Исследование кинетики реакции

Министерство образования Российской Федерации

Московская государственная академия тонкой химической технологии

им. М.В. Ломоносова

Кафедра общей химической технологии и химии и технологии основного органического синтеза

«Исследование кинетики реакции

PhNp (A1)+PhC?CH (A2)>PhNC(Ph)=Cp (A3)»

Вариант 4

Выполнил: Степанов В.Н.

Проверил: Темкин О.Н.

Москва, 2007г.

Оглавление

Определение вида кинетического уравнения
- 1. Определение текущих концентраций веществ
- 2. Определение начальных скоростей
- 3. Определение вида кинетического уравнения и порядков реакции по реагентам
- 4. Определение константы скорости реакции k по первым 3-м опытам
- 4.1 Последовательность обработки регрессионным методом
- 4.2 Выбор функции для обработки
- 4.3 Определение коэффициентов полинома
- 4.4 Проверка адекватности полученной модели и расчет константы скорости
- 4.6Значение константы скорости, рассчитанное по опытам №№ 1-3
- 5. Расчет констант скорости по остальным опытам
- 5.2Обработка кинетического уравнения
- 6. Оценка значимости найденного значения константы скорости. Определение доверительного интервала
- 6.1 Определение дисперсии константы скорости
- 6.2 Оценка значимости параметра модели
- 6.3 Определение доверительного интервала
- 6.4 Значение константы скорости
- 7. Итоговый вид кинетического уравнения

Задание

При исследовании кинетики реакции: PhNp (A1) + PhC ? CH (A2)> PhNC(Ph)=Cp (A3)

в растворе хлорбензола реализован следующий эксперимент (400С):

В опытах получены следующие зависимости концентрации (в моль/л) А2 от времени:


	1	2	3	4	5	6	7	8	9
С(А10), моль/л	4	4	4	4	4	4	3	2	1
С(А20), моль/л	0,2	0,2	0,2	0,4	0,6	0,4	0,2	0,2	0,2
С(А30), моль/л	0	0	0	0	0	0,1	0	0	0

Найти кинетическое уравнение и параметры, адекватно описывающие экспериментальные кинетические зависимости. Предложить механизм реакции.

В опытах получены зависимости концентрации А2 от времени, представленные в таблице 2.

Таблица 2. Концентрации А2


t,мин	1	2	3	4	5	6	8	10
опыт 1	0.119	0.081	0.05	0.032	0.021	0.013	0.005	0.002
t,мин	1	2	3	4	5	6	8	10
опыт 2	0.13	0.082	0.052	0.031	0.021	0.014	0.006	0.002
t,мин	1	2	3	4	5	6	8	10
опыт 3	0.122	0.078	0.051	0.034	0.022	0.014	0.006	0.002
t,мин	1.1	2.2	3.3	4.4	5.5	6.6	8.8	11
опыт 4	0.248	0.145	0.096	0.063	0.039	0.025	0.01	0.004
t,мин	0.8	1.6	2.4	3.2	4	4.8	6.4	8
опыт 5	0.414	0.291	0.224	0.154	0.123	0.084	0.051	0.029
t,мин	1	2	3	4	5	6	8	10
опыт 6	0.261	0.163	0.107	0.075	0.048	0.032	0.014	0.007
t,мин	1.3	2.6	3.9	5.2	6.5	9.1	11.7
опыт 7	0.148	0.101	0.072	0.054	0.038	0.02	0.012
t,мин	2.8	5.6	8.4	11.2	14	19.6	25.2
опыт 8	0.143	0.103	0.08	0.057	0.045	0.024	0.014
t,мин	13	26	39	52	65	91	117
опыт 9	0.139	0.097	0.077	0.054	0.04	0.024	0.015

Найти кинетическое уравнение и его параметры, адекватно описывающие экспериментальные кинетические зависимости. Предложить механизм реакции.

Определение вида кинетического уравнения

1. Определение текущих концентраций веществ

Найдем текущие концентрации всех веществ, участвующих в реакции, с помощью формулы: , где Ni - количество i-того вещества, в - стехиометрический коэффициент.

