Файл: ФКХ ч 2 - 2011.pdf

концентрации реагирующего вещества и времени: t1/2 = ln2/k. Для реакций 2-го порядка он обратно пропорционален начальной концентрации реагирующего вещества, т.е. последовательно возрастает вдвое с уменьшением C0 в два раза: t1/2 = =1/(kC0). Общий вид таких графиков для реакций 1-го и 2-го порядка показан на рис. 1.

Скорость химической реакции – это изменение концентрации реагирующих веществ в единицу времени, т.е. dC/dt. На графиках C – t скорость реакции – это крутизна, т.е. тангенс угла наклона линии в данной точке.

В соответствии с уравнениями (1), v = kC. Поэтому при уменьшении концентрации исходного вещества скорость v должна уменьшаться, т.е. крутизна линий на рис. 1 с течением времени уменьшается.

Рисунок 1 – Кинетические кривые для реакций 1-го (а) и 2-го (б) порядка

Вопрос 4. Как изменится вид этого графика при повышении (понижении) температуры?

При повышении температуры скорость химической реакции быстро возрастает, а период полупревращения, соответственно, уменьшается. Поэтому кривые C – t на рис. 1 пойдут круче (пунктирные линии на рис. 1а). При понижении температуры линии пойдут более полого.

Задача 10

При температуре t1 (ºC) рассматриваемая реакция проходит на α (%) за время τ1 (ч), а при температуре t2 (ºC), тех же начальных условиях и той же степени превращения – за время τ2 (мин).

1)Рассчитайте энергию активации (кДж/моль) для этой реакции.

2)Определите температурный коэффициент скорости данной реакции.

3)За какое время реакция пройдет при тех же начальных и конечных условиях при температуре t3 (ºC)?

8

Таблица 3 – Условия задачи 10

Таблица 4 – Ответы к задаче 10

9

Продолжение таблицы 4

Перепишем условие этой задачи для варианта 1.

При температуре 17,2 ºC рассматриваемая реакция проходит на 51,2 % за время τ = 0,8 ч, а при температуре 38,8 ºC, тех же начальных условиях и той же степени превращения – за время 3,6 мин.

1)Рассчитайте энергию активации (кДж/моль) для этой реакции.

2)Определите температурный коэффициент скорости данной реакции.

3)За какое время реакция пройдет при тех же начальных и конечных условиях при температуре 60,1 ºC?

Если бы в этой задаче был указан порядок реакции и начальная концентрация реагирующего вещества C0, то можно было бы вычислить по уравнению (1) или (2) константу скорости при двух температурах и определить, с использованием уравнения Аррениуса, энергию активации:

Однако ни порядок реакции, ни C0 не известны. Как показано ниже, при фиксированных условиях изучения скорости превращения (одинаковая величина С0 и степени превращения α) энергию активации можно определить и без знания этих

где f(C0, α, n) – некоторая, не известная нам функция условий протекания реакции (C0 и C или C0 и α, а также n). Для разных порядков вид этой функции и ее величина разные, однако для нас важно то, что при фиксированных условиях численное значение этого выражения одинаково и не зависит от температуры, если порядок, как это обычно принимается, не зависит от температуры. Поэтому для трех рассматриваемых температур можно записать:

10