм; 2,20 атм.

21. [k] = моль/(дм3 с) = 6,02 · 10–20 1/(см3 с).

rH O2 rH O 2 22. v rO.

23. 9,16 · 10–3 моль/(дм3 мин).

24. nCH 2 ; nH 3 ; –1.

4 25. 1,065 моль/(дм3 с); 1,704 моль/(дм3 с).

ОТВЕТЫ К ГЛАВЕ Кинетика односторонних реакций в закрытых системах 1. k = 9,7 10–6 лет–1; t = 5,29 103 лет.

2. k = 3,47 10–3 с–1; v = 3,47 · 10–3 моль/(дм3 с).

3. t = 2,24 10–3 с.

4. k = 0,13 лет–1; t = 2,21 года.

5. k = 0,0505 мин–1.

6. t = 51149 мин.

7. с0 = 6,17 10–4 моль/дм3.

9. v0 = 3,9 10–6 моль/(дм3с).

11. k = 0,01 час–1; t1/2 = 69,3 часа.

12. k = 2,62 10–3 мин–1.

15. k = 0,75 дм3/(моль час); t = 23,9 час.

16. t = 40 мин.

17. t1/2 = 14,6 с; t = 20,3 час (24 часа 5 мин).

19. 78,4 кПа; 147 кПа.

21. р = 0,503 105 Па; робщ = 0,795 105 Па.

22. t1/2 = 569,7 с.

23. t = 24,6 часа.

24. с = 1,84 10–3 моль/дм3; t1/2 = 909 с.

25. t = 77,76 мин.

Кинетика реакций в открытых системах 1. Степень превращения NO5 0,28. Расход по NO2 составит:

GNO 2n1 1,68моль/с.

2. cэт 0,002 кмоль/м3; 0,668.

3. cA(ст) 0,0125 кмоль/м3; c 10,7 %.

4. k 4 104 с–1.

5. V 1,33м3.

6. 0,333.

7. 485 раз.

8. k 16,66 с–1, t 0,072 с.

9. k 5 дм3/моль с.

10. cR 1,74 кмоль/м3, G = 1,74 · 10–3 кмоль/с.

11. cA 0,77 кмоль/м3, GA 7,7 кмоль/с.

12. k 5,3 10–4 с–1.

13. 2 0,393.

14. GB 1103 3,681 3,681103 кмоль/с.

15. 0,566.

16. GR 1,19 105кмоль/с.

17. t 200 с.

18. t 40 с.

19. 0,71.

20. GC 2,56 · 10–4 кмоль/с.

21. V 0,944 м3.

22. = 0,74, = 0,94.

23. GA GB 3,26 · 10–4 кмоль/с.

24. GA GB 1,338 10–4 кмоль/с.

25. Для реактора идеального смешения A 0,584, B 0,712; для реактора идеального вытеснения A 0,748, B 0,914.

ОТВЕТЫ К ГЛАВЕ Интегральные методы определения порядка химической реакции 1. n = 3; k = 6,58 · 10–11 дм6/(моль2 с).

2. n = 1; k = 0,0268 с–1; t1/4 = 51 с.

3. n = 3; k = 2,9 · 10–11(Па)–2 с–1.

4. n = 2; kср = 0,090 дм3/(моль мин).

5. n = 2; kср = 0,0146 дм3/(моль мин).

6. n = 0; k = 1,58 Па с–1.

7. n = 1; k = 0,00141 мин–1.

8. n = 2; k = 8,56 · 10–2 дм3/(моль мин).

9. n = 2; k = 0,033 дм3/(моль мин).

11. n = 2; k = 11,7 дм3/(моль мин).

12. n = 2; k = 3,06 · 10–3 дм3/(моль мин).

13. n = 1; k = 0,058 мин–1; t1/4 = 5974 мин.

14. n = 2; k = 0,0614 дм3/(моль мин).

15. n = 1; k = 0,026 мин–1.

16. n = 1.

17. n = 2; kср = 2,4510–3 дм3/(моль с).

19. n = 1,9.

20. n = 1,46.

21. n = 1; k = 4 · 10–2 ч–1.

22. n = 2, k = 6,8 · 10–2 дм3/(моль мин).

23. n = 2; k = 7,52 · 10–3 дм3/(моль с).

Дифференциальные методы определения порядка химической реакции 1. n = 2; k = 1,44 · 10–2 дм3/(моль мин).

2. nH = 1; nNO = 2; nобщ = 3; k = 0,384 дм6/(моль2 с).

3. n = 0,35; k = 7,91 Па0,65 час–1.

4. n = 1,5; k = 0,251 дм1,5моль–0,5 ч–1.

5. n = 1; k = 7,9 · 10–4 с–1.

6. n = 1,5; k = 1,46 · 10–4 Па–0,5 мин–1.

7. n = 2,5; k = 2,65 · 10–9 Па–3/2 мин–1.

8. n = 1; k = 0,019 мин –1; t1/2 = 34,5 мин.

9. n = 1; k = 0,0123 мин–1.

10. n = 1,54; k = 1,92 · 10–4 Па–0,54с–1.

11. n = 1,7; k = 2,16 · 10–6 Па–0,7с–1.

12. n = 1; k = 4,6 · 10–2 мин–1.

13. n = 1; k = 0,040 ч–1.

14. n = 2; k = 4,4 · 10–3 дм3/(моль с).

Pages:     | 1 |   ...   | 19 | 20 || 22 | 23 |










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.