Домашняя работа №1
на тему: «Формальна кинетика»
Студент:
Группа:
Вариант: 93
Дано
330 К
| 360 К
| 380 К
| t, с
| С, моль/м^3
| t, с
| С, моль/м^3
| t, с
| С, моль/м^3
| 0
| 1,0E+01
| 0
| 5,0E+01
| 0
| 1,0E+01
| 60
| 7,7E+00
| 360
| 3,6E+01
| 2412
| 8,7E+00
| 120
| 6,0E+00
| 720
| 2,6E+01
| 4788
| 7,6E+00
| 180
| 4,6E+00
| 1080
| 1,9E+01
| 7200
| 6,6E+00
| 240
| 3,6E+00
| 1440
| 1,4E+01
| 9612
| 5,7E+00
| 300
| 2,8E+00
| 1800
| 1,0E+01
| 11988
| 5,0E+00
| 360
| 2,1E+00
| 2160
| 7,4E+00
| 14400
| 4,3E+00
| 420
| 1,6E+00
| 2520
| 5,4E+00
| 16812
| 3,7E+00
| 480
| 1,3E+00
| 2880
| 3,9E+00
| 19188
| 3,3E+00
| 540
| 9,8E-01
| 3240
| 2,9E+00
| 21600
| 2,8E+00
| Построим графики концентрационно-временных зависимостей при каждой температуре.
Пункт 1
1)Метод Вант-Гоффа. Для дальнейших расчетов выбираем концентрационно-временную зависимость при Т = 380 К.Построим касательные к кривой в 2 точках: при t= 36с0, t= 1080с для определения скорости реакции в эти промежутки времени. Формула для расчета скорости реакции:
𝜔 = − 𝑑𝐶/𝑑𝑡
ω1(t= 360с) = 0,033
ω2(t= 1080 c) = 0,016
Тогда порядок реакции можно найти, построив графикв координатах ln(ω) и ln(C).
ln(𝜔) = 𝑛 ∗ 𝑙𝑛(𝐶)
Вычислим необходимые параметры для построения графика
Время, с
| С, моль/м3
| 𝜔, моль/(м3*с)
| ln(𝜔)
| 𝑙𝑛(𝐶)
| 360
| 36,000
| 0,034
| -3,3814
| 3,5835189
| 1080
| 19,000
| 0,0194
| -3,9425
| 2,944439
| 1440
| 14,000
| 0,013
| -4,3820
| 2,6390573
| 2160
| 7,400
| 0,0116
| -4,4568
| 2,00148
|
Из графика видно, что порядок реакции n=0,707≈1
2) Метод полупревращений. Для дальнейших расчетов выбираем концентрационно-временную зависимость при Т =400 К.
По этому методу порядок реакции можно найти, построив график в координатах 𝑙𝑛(t1/2) и 𝑙𝑛(C).
𝑙𝑛(𝑡1/2) = (1 − 𝑛) ∗ 𝑙𝑛(𝐶)
Рассчитаем необходимые параметры для построения графика зависимости логарифма времени полупревращения от логарифма концентрации:
С, моль/л
| С/2,моль/л
| t1/2, c
| lnC
| ln(t1/2)
| 10
| 5,00E+00
| 165
| 2,30
| 5,11
| 8,00E+00
| 4,00E+00
| 160
| 2,08
| 5,08
| 4,00E+00
| 2,00E+00
| 145
| 1,39
| 4,98
| 2,00E+00
| 1,00E+00
| 165
| 0,69
| 5,19
|
Из графика видно, что 0,009=1-n, тогда порядок реакции n = 0,991≈ 1. Итак, вычисленный порядок реакции равен 1.
Задача №2.
1) Проверим полученный порядок реакции
Для этого построим концентрационно-временные зависимости для порядков n1 = 0,5, n = 3 и n2 = -0,5 при каждой из данных температур.
Рассчитаем необходимые параметры:
C(1-n1) = C(0,5)
C(1-n2) = C(-0,5)
С=lnC
T=400K
Время, сек
| C^(0,5)
| C^(-0,5)
| ln ( C )
| 0
| 3,16E+00
| 3,16E-01
| 2,30
| 60
| 2,77E+00
| 3,60E-01
| 2,04
| 120
| 2,45E+00
| 4,08E-01
| 1,79
| 180
| 2,14E+00
| 4,66E-01
| 1,53
| 240
| 1,90E+00
| 5,27E-01
| 1,28
| 300
| 1,67E+00
| 5,98E-01
| 1,03
| 360
| 1,45E+00
| 6,90E-01
| 0,74
| 420
| 1,26E+00
| 7,91E-01
| 0,47
| 480
| 1,14E+00
| 8,77E-01
| 0,26
| 540
| 9,90E-01
| 1,01E+00
| -0,02
|
T=380K
Время, сек
| C^(0,5)
| C^(-0,5)
| lnC
| 0
| 7,07E+00
| 1,41E-01
| 3,91
| 360
| 6,00E+00
| 1,67E-01
| 3,58
| 720
| 5,10E+00
| 1,96E-01
| 3,26
| 1080
| 4,36E+00
| 2,29E-01
| 2,94
| 1440
| 3,74E+00
| 2,67E-01
| 2,64
| 1800
| 3,16E+00
| 3,16E-01
| 2,30
| 2160
| 2,72E+00
| 3,68E-01
| 2,00
| 2520
| 2,32E+00
| 4,30E-01
| 1,69
| 2880
| 1,97E+00
| 5,06E-01
| 1,36
| 3240
| 1,70E+00
| 5,87E-01
| 1,06
|
T=350K
Время, сек
| C^(0,5)
| C^(-0,5)
| ln ( C )
| 0
| 3,2E+00
| 3,2E-01
| 2,30
| 2412
| 2,9E+00
| 3,4E-01
| 2,16
| 4788
| 2,8E+00
| 3,6E-01
| 2,03
| 7200
| 2,6E+00
| 3,9E-01
| 1,89
| 9612
| 2,4E+00
| 4,2E-01
| 1,74
| 11988
| 2,2E+00
| 4,5E-01
| 1,61
| 14400
| 2,1E+00
| 4,8E-01
| 1,46
| 16812
| 1,9E+00
| 5,2E-01
| 1,31
| 19188
| 1,8E+00
| 5,5E-01
| 1,19
| 21600
| 1,7E+00
| 6,0E-01
| 1,03
|
Графики представляют прямую линию в координатах ln(С) от t.
