1. Простые и сложные химические реакции. Приведите примеры и дайте пояснение этих понятий. (Решение → 36585)

Заказ №38767

1. Простые и сложные химические реакции. Приведите примеры и дайте пояснение этих понятий. 2. Назовите основные постулаты химической кинетики, которые используются при составлении уравнений сложных многостадийных химических процессов. Изложите суть этих постулатов. 3. Изобразите кинетическую схему обратимой реакции 1-го порядка. Запишите систему дифференциальных уравнений для описания скоростей отдельных стадий сложной реакции и реакции в целом. Приведите интегральные формы кинетического уравнения обратимой реакции 1- го порядка, на основе которых могут быть рассчитаны константы скоростей прямой 1 k и обратной 2 k реакций. 4. Изобразите кинетическую схему для 2-х параллельных реакций 1-го порядка. Запишите систему дифференциальных уравнений для описа-ния скоростей элементарных стадий процесса и реакции в целом. Приве-дите интегральные формы кинетического уравнения, позволяющие рассчи-тывать константы скоростей ( 1 k и 2 k ) элементарных стадий реакции. 5. Запишите систему дифференциальных уравнений для описания скоростей последовательной реакции 1-го порядка (реакция D), если реакция протекает в соответствии со схемой A B C   1 2 k k . 6. Приведите интегральные формы кинетического уравнения для рас-чёта концентрации каждого из трёх реагентов (А, В и С) последовательной реакции 1-го порядка (реакция D). 7. Приведите формулу для расчёта времени достижения максимальной концентрации промежуточного вещества B и рассчитайте max t (значения констант скоростей 1 k и 2 k взять в табл. 6) 8. Приведите формулу для расчёта максимальной концентрации про-межуточного вещества В и вычислите B,max c . 9. Сделайте вывод о том, как изменяется (возрастает или уменьша-ется) величина максимальной концентрации промежуточного вещества В при изменении отношения констант скоростей промежуточных стадий 2 1 k k последовательной реакции D. 10. Определите время, за которое концентрация исходного реагента А в реакции D снизится вдвое, т.е. прореагирует половина вещества А. 11. Найдите время, отвечающее точке перегиба на кривой зависимо-сти концентрации продукта C реакции D от времени, т.е. c f t C  ( ) . 12. Вычислите концентрации всех трёх реагентов (А, В и С) для реакции D в момент времени 1 t . 13. На основе данных (табл. 6) о величинах констант скоростей элементарных стадий ( 1 k и 2 k ) последовательной реакции 1-го порядка A B C   1 2 k k рассчитайте концентрации ( с, моль/дм3 ) реагентов A, B и C в различные моменты времени ( t  1, 2, 3, 5, 7, 10, 13 и 20 мин). 14. Постройте графики зависимости c f t  ( ) для каждого из реагиру-ющих веществ (А, B и С) последовательной химической реакции D. 15. По графику B c f t  ( ) приближенно определите координаты поло-жения максимальной концентрации промежуточного вещества В, т.е. величины B,max c и max t . Если Вы затрудняетесь выполнить это задание, то обратитесь к литературе [2], с. 369 – 387, примеры 3, 4 (задачи с решениями) Таблица 6 № варианта , 1 1 мин k , 2 1 мин k 1 t , мин № варианта , 1 1 мин k , 2 1 мин k 1 t , мин 7 0,05 0,15 8 17 0,40 0,15 4

Решение:

1. По механизму химические реакции делят на простые и сложные. К простым относятся реакции, которые протекают только в одну стадию. Например, разложение галогенов: I2 = 2I. Если же реакция протекает в несколько стадий, то она является сложной. Например, реакция разложения пероксида водорода записывается суммарным уравнением: 2Н2О2 = 2Н2О + О2 Однако эта реакция протекает в две стадии и является сложной: 1) Н2О2 = Н2О + О 2) О + О = О2. Сложные реакции в свою очередь делят на последовательные, параллельные и сопряженные. Последовательные - реакции с промежуточными стадиями типа А → В → С. Параллельные - исходные вещества реагируют сразу в нескольких направлениях: Например, Сопряженные - реакции, из которых одна протекает лишь совместно с другой. Например, Н2О2 легко окисляет соединения железа, но практически не окисляет бензол. Однако если провести эти реакции в общей смеси, то Н2О2 в этом случае окисляет и бензол: Fe2+ + H2O2 = Fe3+ + OHOH- + OH- + C6H6 = C6H5OH + H2O. 2. Основным постулатом химической кинетики является закон действующих масс, выражающий зависимость скорости реакции от концентраций реагирующих веществ: при постоянной температуре скорость химической реакции в данный момент пропорциональна произведению молярных концентраций реагирующих веществ. 2С2Н6 + 7О2 = 4СО2 + 6Н2О. Для этой реакции по закону действующих масс υ = k · [С2Н6] 2 [O2] 7 . Получается, что порядок реакции равен 9. Но это не соответствует действительности, потому что это уравнение суммарное, т.е. показывает начальный и конечный этап реакции. Таким образом, порядок реакции совпадает с ее молекулярностью только в случае простых реакций. А для сложных реакций частные порядки по веществам, участвующим в реакции и дающие в сумме полный порядок, находятся экспериментальным путем. В общем случае для сложной реакции аА + вВ = сС + дД υ = k · [А]m [В]n . m + n - общий порядок реакции. m и n в большинстве случаев не равны стехиометрическим коэффициентам. Объясняется это тем, что сложные реакции идут через ряд последовательных мономолекулярных и бимолекулярных промежуточных стадий с разными скоростями. Общая скорость сложной реакции и ее кинетическое уравнение будут определяться самой медленной стадией, которая называется лимитирующей. Молекулярность простой реакции, а лимитирующая стадия и будет простой реакцией, не может быть больше 3, так как по кинетической теории вероятность столкновения 4 и более молекул определенного вида ничтожно мала. Поэтому и порядок реакции не может быть больше 3. 3. Обратимые реакции первого порядка: Закон действующих масс записывается следующим образом: . Если начальные концентрации веществ A и B обозначить, соответственно, a и b и ввести степень превращения x ([A] = a - x, [B] = b + x), то кинетическое уравнение приобретает вид: . Решение этого уравнения можно выразить через степень превращения, соответствующую достижению равновесия: или , где x определяется условием равенства скоростей прямой и обратной реакций: , откуда следует: . При t ∞ наступает равновесие, которое характеризуется константой: 4. Параллельные реакции первого порядка: Кинетическое уравнение записывается с учетом принципа независимости: . Решение этого уравнения записывается так же, как и для одной реакции первого порядка: , . (5.3) Для параллельных реакций в любой момент времени отношение концентраций продуктов постоянно и определяется константами скорости элементарных стадий: . 5. Запишем систему дифференциальных уравнений для описания скоростей последовательной реакции 1-го порядка (реакция D), если реакция протекает в соответствии со схемой A B C   1 2 k k . Последовательные реакции первого порядка: усть в начальный момент времени есть только вещество A. Применим к этой системе закон действующих масс и принцип независимости химических реакций: