WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     | 1 |   ...   | 3 | 4 || 6 | 7 |   ...   | 23 |

19. При 504 °С и р0 = 1,013 105 Па ацетон разлагается в реакторе постоянного объема по реакции CH3COCH3(г) C2H4+ CO + HКонстанта скорости данного процесса равна 4,27 · 10–4 с–1. Чему будет равно парциальное давление ацетона и общее давление газовой смеси через 600 с от начала опыта 20. Константа скорости реакции CHI + C2HONa CHOC2H+ NaI 3 5 3 при температуре 291 К равна 4,96 · 10–4 дм3/(моль с). Начальные концентрации компонентов равны 0,50 моль/дм3. Постройте график изменения концентрации реагирующих веществ за время 200 с.

21. Разложение CH3NNCH3 протекает при температуре 603 К и р0 = 0,649 · 105 Па по реакции k CH3NNCHC2H6 NКонстанта скорости при этой температуре равна 2,96 · 10–3 мин–1. Чему будет равно парциальное давление CH3NNCH3 и общее давление газовой смеси через 60 мин от начала опыта 22. Взаимодействие компонентов протекает в среде этилового спирта C3H7I + (CH3)2NH (CH3)2C3H7NHI Константа скорости этой реакции при температуре 333 К равна 2,75 · 10–3 дм3/(моль с). Начальные концентрации компонентов равны:

0 cC H7I = 0,5 моль/дм3 и c(CH )2NH = 0,2 моль/дм3. Через какое время концен3 трация (CH3)2NH уменьшится наполовину 23. Разложение пероксибензойной кислоты (C6H5COOOH ) в среде бензола является реакцией первого порядка. При температуре 352 К константа скорости равна 2,6 · 10–5 с–1. За какое время распадется 90 % кислоты, если ее начальная концентрация равна 0,1 моль/дм3 24. Константа скорости реакции второго порядка [Pt(NH3)5Cl] (NO3)3 + 2KI [Pt(NH3)4I2] (NO3)2 NH3+ KNO3+ KCl при температуре 40 °С равна 0,22 моль дм–3с–1. Если исходные концентрации компонентов равны 5 · 10–3 моль/дм3 и 10 · 10–3 моль/дм3, соответственно, чему будет равна концентрация [Pt(NH3)4I2] (NO3)2 через 1560 с от начала опыта Чему равен период полураспада данной реакции 25. Константа скорости разложения хлорида фенилдиазония C6H5N2Cl(aq) C6H5Cl(aq) + N2(г) в воде при 323 К равна 0,071 мин–1. Сколько времени будет проходить реакция при начальной концентрации фенилдиазония, равной 0,05 моль/дм3, чтобы его концентрация в растворе стала равна 0,0002 моль/дм3 2.4.2. Кинетика реакций в открытых системах 1. Пары NO5 разлагаются по реакции 2N2O5 4NO2+ O2, которая имеет первый порядок и практически необратима. Пары NO5 проходят через реактор вытеснения, в котором давление p 2 105 Па и температура Т = 400 К, расход NO5 на входе в реактор составляет n1 3 моль/с. Объем реактора V 2 м3. Определите выход NO2, если k 102 с–1.

2. Раствор этилацетата с концентрацией 1,21102кмоль/м3 и раствор едкого натра с концентрацией 4,62 102 кмоль/м3 подают со скоростью 3,12 103 и 3,14 103 кмоль/с в непрерывно действующий реактор идеального смешения. Объем жидкости в реакторе поддерживается равным 6 м3. Реакция является реакцией первого порядка, k 0,11 м3/(кмоль с). Рассчитайте концентрацию этилацетата в растворе на выходе из реактора при стационарном режиме и степень ее превращения.

3. В реакторе идеального смешения объемом 3 м3 протекает реакция первого порядка A продукты. В реактор подается раствор с начальной концентрацией cA,0 0,02кмоль/м3 с объемной скоростью 0,05 м3/с. Константа скорости реакции k 0,01с–1. Определите концентрацию вещества А на выходе из реактора и оцените ее отклонение от стационарной концентрации.

4. Реакция термического распада этилацетата (А) в газовой фазе при 650 К сопровождается образованием уксусной кислоты (В) и этилена:

k CH3COOC2HCH3COOH + C2HПри проведении реакции в реакторе идеального смешения объемом V = 330 мл и при скорости подачи газовой смеси = 4,5 мл/с в системе устанавливается стационарная концентрация уксусной кислоты, равная 2,85 % от исходной концентрации этилацетата. Реакция проводится в большом избытке азота, так что изменением объема при протекании реакции можно пренебречь. Определите константу скорости реакции.

5. Определите объем реактора идеального вытеснения, в котором должна происходить реакция k A продукты если степень превращения вещества равна 0,2. Константа скорости этой реакции 0,005 с–1, а объемная скорость подачи исходного вещества = 0,02 м3/с.

6. В реакторе идеального смешения объемом 0,1 дм3 при постоянных p и Т происходит мономолекулярная газовая реакция k C2HCl C2H4 HCl При скорости подачи C2HCl в реактор = 40 см3/с, степень его превращения в продукты равна 0,5. Какой будет степень превращения при увеличении скорости подачи вдвое 7. Стехиометрическая смесь СО и N2O пропускается через цилиндрический реактор идеального вытеснения длиной 25 см со скоростью 5 см/с. Начальные концентрации СО и N2O равны 10–3 моль/дм3, а константа скорости реакции k CO + N2O CO2+ Nравна 0,46 (дм3/моль)0,5с–1. Реакция проходит только в реакторе. Сколько раз нужно пропустить смесь СО с N2O, а затем смесь СО, СО2, N2O и N2 через реактор, чтобы концентрации всех компонентов стали одинаковыми 8. При 20 °С и p = 1,013 · 104 Па через реактор идеального смешения V = 5 см3 прокачивается поток гелия, содержащий диазометан СН2N2 в концентрации 10–4 моль/дм3. Под действием УФ-облучения СН2Nразлагается на N2 и С2Н4. При объемной скорости потока 0,125 дм3/с степень превращения диазометана равна 0,4.

Определите константу скорости данной реакции и рассчитайте, через какое время после начала облучения установится стационарная концентрация диазометана 9. В камеру идеального смешения объемом 0,1 дм3 с равными скоростями 10 см3/с поступают растворы, содержащие 6 · 10–4 моль/дм Os(Dip)33 и 4 · 10–4 моль/дм3 Fе2+. Происходит бимолекулярная реакция электронного переноса с образованием Os(Diр)32 и Fе3+. Стационарная концентрация Os(Dip)33 в камере была найдена равной 2 · 10–4 моль/дм3.



Считая, что порядок данной реакции равен двум, рассчитайте константу скорости этой реакции.

k 10. Реакция A B проводится в реакторе идеального 2R смешения. Константа скорости реакции k = 2 · 10–3 м3/(кмоль с). Объем реактора V = 1,6 м3. В реактор подается поток с объемной скоростью = 1 · 10–3 м3/с и концентрацией реагентов: cA,0 1,05 кмоль/м3, cB,0 2,4 кмоль/м3. Определите концентрацию продукта и производительность реактора по продукту.

11. В реакторе идеального смешения протекают параллельные реакции kA B kA D k1 0,6 · 10–2, k2 1 · 10–2с–1. Определите концентрацию вещества А на выходе из реактора и производительность реактора по веществу А, если объем реактора равен 1 м3, а cA,0 2 кмоль/м3.

12. Реакция A 2C проводится в двух реакторах идеального смешения, соединенных последовательно. Объемы реакторов: V1 0,4 и V2 0,8 м3. Подача исходного вещества осуществляется со скоростью 103 м3/с. Концентрация исходного вещества равна cA,0 0,6кмоль/м3. Определите константу скорости реакции, если концентрация продуктов реакции на выходе из второго реактора равна 0,5 кмоль/м3.

13. Жидкофазная необратимая реакция 1-го порядка протекает без изменения плотности в реакторе периодического действия. Продукты реакции в исходном растворе отсутствуют. За время t1 120 c в целевой продукт превращается 20 % исходного вещества. Определите степень превращения через t2 360 c в непрерывно действующем реакторе идеального вытеснения и непрерывно действующем реакторе идеального смешения.

14. В изотермическом реакторе идеального вытеснения протекает жидкофазная реакция первого порядка A B Константа скорости реакции k Aexp(E / RT )с–1. E 108500 Дж/моль, Т = 344 К; A = 1013 с–1. Начальные концентрации веществ в кмоль/м3 :

cA,0 4,5; cB,0 0.

Определите производительность реактора по продукту В, если объемный расход 0 1103 м3/с, а объем реактора V 5 м3.

15. Рассчитайте степень превращения исходного вещества и концентрацию продукта реакции A B, протекающей в реакторе идеального вытеснения длиной 1 м и площадью сечения 0,07 м2, если в реактор поступает раствор с объемной скоростью 0,005 м3/с и концентрацией сA,0 0,5кмоль/м3, а константа скорости реакции k 0,06 c1.

