Основні проблеми хімічної кінетики
Контрольная работа - Химия
Другие контрольные работы по предмету Химия
ьні дані
Час, ? мін. Ступінь перетворення, частки одиниці, Т=3000 ССтупінь перетворення, частки одиниці, Т=3500 С00010,2150, 19620,4890,46130,6720,70540,850,94950,9460,98560,970,99270,9830,99680,9910,99890,9920,999100,9951
Для рішення задачі скористаємося рівняннями Гінстлінга, що характеризують кінетику перетворень у сумішах твердих речовин і які дозволяють одержувати результати, у достатній мірі наближені до реальних. Ці рівняння виведені для наступних спрощених умов:
1) анізотропія компонентів реакційної суміші не впливає на кінетику процесу;
2) зерна реагентів практично рівновеликі, а форма їх близька до правильної (кульової або кубічної);
3) швидкість процесу не лімітується теплообміном між реагуючими речовинами і навколишнім середовищем і не залежить від швидкості плавлення або кристалізації;
4) масопередача здійснюється в результаті руху часток лише одного компонента (унаслідок великого розходження в рухливості часток реагентів);
5) шар твердого продукту реакції відділений від реагуючого компонента різкою границею;
6) процес квазістаціонарний, саморегулюючий - швидкість усіх його стадій залежить від швидкості самої повільної з них.
Рівняння різні для кінетичної області (тобто в умовах, коли лімітуючою стадією процесу є власне хімічна реакція), для області сублімації (випару), дифузійної і проміжної областей.
Механізм 1 застосуємо, якщо в міру плину реакції зменшується обсяг зерен, а концентрація реагентів на поверхні контакту залишається постійною:
Інтегральна форма рівняння має вигляд:
(10)
де ? - ступінь перетворення;
к - константа швидкості реакції;
? - час.
Механізм 2 застосуємо, коли взаємодія в порошкоподібній суміші яка проходить в кінетичній області, супроводжується не тільки зменшенням поверхні контакту, але і зміною концентрації одного з реагентів і має перший порядок
(11)
Механізм 3 застосуємо, якщо процес лімітується сублімацією або випаром, тобто протікає в дифузійній області:
(12)
Механізм 4 застосуємо, коли один з реагентів дифундує через шар твердого продукту реакції:
(13)
Рішення:
За даними таблиці 1 будуємо кінетичні криві для заданих температур 300 і 3500С відповідно (мал.1).
На підставі графічних залежностей ступеня перетворення вихідної речовини від часу ? (мал.1) визначаємо швидкість процесу:
(14)
де W - відносна швидкість реакції, 1/сек.
При температурі 3000С:
При температурі 3500С:
Рис.1. Графічна залежність від часу за механізмом 1
Для визначення енергії активації будуємо графічну залежність ln W від 1/Т (рис.2).
Т, 0С Т, К 1/T
300 573 1,7•10-3
350 623 1,6•10-3
ln W300 = ln 0,16 = - 1,83ln W350 = ln0,25 = - 1,38
Рис.2. Графічна залежність від часу за механізмом 1 при температурі 3000С
(15)
Для визначення механізму реакції будуємо графічні залежності по кожному з рівнянь (101-104) у координатах від часу ?.
Розрахункові значення по механізму 1 представлені в таблиці 2.
Таблиця 2.
Розрахункові значення
Час, ? хв. Ступінь перетворення, частки одиниці, Т=3000 С
Т=3000 ССтупінь перетворення, частки одиниці, Т=3500 С
Т=3500 С0000010,2150,0700, 1960,07020,4890,1860,4610,18630,6720,3340,7050,33440,8500,6290,9490,62950,9460,7530,9850,75360,9700,8000,9920,80070,9830,8410,9960,84180,9910,8740,9980,87490,9920,9000,9990,900100,995111
Рис.3. Графічна залежність від часу за механізмом 1
Рис.4. Графічна залежність від часу за механізмом 1
Розрахункові значення по механізму 2 представлені в таблиці 3.
Таблиця 3.
Розрахункові значення
Час, ? хв. Ступінь перетворення, частки одиниці, Т=3000 С
Т=3000 ССтупінь перетворення, частки одиниці, Т=3500 С
Т=3500 С0010110,2151,1750, 1961,15620,4891,5640,4611,50930,6722,1020,7052,25640,8503,5420,9497,27150,9466,9990,98516,44160,97010,3570,99225,00070,98315,1250,99639,68580,99123,1120,99862,99690,992250,999100100,99534, 1991
Рис.5. Графічна залежність від часу за механізмом 2
Рис.6. Графічна залежність від часу за механізмом 2
Розрахункові значення по механізму 3 представлені в таблиці 4.
Таблиця 4.
Розрахункові значення
Час, ? хв. Ступінь перетворення, частки одиниці, Т=3000 С
Т=3000 ССтупінь перетворення, частки одиниці, Т=3500 С
Т=3500 С000010,2150,1490, 196020,4890,3600,4610,13530,6720,5240,7050,33740,8500,7170,9490,55650,9460,8570,9850,86260,9700,9030,9920,93970,9830,9330,9960,96080,9910,9560,9980,97490,9920,9600,9990,984100,9950,97010,990
Рис.7. Графічна залежність від часу за механізмом 3
Рис.8. Графічна залежність від часу за механізмом 3
Розрахункові значення по механізму 4 представлені в таблиці 5.
Таблиця 5. Розрахункові значення
ас, ? хв. Ступінь перетворення, частки одиниці, Т=3000 С
Т=3000 ССтупінь перетворення, частки одиниці, Т=3500 С
Т=3500 С0000010,2150,0050, 1960,00420,4890,0340,4610,03030,6720,0760,7050,08640,8500,1510,9490,22950,9460,2260,9850,28260,9700,2560,9920,29870,9830,2780,9960,31080,9910,2960,9980,31890,9920,2980,9990,324100,9951
Рис.9. Графічна залежність від часу за механізмом 4
Рис.10. Графічна залежність від часу за механізмом 4
Висновок
З аналізу графічних залежностей ступеня перетворення речовини в залежності від часу ? (рис.10), можна зробити висновок, що для даного процесу рівняння швидкості має вигляд:
(16)
а залежність між ступенем перетворення (у частках одиниці) вихідної речовини в продукт і часом