Реферати українською » Химия » Кінетика хімічних і електрохімічних процесів


Реферат Кінетика хімічних і електрохімічних процесів

Страница 1 из 6 | Следующая страница

Міністерство освіти і науки Російської Федерації

>ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОСВІТІ

Федеральне державне освітнє установа вищого професійної освіти

«>Чувашский державний університет ім. І.Н. Ульянова»

Методичні вказівки до практичним занять по фізичної хімії:

>КИНЕТИКАХИМИЧЕСКИХ ІЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИХПРОЦЕССОВ

Чебоксар 2007


>УДК 541.1:541.2:541.6

Упорядники:

>С.М.Верхунов

>Р.А. Зимін

Е.В. Андрєєва

Н.І. Кольцов

>Кинетика хімічних і електрохімічних процесів: Метод. вказівки до практичним занять по фізичної хімії /Сост.С.М.Верхунов,Р.А. Зимін, Е.В. Андрєєва, Н.І. Кольцов;Чуваш. ун-т. Чебоксар, 2007. 61 з.

Містять завдання наступним тем: електрична провідність, рівноваги в розчинах електролітів,електродвижущие сили,електродние потенціали, формальна кінетика, складні реакції, залежність швидкості реакції від температури, фотохімічні реакції. До кожного темі наведено необхідні теоретичні відомості, основні рівняння, методики вирішення завдань, запропоновані завдання для самостійного рішення з відповідями.

Для студентів III і IV курсів хіміко-фармацевтичного факультету.

Відповідальний редактор д-р хім. наук, професор Н.І. Кольцов

ЗатвердженеМетодическим радою університету.


1. Електрична провідність. Рівновага в розчинах електролітів

1.1 Необхідні вихідні відома і основні рівняння

>Электролитом називається речовина, яке за взаємодії із жовтою водою здатне розпадатися на іони і тим самим переносити електричний заряд. По способу перенесення електричного заряду все провідники діляться на два роду. До лідерів першого роду ставляться провідники з електронною провідністю (все метали, вуглець, графіт, деякінеметалли). До лідерів другого роду ставляться провідники з іонної провідністю (розчини кислот, більшості солей й підстав, і навіть їх розплави).

Найважливішою характеристикою електричної провідності є електричне опір провідників:

 

R = >rl/>s,(1.1)

деr - удільне електричне опір,Ом.м; l – довжина провідника першого роду чи відстань між електродами в провіднику другого роду, м; >s – площа поперечного перерізу провідника першого роду або майдан електродів провідника другого роду, м2.

Розмір, зворотна опору, називається електричної провідністю:

>1/r =c,(1.2)

де з - питома електрична провідність,Ом-1.м-1.Удельной електричної провідністю називається електрична провідність електроліту, укладеного між електродами площею 1 м2 і розташованими з відривом 1 м друг від друга.

Для розчинів електролітів часто користуються поняттям «еквівалентна електрична провідність» l:

l = з/з (1.3)

де з – еквівалентна концентрація електроліту, міль.м-3.Эквивалентной електричної провідністю називається електрична провідність електроліту, укладеного між електродами, які перебувають з відривом 1 м друг від одного й такої площі, що у просторі з-поміж них міститься 1 міль електроліту.

Залежність еквівалентній електричної провідності від концентрації описується рівняннямКольрауша:

l = l> - А,(1.4)

де l> - еквівалентна електрична провідність при нескінченному розведенні,Ом-1.міль-1.м2; А – стала, що залежить від природи електроліту.

Оскільки провідник другого роду при розчиненні у питній воді розпадається на два типу іонів, то електричний заряд переноситься спільно катионами іанионами і безсторонньо рівнянняКольрауша (закон незалежності руху іонів):

l> = l+ + l-,(1.5)

де l+ і l- - електричні провідності відповіднокатиона іаниона,Ом-1.міль-1.м2. Електрична провідністькатиона іаниона більшою мірою визначається швидкістю їх руху:


u+ = u+0U/l і v- = v-0U/l,(1.6)

де u+0 і v-0 – абсолютні швидкість руху іонів, м2.з-1.У-1; U/l – напруженість електричного поля, У.м-1,

l+ = F.v+0 і l- = F.v-0,(1.7)

де F – число Фарадея (F = 96500Кл).