16. Жидкофазная необратимая реакция 1-го порядка A R протекает в системе равных по объему (V = 0,6 м) последовательно соединенных реакторов идеального смешения. Начальная концентрация вещества А cA,0 1,5102 кмоль/м3. Скорость подачи 103м3/с, cR,0 0. Константа скорости реакции k 2 103с–1. Определите производительность системы по продукту реакции.

17. Рассчитайте среднее время пребывания реагентов в проточном реакторе идеального смешения, необходимое для достижения степени превращения исходного вещества 0,8. В реакторе при Т = const протекает реакция 2A R S, константа скорости которой k 2,5102 м3/(кмоль с). Начальная концентрация реагента А на входе в реактор cA,0 4 кмоль/м3.

18. Определите среднее время пребывания реагентов в проточном реакторе идеального вытеснения для условий вышеприведенного примера 17.

19. Рассчитайте степень превращения исходного вещества при протекании реакции 2A продукты в реакторе идеального вытеснения объемом 1 м3. Начальная концентрация cA,0 2кмоль/м3, k 2,5 · 10–2 с–1, а скорость подачи = 2 · 10–2 м3/с.

20. Реакция A B 2C проводится в двух реакторах идеального вытеснения, соединенных последовательно. Объемы реакторов:

V1 0,2, V2 0,6 м3. Концентрации исходных веществ на входе в первый реактор равны: cA,0 0,16, cB,0 0,12 кмоль/м3. Скорость подачи исходных веществ равна: = 1,2 · 10–3 м3/с, cC,0 0, k = = 4,1 · 10–2 кмоль–1с–1м3. Определите производительность системы по продукту.

21. Реакция A продукты, для которой константа скорости реакции k 4,2 · 10–3 с–1, проходит в реакторе идеального смешения при скорости подачи 0,7 103 м3/с и начальной концентрации cA,0 3102 кмоль/м3. Рассчитате объем реактора, чтобы степень превращения вещества А в реакторе была равна 0,85.

22. Для параллельной реакции kA B kA D где k1 4,6 · 10–4 и k2 1,1 · 10–4 с–1, найдите степень превращения вещества А за время t 5000 с для реактора идеального смешения и реактора идеального вытеснения.

23. Для реакции второго порядка A B R S константа скорости реакции k 4,8 · 10–2 с–1кмоль–1м3. Начальная концентрация веществ cA,0 cB,0 0,07 кмоль/м3. Концентрация вещества А на выходе из системы равна: cA,0 0,005 кмоль/м3. Определите производительность системы по сырью. Система состоит из двух последовательно соединенных реакторов идеального смешения (V1 0,8 м3) и идеального вытеснения (V2 0,2 м3).

24. Для реакции второго порядка A B R S константа скорости реакции k 4,8 · 10–2 с–1кмоль–1м3. Начальная концентрация веществ cA,0 cB,0 0,07 кмоль/м3. Скорость подачи веществ 0,0015 м3/с.

Определите производительность системы по сырью. Система состоит из двух параллельно соединенных реакторов идеального смешения (V1 0,8 м3) и идеального вытеснения (V2 0,2 м3).

25. В реакторе периодического действия протекает жидкофазная реакция второго порядка A B R S при постоянном объеме и соотношении начальных концентраций веществ cA,0 : cB,0 0,55: 0,45.

Известно, что за время 80 с степень превращения по веществу В достигает 30 %. Определите степени превращения веществ А и В в реакторе идеального смешения и реакторе идеального вытеснения, если соотношение концентраций исходных веществ на входе в реактор остается прежним, а подача исходных веществ осуществляется раздельно. Скорости подачи равны: A 0,0018, B 0,0027 м3/с, объемы реакторов одинаковы и равны V 5,2 м3.





ГЛАВА 3. МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОРЯДКА РЕАКЦИИ Для выяснения механизма химической реакции и расчета константы скорости обязательно надо знать порядок реакции по реагирующим веществам и суммарный порядок данной реакции. Существуют специальные экспериментальные приемы, позволяющие определять как порядки по отдельным компонентам, так и общий порядок реакции.

Общей идеей этих методов является проведение эксперимента таким образом, чтобы кинетика изучаемой реакции подчинялась уравнению простой однокомпонентной реакции некоторого порядка:

dc v kcn. (3.1) dt Все рассмотренные в данной главе способы определения порядков реакции подразумевают, что это условие соблюдается.

