Курсовая работа
по физической химии
«Электрохимия и химическая кинетика»
Вариант № 9
Задача 1
Для реакции дана константа скорости омыления – К. Вычислить время, необходимое для омыления эфира, взятого в объёме V1 и концентрации С1 (н), если для омыления к указанному количеству эфира добавить:
а) V1 (м3) С1 (н) раствора NaOH;
б) V2 (м3) С2 (н) раствора NaOH;
в) V3 (м3) С3 (н) раствора NaOH
для случая, когда прореагируют 10, 20, 30, … N % эфира.
Построить графики зависимостей скорости реакции (степени превращения) от времени. Сделать вывод о влиянии исходной концентрации щелочи на скорость реакции.
/>
К
V1
V2
V3
C1
C2
C3
N
5.31
0.25
0.30
0.20
0.20
0.50
0.15
60
Решение.
а) Считая указанную реакцию, реакцией II порядка, выразим из соответствующего кинетического уравнения время:
/>(1)
для случая, когда исходные концентрации обоих реагентов равны.
Поскольку исходная концентрация эфира равна: С0=0,20, то для моментов времени, когда прореагирует 10, 20, 30 … 60% эфира, его концентрация будет составлять:
/>.
Тогда представим эти концентрации в виде таблицы:
N, %
10
20
30
40
50
60
Ci
0.18
0.16
0.14
0.12
0.1
0.08
Тогда соответственно время (рассчитанное по формуле 1), затрачиваемое на реакцию:
Ci
0.18
0.16
0.14
0.12
0.1
0.08
/>
0.102
0.235
0.404
0.628
0.942
1.412
Степень превращения эфира равна:
/>
Получим ряд значений степени превращения в соответствующие моменты времени:
/>
0.102
0.235
0.404
0.628
0.942
1.412
/>
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
б) В этом случае исходные концентрация и объём эфира неодинаковы, поэтому необходимо воспользоваться кинетическим уравнением реакции II порядка для случая, когда вещества взяты в различных концентрациях:
/>(2)
где a – исходная концентрация эфира;
b – начальная концентрация щелочи;
x – кол-во прореагировавшего эфира;
Поскольку общий объём смеси равен V0=V1+V2=0.25+0.30=0.55, то начальные концентрации эфира и щелочи будут, соответственно, равны:
/>;
/>.
Тогда: />.
Для значений N=10…60% получим:
N, %
10
20
30
40
50
60
/>
0,0091
0,018
0,027
0,036
0,046
0,055
Подставляя полученные значения а,b и х в уравнение (2), получаем время, необходимое для того, чтобы прореагировало количество эфира, равное х:
/>
0,0091
0,018
0,027
0,036
0,046
0,055--PAGE_BREAK----PAGE_BREAK----PAGE_BREAK--
0,001
251
Решение.
а) Удельная электрическая проводимость, по определению, равна:
æ/>,
Разведение (разбавление) есть величина, обратная концентрации, т.е.:
/>.
Используя эти зависимости, получим ряд значений удельной электрической проводимости и разведения:
æ
0,392
0,097
0,069
0,0388
0,01
0,006993
0,003984
V
10
20
33,3
100
200
333,3
1000
Полученные значения можно использовать для построения графика зависимости удельной электрической проводимости от разведения:
/>
Зная зависимость эквивалентной эл. проводимости от разведения и удельной проводимости, можно рассчитать значения λV и построить график зависимости λV=f(V):
/>æ/> 1·10-3·æV
λV·103
3.922
1.942
2,299
3,88
2
2,331
3,99
V
10
20
33,3
100
200
333,3
1000
/>
б) Проверим, подчиняются ли растворы вещества А закону разведения Оствальда:
/>,
где степень диссоциации />; причем значение
/>м2/Ом·моль – из справочника.
Тогда:
/>
0,144
0,071
0,085
0,142
0,074
0,086
0,146
λV·103
3.922
1.942
2,299
3,88
2
2,331
3,99
Kд·104
24,3
2,74
2,34
2,37
0,292
0,241
0,251
С
0,1
0,05
0,03
0,01
0,005
0,003
0,001
Сравнивая полученные значения константы диссоциации с ее табличным значением, равным 1,77·10-5, приходим к выводу, что растворы NH4OH практически не подчиняются закону разведения Оствальда.
Задача 4
Для реакции, протекающей обратимо в гальваническом элементе, дано уравнение зависимости ЭДС от температуры. При заданной температуре вычислить ЭДС Е, изменение энергии Гиббса ΔG, изменение энтальпии ΔН, изменение энтропии ΔS, изменение энергии Гельмгольца ΔА и теплоту Q, выделяющуюся или поглощающуюся в этом процессе. Расчет провести для 1 моль реагирующего вещества.
Т=273 К; />;
Зависимость ЭДС
от Т: />
Решение.
Имея зависимость E=f(T), можно рассчитать ЭДС при указанной температуре, подставив ее в это уравнение:
/>
Изменение энтропии связано с температурой следующим соотношением:
/>,
найдем производную зависимости E=f(T) по температуре (температурный коэффициент ЭДС гальванического элемента):
/>.
Очевидно, значение ΔS не зависит от температуры и определяется лишь числом передаваемых электронов:
/>Дж/К.
Изменение энергии Гиббса равно:
/>кДж.
Найдём изменение энтальпии по формуле:
/>кДж.
Поскольку изменение энергии Гельмгольца равно
/>,
то /> кДж/моль.
Найдём теплоту, которая выделяется (или поглощается) при работе гальванического элемента:
/>кДж.
Как видно из вышеприведённых расчетов, при работе гальванического элемента, выделяется 2,139 кДж (в расчёте на 1 моль) теплоты (экзотермическая реакция), на что указывает и знак температурного коэффициента ЭДС. Таким образом, в адиабатических условиях, элемент работает с нагреванием.