Файл: Л.р. 1 по теме - Кинетика химических реакций.doc

Министерство образования Республики Беларусь

Учреждение образования

«Могилевский государственный университет продовольствия»

Кафедра химии Кинетика химических реакций. Последовательные реакции

Лабораторная работа

по дисциплине «Физическая и коллоидная химия»

специальность

специализация

______________________________________________________________________

Проверил	Выполнили
______________________________	студенты группы____________
	______________________________
	______________________________
«____» ____________2014 г	«____»____________ 2014 г.

Могилев 2014

1. Цель работы – познакомиться с основными закономерностями кинетики последовательных реакций.

2.Работа выполняется на ЭВМ по имеющейся программе.

3. Теоретическое введение.

В последовательных химических реакциях образующееся на первой стадии промежуточное вещество превращается затем в конечные продукты. В лабораторной работе рассматривается простейшая схема таких реакций, когда обе эти реакции необратимы и имеют первый порядок:

k₁ k₂

A → B → D. (1)

С₀–xx–yy

Концентрация вещества A рассчитывается на ЭВМ по уравнению:

. (2)

Концентрация вещества B рассчитывается на ЭВМ по уравнению:

. (3)

---

Концентрация вещества D рассчитывается по разности

C(D) = С₀ – С(A) – C(B). (4)

Время достижения максимальной концентрации промежуточного вещества b рассчитывается на эвм по уравнению:

. (5)

В основе рассмотрения кинетики сложных химических реакций лежит принцип независимости отдельных реакций. Принимается, что каждый элементарный процесс идет в соответствии со своим кинетическим уравнением, и его скорость зависит только от концентрации соответствующих реагирующих веществ. Присутствие других веществ и других реакций прямо не сказывается на скорости данной реакции, константа скорости также не изменяется.

Например, скорость первой реакции пропорциональна концентрации вещества А и не зависит от концентрации вещества В:

v₁ = k₁ C_A. (6)

Концентрация вещества А с течением времени уменьшается, поэтому и скорость первой реакции dC(A)/dtтакже постепенно уменьшается.

Скорость второй реакции пропорциональна концентрации вещества В и не зависит от концентрации вещества D:

v₂ = k₂ C_В. (7)

Концентрация вещества В в начальный момент времени равна нулю, она также равна нулю после окончания этих реакций. Таким образом, концентрация промежуточного продукта B должна проходить через максимум.

В соответствии с уравнением (6) скорость образования вещества В должна постепенно уменьшаться; в то же время скорость его исчезновения по второй реакции должна, в соответствии с уравнением (7), постепенно возрастать. При равенстве этих скоростей получим dC(В)/dt = 0, т.е. скорость изменения концентрации вещества В делается равной нулю (в точке максимума концентрации В). Далее начинает преобладать вторая реакция, и скорость исчезновения В постепенно возрастает; затем, по мере расходования вещества В, скорость изменения концентрации вещества В уменьшается в соответствии с уравнением реакции (7).

Концентрация вещества D монотонно возрастает, при этом в начальном периоде, когда концентрация вещества B очень мала, наблюдается некоторый индукционный период; в соответствии с уравнением (7) скорость образования вещества D сначала возрастает, до достижения максимальной концентрации вещества В, а затем постепенно уменьшается.

---

4. Методика выполнения (ход работы).

В «Методических указаниях» [2] по двум последним цифрам номера зачетной книжки определяют исходные данные для расчетов на ЭВМ – начальную концентрацию исходного вещества С₀, константы скорости последовательных реакций k₁ и k₂. Запускают на ЭВМ программу «kinetic2.exe» и выполняют работу в соответствии с указаниями, которые появляются на экране монитора.

5. Результаты работы.

---

Для реакции a → b → d

k₁ k₂

c экрана монитора записывают таблицу зависимости концентрации веществ A, B и D от времени.

По данным этой таблице определяют и записывают в отчет максимальную концентрацию промежуточного вещества B и время, за которое она достигается (t_макс).

На миллиметровой бумаге формата А4 по данным этой таблицы строят график зависимости С(A), C(B), C(D) от времени (t) в единицах, соответствующих минимальному шагу изменения t (строка 2 таблицы).

Анализируют зависимость концентрации A, B и D от времени и скорость изменения концентрации этих веществ от времени.

Таблица – Зависимость концентрации веществ A, B и D от времени.

№	t (с)	С(А), моль/л	С(B), моль/л	С(D), моль/л
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21

---

_____________________________________________________________________

6. Заключение (выводы).

В результате выполнения работы установлены основные закономерности кинетики последовательных реакций:

• концентрация вещества А уменьшается с течением времени в соответствии

с кинетическим уравнением первой реакции; скорость изменения концентрации вещества А также уменьшается со временем;

• концентрация вещества B проходит через максимум, время достижения этого максимума определяется соотношением констант k₁ и k₂ и не зависит от концентрации С₀ вещества А; скорость изменения концентрации вещества B сначала уменьшается до нуля, затем скорость его превращения сначала возрастает, а затем постепенно уменьшается;

• концентрация вещества D монотонно возрастает, при этом в начальном периоде, когда концентрация вещества B очень мала, наблюдается некоторый индукционный период; скорость образования вещества D сначала возрастает, до достижения максимальной концентрации вещества В, а затем постепенно уменьшается.

7. Список литературы:

1) Общие требования и правила оформления текстовых документов: СТП СМК 4.2.3-01-2011 – Могилев: МГУП, 2011. – 43 с.

2) Методические указания для выполнения лабораторных работ на ЭВМ: «Кинетика химических реакций. Адсорбция». Для студентов технологических, химико-технологических и химических специальностей вузов / Могилевский государственный университет продовольствия; О.Г. Поляченок, Л.Д. Поляченок. – Могилев, 2005. – 40 с.

3) Поляченок, О.Г. Физическая и коллоидная химия. Практикум: Учебное пособие / О.Г. Поляченок, Л.Д. Поляченок. – Минск: Лаб. полиграфии УО БГТУ, 2006. – 380 с. – С.245–267.

4) Поляченок, О.Г. Физическая и коллоидная химия. Конспект лекций: / О.Г. Поляченок, Л.Д. Поляченок. – Могилев: МГУП, 2008. – 196 с. – С. 131–147.

8. Вопросы для зачета лабораторной работы

1. Что представляют собой сложные химические реакции (параллельные, обратимые, последовательные). Принцип независимости отдельных реакций при рассмотрении сложных химических процессов.

2. Поясните на графике С – t, как и почему изменяется со временем концентрация участников реакции А → В →D.

3. От чего зависит высота максимума для концентрации промежуточного вещества В?

4. Поясните на графике С – t, как и почему изменяется со временем скорость изменения концентрации каждого из участников этой реакции.

5. Индивидуальное задание – задачи № 9–10. Методические указания и контрольные задания для студентов технологических специальностей заочной формы обучения. Физическая и коллоидная химия. Часть 2 / Поляченок О.Г., Дудкина Е.Н., Поляченок Л.Д. // Могилев, 2011.

---