Способ избыточных концентраций позволяет определить частичный порядок по какому-либо компоненту реакции. По этому методу, предложенному Оствальдом, проводят серию опытов, в каждом из которых изучается влияние концентрации только одного из исходных веществ на скорость реакции. Для этого все остальные исходные вещества берут в таком избытке, по сравнению с исследуемым, чтобы их концентрации в ходе реакции можно было считать практически постоянными.

Определяют порядок реакции по каждому из исследуемых исходных веществ, взятых в недостатке, одним из перечисленных ниже способов.

Затем определяют общий порядок реакции.

Рассмотрим пример реакции между веществами A и B:

aA bB kпродукты dcA dcB nA nB v kcA cB.

adt bdt Возьмем вещество A в большом избытке. Тогда cA,0 >> cB,0 и изменением концентрации вещества A можно пренебречь:

dcB nA nB nB bkcA cB k cB, dt где cB — мгновенная концентрация вещества B, nB — частный порядок nA по компоненту B, k — константа скорости реакции, k bkcA,0 — эффективная константа скорости.

Обратите внимание, что в данном случае мы непосредственно сможем определить частный порядок реакции по компоненту B и эффективную константу скорости реакции. Реальную кинетическую константу можно вычислить, зная начальную концентрацию вещества A и частный порядок по компоненту A:

nA k k bcA,0.

Частный порядок по компоненту A определяется аналогично — путем проведения эксперимента при большом избытке вещества B. Таким образом, проведя два эксперимента, можно определить как частные порядки реакции по компонентам A и B, так и константу скорости реакции.

Другой способ, метод стехиометрической смеси, позволяет определить полный порядок реакции. Согласно этому способу для кинетического эксперимента берется смесь исходных веществ в стехиометрическом соотношении. Таким образом, концентрации реагирующих веществ изменяются синхронно и мы можем определить общий порядок реакции.

Например, для реакции между веществами A и B, если взята стехиометрическая смесь, то начальные концентрации связаны соотношением cA,0 a cB,0 b c0. Тогда aA bB k продукты ac0 bc ac0 – ax bc0 – bx dcA dcB d(c0 x) nA nB v kcA cB adt bdt dt AB A B A k(ac0 ax)n (bc0 bx)n kan bn (c0 x)n nB, dc v k cn, dt где cA и cB — мгновенные концентрации веществ A и B, n — общий поA B рядок реакции, k — константа скорости реакции, k kan bn — эффективная константа скорости, c = c0 – x.

В этом случае можно определить общий порядок реакции и эффективную константу скорости реакции. Реальную кинетическую константу можно вычислить по формуле A B k k an bn.

Частные порядки по компонентам данным способом определить нельзя.

После того, как эксперимент проведен одним из описанных выше специальным способом, можно применить один из общих способов определения порядка реакции. Способы определения порядка реакции подразделяются на дифференциальные и интегральные.

3.1. ИНТЕГРАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОРЯДКА РЕАКЦИИ Существуют как аналитические, так и графические варианты интегральных методов определения порядка реакции.

1. Способ подстановки Этот способ, как правило, используется для определения только целочисленных порядков реакции.

Аналитическая форма решения В интегральное кинетическое уравнение констант скоростей реакций первого, второго или третьего порядка:

1 c0 1 c0 c 1 c02 c kI ln ; kII ; kIII (3.2) t c0 x t c0c t 2c02cподставляют опытные данные для концентрации реагирующих веществ, полученные в разные моменты времени протекания реакции.

Если расчетные значения констант скоростей по одному из этих уравнений остаются постоянными, то это означает, что реакция является реакцией данного порядка.

Графический вариант решения Кинетические уравнения реакций первого, второго, третьего порядков можно записать в виде уравнений прямых линий в соответствующих координатах:

1 1 1 ln c = ln c0 – kIt; kIIt ; kIIIt. (3.3) c c0 c2 cЕсли, например, опытные точки расположились прямолинейно на графике в координатах ln c–t, а на других графиках получались кривые, то это указывает на то, что рассматриваемая реакция имеет первый порядок по данному веществу. По угловому коэффициенту этой прямой можно определить константу скорости реакции.

2. Определение порядка реакции по периоду полураспада (метод Оствальда–Нойеса) Метод основан на определении времени, в течение которого концентрация или количества исходных веществ в ходе реакции уменьшаются в два раза (cх = c0/2).

Аналитическая форма решения Период полураспада для реакции n-го порядка равен:

Pages:     | 1 |   ...   | 3 | 4 || 6 | 7 |   ...   | 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.