Для реагентов в = -1, а для продукта в = 1. В нашем случае, можно заменить количества веществ на их концентрации. Формула для расчета концентраций будет иметь вид: СА10-СА1 = СА20-СА2 = СА3-СА30. По экспериментально полученным зависимостям изменения концентрации А2 вычислим изменение концентрации остальных участников реакции. Результаты представлены в таблице 3.

Таблица 3.


Опыт	Точки отбора	0	1	2	3	4	5	6	7	8
	t, мин	0	1	2	3	4	5	6	8	10
1	С1, моль/л	4	3.919	3.881	3.85	3.832	3.821	3.813	3.805	3.802
	С2, моль/л	0.2	0.119	0.081	0.05	0.032	0.021	0.013	0.005	0.002
	С3, моль/л	0	0.081	0.119	0.15	0.168	0.179	0.187	0.195	0.198
	t, мин	0	1	2	3	4	5	6	8	10
2	С1, моль/л	4	3.93	3.882	3.852	3.834	3.822	3.814	3.806	3.802
	С2, моль/л	0.2	0.13	0.082	0.052	0.031	0.021	0.014	0.006	0.002
	С3, моль/л	0	0.07	0.118	0.148	0.169	0.179	0.186	0.194	0.198
	t, мин	0	1	2	3	4	5	6	8	10
3	С1, моль/л	4	3.922	3.878	3.851	3.834	3.822	3.814	3.806	3.802
	С2, моль/л	0.2	0.122	0.078	0.051	0.034	0.022	0.014	0.006	0.002
	С3, моль/л	0	0.078	0.122	0.149	0.166	0.178	0.186	0.194	0.198
	t, мин	0	1.1	2.2	3.3	4.4	5.5	6.6	8.8	11
4	С1, моль/л	4	3.848	3.745	3.696	3.663	3.639	3.625	3.61	3.604
	С2, моль/л	0.4	0.248	0.145	0.096	0.063	0.039	0.025	0.01	0.004
	С3, моль/л	0	0.152	0.255	0.304	0.337	0.361	0.375	0.39	0.396
	t, мин	0	0.8	1.6	2.4	3.2	4	4.8	6.4	8
5	С1, моль/л	4	3.814	3.691	3.624	3.554	3.523	3.484	3.451	3.429
	С2, моль/л	0.6	0.414	0.291	0.224	0.154	0.123	0.084	0.051	0.029
	С3, моль/л	0	0.186	0.309	0.376	0.446	0.477	0.516	0.549	0.571
	t, мин	0	1	2	3	4	5	6	8	10
6	С1, моль/л	4	3.861	3.763	3.707	3.675	3.648	3.632	3.614	3.607
	С2, моль/л	0.4	0.261	0.163	0.107	0.075	0.048	0.032	0.014	0.007
	С3, моль/л	0.1	0.239	0.337	0.393	0.425	0.452	0.468	0.486	0.493
	t, мин	0	1.3	2.6	3.9	5.2	6.5	9.1	11.7
7	С1, моль/л	3	2.948	2.901	2.872	2.854	2.838	2.82	2.812
	С2, моль/л	0.2	0.148	0.101	0.072	0.054	0.038	0.02	0.012
	С3, моль/л	0	0.052	0.099	0.128	0.146	0.162	0.18	0.188
	t, мин	0	2.8	5.6	8.4	11.2	14	19.6	25.2
8	С1, моль/л	2	1.943	1.903	1.88	1.857	1.845	1.824	1.814
	С2, моль/л	0.2	0.143	0.103	0.08	0.057	0.045	0.024	0.014
	С3, моль/л	0	0.057	0.097	0.12	0.143	0.155	0.176	0.186
	t, мин	0	13	26	39	52	65	91	117
9	С1, моль/л	1	0.939	0.897	0.877	0.854	0.84	0.824	0.815
	С2, моль/л	0.2	0.139	0.097	0.077	0.054	0.04	0.024	0.015
	С3, моль/л	0	0.061	0.103	0.123	0.146	0.16	0.176	0.185

2. Определение начальных скоростей

Для определения скоростей в начальный момент времени, строим графические зависимости СА3=f(t) и определяем полиномы кривых. Первая производная полиномиальной зависимости по времени будет уравнением для определения скорости реакции в любой момент времени. Данные графические зависимости представлены на рисунках 1-3.

