Примеры

DS ∆n 0,001·60·24

——— = ———— = —————— = 13714 см3/сут

δ t(cs-c) 5(0,024-0,003)

Подставляем числа для нахождения k и β

13714 D 13714

k= ——— = 0,6857 сут-1; β = —— = ——— 6857 см/сут

20·103 δ 2

DS 0,75·2

δ= ———— = ———— = 1,09·10-4 см

13714 13714

3.1.7

Концентрация кислоты в насыщенном растворе cs = 0.024 моль/л (298 К). Коэффициент диффузии С6Н5СООН D=0,75 см2/сут. Концентрация раствора в ходе растворения изменялась. Таблетка бензойной кислоты с площадью поверхности S=2 см2 помещена в раствор бензойной кислоты.

.

Объем раствора 20 л, концентрация 0,003 моль/л. Раствор размешивали, в результате чего за 5 мин растворилось 0,001 моль С6Н5СООН. Определите время, за которое концентрация раствора станет равной 0,012 моль/л.

Решение. Поскольку концентрация раствора в рассматриваемом отрезке меняется, меняется и градиент концентраций в приповерхностном слое, т. е. процесс диффузии нестационарен. Используем уравнение. Так как

2,3 cs-c1

t1 =0; c1=0,003, то k = —— lg———

t2 cs-c2

Подставляем числа и решаем относительно t;

2,3 0,024-0,003

t2 = —— lg————— = 0,815 сут, или 19,55 ч.

0,6857 0,024-0,012

3.1.8.

Металлический цинк площадью 20 см2 при 298 К растворяли в 700 см3 серной кислоты по уравнению

Zn + H2S04= ZnS04+ Н2

Вычислите скорость диффузии β и соотношение толщины диффузионных слоев (δ1/δ2) в опытах 1 и 3, используя следующие данные: Скорость перемешивания 400 об/мин.

Опыт ……… 1 2

τ, ч………………0 0,5 1

сH2SO4, г-экв/л……0,153 0,118 0,090

Скорость перемешивания 216 об/мин

Опыт…………… 3

τ, ч……………… . 0 0,5

сH2SO4, г-экв/л…… 0,080 0,069

Решение: Определяем константу скорости растворения. При t=0

2,3 ct=0

k= ——— lg———

t2 ct

Определяем скорость диффузии β для опыта 1:

2,3 0,153

k1= —— lg——— = 0,519 ч-1

0,5 0,118

V

k 700·0,519

β

= —— = ———— 18,27 см/ч

S 20

Для опыта 3:

2,3 0,080

k3 = —— lg——— 0,296 ч-1

0,5 0,069

700·0,296

β3= ———— = 10,32 см/ч

20

По полученным значениям β рассчитаем толщину диффузионного слоя δ

D D δ1 10,32

δ1 = —— и δ3 = ——; —— = ——— = 0,56

β1 β3 δ3 18,27

Толщина диффузионного слоя при изменении числа оборотов уменьшилась почти в двое.

3.1.9.

Над углем пропускают воздух при Р = const. В результате протекает реакция С + О2 = С02. Эффективную константу k*

определили при различных температурах. Результаты измерений и вычислений:

T, K…777 873 973 1073 1173 1273 1373 1673 (1/T)·103 1,290 1,145 1,026 0,930 0,85 0,785 0,728 0,636

k* …0,073 0,447 2,15 6,81 13,72 19,49 24,40 26,90

lg k*.-1,137 -0,35 0,332 0,832 1,137 1,29 1,369 1,429

Составьте уравнение типа

lgk = A/T+const.

Решение. Сопоставив уравнение lgk = AIT + const с уравнением, получим

Е —25,47·103

А =- — = —————— = 1 33- Ю3.

2,3 R 2,3·8,31

Для вычисления const подставляем в исследуемое уравнение значения lg k и 1/Т, относящиеся к кинетической области протекания реакции для 973 К:

0,332=—1,33· 103/973+ const,

откуда const = 0,244. После подстановки чисел получим

lg k = 0,244 — 5573/T.

3.1.10

. При исследовании кинетики реакции бромирования серебра Ag + VaBra = AgBr получены следующие данные (500 К, Рвг,= .— 170 мм рт. ст.):

t,c……………… 1000 2000 3000 4000 6000

(∆m/S)·102, г/см2 1 1,34 1,61 1,84 2,24

(∆m/S)2·104, г/см4 1 1,8 2,6 3,4 5_

Какие выводы о типе реакции можно сделать на основании результатов опыта? Вычислите константу скорости реакции.

Решение. Поскольку на металлическом серебре в ходе реакции образуется бромид серебра, можно предположить, что скорость реакции лимитируется скоростью диффузии Ag или Br через слой AgBr. Для проверки предположения строим графики зависимостей Am/S == ƒ(t)(1) и (∆m/S)2. = ƒ(t) (2). Прямая в координатах (∆m/S)2 — t подтверждает предположение о том, что реакция протекает в диффузионной области. Константу скорости k* находим из графика как тангенс угла наклона прямой:

tgα = k = 8,0·10-8 г2/(см4с).

Copyright © 2024 - All Rights Reserved - www.chemicalnow.ru