Следовательно, порядок реакции равен 1.
Расчет констант скоростей реакции.
Для реакций первого порядка константа скорости реакции рассчитывается по формуле:
)
Для расчета графическим методом необходимо построить график в координатах ln(С) от t.
Рассчитаем необходимые параметры для построения графиков.
T=400 K
t, c
| С, моль\м3
| ln(С)
| k, c-1
| 0
| 1,0E+01
| 2,303
|
| 60
| 7,7E+00
| 2,041
| 4,4E-03
| 120
| 6,0E+00
| 1,792
| 4,3E-03
| 180
| 4,6E+00
| 1,526
| 4,3E-03
| 240
| 3,6E+00
| 1,281
| 4,3E-03
| 300
| 2,8E+00
| 1,030
| 4,2E-03
| 360
| 2,1E+00
| 0,742
| 4,3E-03
| 420
| 1,6E+00
| 0,470
| 4,4E-03
| 480
| 1,3E+00
| 0,262
| 4,3E-03
| 540
| 9,8E-01
| -0,020
| 4,3E-03
|
Исходя из графика, константа скорости реакции при Т = 400 К k1 = 4,30E-03с-1 .
Расчет константы скорости по формуле.
)=0.0043
T=380 K
t, c
| С, моль\м3
| ln(С)
| k, c-1
| 0
| 5,0E+01
| 3,912023
|
| 360
| 3,6E+01
| 3,583519
| 9,1E-04
| 720
| 2,6E+01
| 3,258097
| 9,1E-04
| 1080
| 1,9E+01
| 2,944439
| 9,0E-04
| 1440
| 1,4E+01
| 2,639057
| 8,8E-04
| 1800
| 1,0E+01
| 2,302585
| 8,9E-04
| 2160
| 7,4E+00
| 2,00148
| 8,8E-04
| 2520
| 5,4E+00
| 1,686399
| 8,8E-04
| 2880
| 3,9E+00
| 1,360977
| 8,9E-04
| 3240
| 2,9E+00
| 1,064711
| 8,8E-04
|
Исходя из графика, константа скорости реакции при Т = 380 К k1 = 8,79E-04с-1 .
Расчет константы скорости по формуле.
)=0.0008788
T=350 K
t, c
| С, моль\м3
| ln(С)
| k, c-1
| 0
| 1,0E+01
| 2,302585
|
| 2412
| 8,7E+00
| 2,163323
| 5,8E-05
| 4788
| 7,6E+00
| 2,028148
| 5,7E-05
| 7200
| 6,6E+00
| 1,88707
| 5,8E-05
| 9612
| 5,7E+00
| 1,740466
| 5,8E-05
| 11988
| 5,0E+00
| 1,609438
| 5,8E-05
| 14400
| 4,3E+00
| 1,458615
| 5,9E-05
| 16812
| 3,7E+00
| 1,308333
| 5,9E-05
| 19188
| 3,3E+00
| 1,193922
| 5,8E-05
| 21600
| 2,8E+00
| 1,029619
| 5,9E-05
|
Исходя из графика, константа скорости реакции при Т = 350 К k1 = 6E-05с-1.
Расчет константы скорости по формуле.
)=0.0000589
Пункт 3.
Расчет параметров уравнения Аррениуса.
Уравнение Аррениуса k=k∞*exp(-E/RT).
Необходимо найти k∞ - предэкспоненциальный множитель и Е – энергию активации.
Для нахождения этих параметров построим график в координатах ln(k) и 1/T.
Ti,K
| Ki, с−1
| 1/Ti,K^-1
| ln(Ki)
| 400
| 4,30E-03
| 2,50E-03
| -5,45
| 380
| 8,79E-04
| 2,63E-03
| -7,04
| 350
| 5,89E-05
| 2,86E-03
| -9,74
|
Так, из уравнения прямой:
-12010 =24,57
Откуда, E = 99851,14Дж, k0 = 4,68E+10c-1 Пункт 4
T=360 K, , сек.
Т.к n=1 , то время полупревращения 0,208779
А скорость реакции , где С найдем из
Откуда С=1, тогда |