Опыт №1. Зависимость С3=f(t)

Опыт №2. Зависимость С3=f(t)

Опыт №3. Зависимость С3=f(t)

Рис. 1. Графики зависимости С3=f(t) для опытов № 1, №2, №3.

Опыт №4. Зависимость С3=f(t)

Опыт №5. Зависимость С3=f(t)

Опыт №6. Зависимость С3=f(t)

Рис. 2. Графики зависимости С3=f(t) для опытов № 4, №5, №6.

Опыт №7. Зависимость С3=f(t)

Опыт №8. Зависимость С3=f(t)

Опыт №9. Зависимость С3=f(t)

Рис. 3. Графики зависимости С3=f(t) для опытов № 7, №8, №9.

Продифференцируем полиномиальную зависимость, соответствующую эксперименту, в общем виде:

При подстановке у=С3, х=t, получаем уравнение зависимости . При t=0, . Исходя из этого, получаем значения начальных скоростей реакции для каждого опыта, приняв их равными коэффициенту при х в полученных полиномиальных зависимостях. Эти значения представлены в таблице 4.

Таблица 4. Значения начальных скоростей реакции.


опыт	моль/л*мин	C01,моль/л	C02,моль/л
0	0	0	0
1	0.079	4	0.2
2	0.076	4	0.2
3	0.079	4	0.2
4	0.147	4	0.4
5	0.24	4	0.6
6	0.15	4	0.4
7	0.047	3	0.2
8	0.021	2	0.2
9	0.005	1	0.2

3. Определение вида кинетического уравнения и порядков реакции по реагентам

3.1 Общий вид кинетического уравнения

Так как план эксперимента не дает возможности определить наличие автокатализа, то предполагаем, что кинетическое уравнение подчиняется уравнению классической кинетики и имеет общий вид: .

3.2 Порядок реакции по реагенту А1

Так как реагент А1 в реакции присутствует в избытке, то зависимость скорости реакции от его концентрации определяем по начальным концентрациям и начальным скоростям реакции в разных опытах. Выбираем опыты, в которых начальная концентрация реагента А1 изменяется, а начальная концентрация А2 постоянна. Эти данные приведены в таблице 5.

Таблица 5. Начальные концентрации и скорости для опытов 3,9,8,7.


опыт	C01,моль/л	Rнач,моль/л*мин
0	0	0
9	1	0,005
8	2	0,0021
7	3	0,047
3	4	0,0079

Так как концентрация С2 постоянна, то для данных опытов можно принять, что кинетическое уравнение будет иметь вид: .

Для начальной скорости: .

Следовательно зависимость - линейная, и тангенс угла наклона линии данной зависимости к оси абсцисс будет равен порядку реакции по реагенту А1. Для построения данной зависимости найдем значения и , значения которых представлены в таблице 6.

Таблица 6. Логарифм начальных концентраций и скоростей для опытов 6,1,7.


опыт	Rнач,моль/л*мин	C01,моль/л
9	0,005	1	0	-2.3010
8	0,0021	2	0.30103	-1.6778
7	0,047	3	0.47712	-1.3279
3	0,0079	4	0.60206	-1.1024

По данным таблицы 6 строим график зависимости логарифма начальных скоростей реакции от начальных концентраций А1 для опытов0,6,1,7, который представлен на рисунке 4.

Рис. 4. Графики зависимости для опытов № 9, 8, 7, 3.

Порядок реакции по реагенту А1 определяем как тангенс угла наклона линии аппроксимации. , следовательно порядок реакции по реагенту А1 равен 2.

3.3 Порядок реакции по реагенту А2

Выбираем опыты, в которых начальная концентрация реагента А2 изменяется, а концентрация А1 постоянна. Эти данные приведены в таблице 7.

Таблица 7. Начальные концентрации и скорости, и их логарифм для опытов №9,№8,№2,№4,№5.


опыт	Rнач,моль/л*мин	C02,моль/л
0	0	0	0	0
3	0.079	0,4	-0.699	-1.1024
4	0.147	0,6	-0.3979	-0.832684
5	0.24	0,6	-0.2218	-0.61979

По данным таблицы 7 строим график зависимости , который представлен на рисунке 5.

Рис. 5. График зависимости .

Порядок реакции по реагенту А2 определяем как тангенс угла наклона линии аппроксимации. , следовательно порядок реакции по реагенту А2 равен 1.

Определим порядок по реагенту А2. интегральным методом. По предыдущему расчету определили, что порядок реакции по данному компоненту первый. Тогда кинетическое уравнение будет иметь вид:

Интегрируя его и учитывая начальное условие (при t=0, C2=C02), получаем уравнение: . Данное уравнение представляет собой уравнение прямой в координатах . Зависимости для каждого опыта представлены на рисунках 6-9.

Опыт №1. Зависимость .

Опыт №2. Зависимость .

Опыт №3. Зависимость .

Рис. 6. Графики зависимости для опытов 1-3.

Опыт №4. Зависимость .

Опыт №5. Зависимость .

Опыт №6. Зависимость .

Рис. 7. Графики зависимости для опытов 4-6.

Опыт №7. Зависимость .

Опыт №8. Зависимость .

Опыт №9. Зависимость .

Рис. 8. Графики зависимости для опытов 7-9.

Все точки, включая начало координат аппроксимируются прямой с высокой точностью, следовательно, порядок по реагенту А2 равен 1.

3.4 Итоговый вид кинетического уравнения

Обобщая данные п. 3.1.-3.2., можем сделать вывод, что кинетическое уравнение данной реакции имеет вид:

Определение параметров кинетического уравнения. Проверка адекватности модели

4. Определение константы скорости реакции k по первым 3-м опытам

Из вида кинетического уравнения следует, что его единственным параметром является константа скорости реакции k. Для определения значения константы скорости воспользуемся статистическим методом регрессионного анализа экспериментальных данных. Для оценки адекватности полученной модели будем использовать опыты с одинаковыми начальными данными. Исходя из плана эксперимента, такими опытами являются опыты №№1-3.

4.1 Последовательность обработки регрессионным методом

1. Выбор полиномиальной функции для обработки

2. Определение коэффициентов полинома

3. Проверка адекватности полученной функции

4. Оценка значимости коэффициентов

4.2 Выбор функции для обработки

При описании кинетического уравнения полиномом первой степени теряется физический смысл: скорость реакции постоянна в любой момент времени. Используя полином второй степени можем получить отрицательные концентрации при бесконечном времени реакции. Для описания экспериментальной зависимости выберем полином третьей степени, так как он наипростейший из не противоречащих физическому смыслу.

В общем случае полиномиальная зависимость будет иметь вид:

С2 = b0 + b1•t + b2•t2 + b3•t3.

Заменив С2 на у, t на хi, где индекс i соответствует степени t, получим:

у = b0x0 + b1x1+b2x2 + b3x3.

4.3 Определение коэффициентов полинома

В общем виде нахождение коэффициентов производят методом наименьших квадратов, вычисляя матрицу из матричного произведения:

где В - искомая матрица коэффициентов, Х - матрица, содержащая значения хi для каждой точки отбора, Y - матрица экспериментально полученных концентраций.

Для опыта № 1.

Расчет коэффициентов уравнения регрессии, концентраций и скоростей реакции в каждой точке отбора:


	1	1	1	1
	1	2	4	8
	1	3	9	27
Х=	1	4	16	64
	1	5	25	125
	1	6	36	216
	1	8	64	512
	1	10	100	1000


	0.119
	0.081
	0.05
Y=	0.032
	0.021
	0.013
	0.005
	0.002


	0.169438
	-0.05715
В=	0.006835
	-0.00028


Расчетные концентрации У

	0.118842
	0.080237
	0.051943
У=Х*В=	0.032282
	0.019575
	0.012143
	0.006389
	0.001588


Расчетные скорости R		0.04432
		0.03317
		0.02370
		0.01590
	R=	0.00979
		0.00535
		0.00152
		0.00440

Для опыта № 2.

Расчет коэффициентов уравнения регрессии, концентраций и скоростей реакции в каждой точке отбора:


	1	1	1	1
	1	2	4	8
	1	3	9	27
Х=	1	4	16	64
	1	5	25	125
	1	6	36	216
	1	8	64	512
	1	10	100	1000
	0.13
	0.082
	0.052
Y=	0.031
	0.021
	0.014
	0.006
	0.002


	0.18828
	-0.068087
В=	0.008756
	-0.000382


Расчетные концентрации У

	0.128567
	0.084076
	0.052515
У=Х*В=	0.031593
	0.019022
	0.012508
	0.008494
	0.001226

Расчетные скорости R


		0.05172
		0.03764
		0.02586
		0.01636
	R=	0.00916
		0.00425
		0.00129
		0.00750

Для опыта № 3.

Не сдавайте скачаную работу преподавателю!

Данную курсовую работу Вы можете использовать для написания своего курсового проекта.

Доработать Узнать цену работы по вашей теме

Поделись с друзьями, за репост + 100 мильонов к студенческой карме :

Заказать работу:

!	Курсовая работа
!	Дипломная работа
!	Реферат
!	Решение задач
!	Отчет по практике
!	Контрольная работа

Пишем курсовую работу самостоятельно:

!	Как писать курсовую работу Практические советы по написанию семестровых и курсовых работ.
!	Схема написания курсовой Из каких частей состоит курсовик. С чего начать и как правильно закончить работу.
!	Формулировка проблемы Описываем цель курсовой, что анализируем, разрабатываем, какого результата хотим добиться.
!	План курсовой работы Нумерованным списком описывается порядок и структура будующей работы.
!	Введение курсовой работы Что пишется в введении, какой объем вводной части?
!	Задачи курсовой работы Правильно начинать любую работу с постановки задач, описания того что необходимо сделать.
!	Источники информации Какими источниками следует пользоваться. Почему не стоит доверять бесплатно скачанным работа.
!	Заключение курсовой работы Подведение итогов проведенных мероприятий, достигнута ли цель, решена ли проблема.
!	Оригинальность текстов Каким образом можно повысить оригинальность текстов чтобы пройти проверку антиплагиатом.
!	Оформление курсовика Требования и методические рекомендации по оформлению работы по ГОСТ.

Читайте также:

→	Разновидности курсовых Какие курсовые бывают в чем их особенности и принципиальные отличия.
→	Отличие курсового проекта от работы Чем принципиально отличается по структуре и подходу разработка курсового проекта.
→	Типичные недостатки На что чаще всего обращают внимание преподаватели и какие ошибки допускают студенты.
→	Защита курсовой работы Как подготовиться к защите курсовой работы и как ее провести.
→	Доклад на защиту Как подготовить доклад чтобы он был не скучным, интересным и информативным для преподавателя.
→	Оценка курсовой работы Каким образом преподаватели оценивают качества подготовленного курсовика.

Другие популярные курсовые работы:

Курсовая работа	Деятельность Движения Харе Кришна в свете трансформационных процессов современности
Курсовая работа	Маркетинговая деятельность предприятия (на примере ООО СФ "Контакт Плюс")
Курсовая работа	Политический маркетинг
Курсовая работа	Создание и внедрение мембранного аппарата
Курсовая работа	Социальные услуги
Курсовая работа	Педагогические условия нравственного воспитания младших школьников
Курсовая работа	Деятельность социального педагога по решению проблемы злоупотребления алкоголем среди школьников
Курсовая работа	Карибский кризис
Курсовая работа	Сахарный диабет
Курсовая работа	Разработка оптимизированных систем аспирации процессов переработки и дробления руд в цехе среднего и мелкого дробления Стойленского ГОКа

Сейчас смотрят :

Курсовая работа	Организация транспортного хозяйства
Курсовая работа	Учебная история болезни
Курсовая работа	Безработица и ее современные особенности в России
Курсовая работа	Совершенствование управления труда
Курсовая работа	Государственная регистрация недвижимости
Курсовая работа	Межбюджетные отношения в РФ и пути совершенствования их организационных форм
Курсовая работа	Современные технологии производства строительных материалов. Проблемы таможенного контроля
Курсовая работа	Стратегии функционирования предприятия. Уровни разработки стратегий
Курсовая работа	Детская периодика и критика в истории детской литературы
Курсовая работа	Тарифные системы оплаты труда
Курсовая работа	Эмансипация
Курсовая работа	Формирование грамматического строя речи у детей старшего дошкольного возраста с ОНР III уровня
Курсовая работа	Фразеологизмы и слова-символы в романе М.А. Шолохова "Тихий Дон"
Курсовая работа	Проектирование тяговой подстанции переменного тока
Курсовая работа	Развитие логистических услуг в России

Курсовая работа по предмету "Химия"