Абсолютні швидкість руху іонів різні. Позаяк у провідниках другого роду електричний заряд переноситьсяод-новременно катионами іанионами, то

 

>Q = >Q+ + >Q-і I = I+ + I-  (1.8)

де >Q – перенесений заряд,Кл; >Q+ і >Q- - заряд, перенесений катионами іанионами,Кл; I, I-, I+ - загальна сила струму і сила струму, обумовлена рухом аніонів і катіонів, А.

Кількість заряду, перенесеного іонами, залежить від швидкість руху (рухливості), заряду та розміру іонів, і навіть від деяких інших чинників. Найчастіше частки зарядів, перенесених на різні форми іонів, не збігаються друг з одним. Через це вводиться поняття про числах перенесення іонів (>t+ і >t-).Числом перенесення іонів називається частка заряду, перенесеного даним виглядом іона:

 

>t+ = >Q+/(>Q+ + >Q-) = I+/(I+ + I-); (1.9)

>t- = >Q-/(>Q+ + >Q-) = I-/(I+ + I-). (1.10)

Вочевидь, що >t+ + >t- = 1. Звідси:


>t+ = 1 – >t- і >t- = 1 – >t+. (1.11)

>Числа перенесення можна висловлювати через швидкість руху і рухливості іонів:

 

>t+ = v+0/(v+0 + v-0) =+/(>+ +-) =+/>;

>t- = v-0/(v+0 + v-0) =-/(>+ +-) =-/>. (1.12)

Позаяк у ході перенесення заряду іони розряджаються на електродах, то концентрації електроліту ванодном, катодному і середньому просторах різні:

 

>t+ =здо/>з і>t- = >за/>з (1.13)

де Dздо і Dза– зміна концентрації електроліту в катодному іанодном просторах; Dз – загальна спад концентраціїелек-тролита (зміна концентрації загалом просторі).

Кількісно ступінь розпаду електроліту на іонивира-жается через a (ступінь дисоціації):

a = n>p/n, (1.14)

де n>p – кількість молекул,распавшихся на іони; n – загальна кількість молекул електроліту, введених у розчин. За значенням a розрізняють сильні й слабкі електроліти (a > 0,85 і 0,25 > a > 0,85 відповідно).

При дисоціації слабкого електроліту,распадающегося на одновалентні іони за схемою: АВ А+ + У-, константа дисоціації:


Добуд = [А+].-]/[АВ], (1.15)

де символи в квадратних дужках свідчить про концентрації відповідних речовин. Якщо рівень дисоціації

a = [А+]/з = [У-]/з =/, (1.16)

то Добуд = a2.з, чи a = . (1.17)

Співвідношення (1.17) називається законом розведення Оствальда (в найпростішої формі). Після підстановки (1.16) в (1.17) закон розведення Оствальда набуде вигляду

 

Добуд =2. з/[(>.(> -)]. (1.18)

Залежність константи дисоціації від температури описується рівнянням

>lg (До/До) = ->М>дисс(1/Т2 – 1/Т1)/(2,3.R), (1.19)

де DМ>дисс– теплота дисоціації, Дж.міль-1.

Роботу дисоціації можна визначити по рівнянню ізотермиВант-Гоффа:

 

w = -DG0 = >RT>lnKі w = -DG0 = 2,3>RT>lgK, (1.20)

де DG0 – стандартне зміна енергії Гіббса (>изобарно-изотермического потенціалу) при дисоціації,кДж.міль-1.

Слід врахувати, що з сильних електролітів в наведені вище рівняння замість концентрації необхідно підставляти активності, пов'язані з концентраціями через коефіцієнт активності:

 

а = g.з, (1.21)

де а – активність сильного електроліту, міль.м-3; g - коефіцієнт активності сильного електроліту при даної концентрації, з –молярная концентрація сильного електроліту, міль.м-3;

Активністю сильного електроліту називається активна частину акцій цього речовини в розчині. Коефіцієнтиактивностей більшість речовин відомий і наведені у довіднику (наприклад, в [8]). Активність електролітів найчастіше висловлюють черезмоляльность >m і середні іонні коефіцієнти активності±.

Таблиця 1 -Соотношения міжмоляльностью >m, середньої іонноїмоляльностью >m±, активністю а та середнім іонним коефіцієнтом активності± декому електролітів

Тип валентності електроліту Приклад

а = =(>m±>±)>

а± =

= >

1-1, 2-2, 3-3

>KCl (1-1);ZnSO4 (2-2);

>AlPO4 (3-3)

>m2g±2

>mg±

2-1, 1-2

>CaCl2 (2-1);Na2>SO4 (1-2)

4>m3g±3

3 >mg±

3-1, 1-3

>AlCl3 (3-1),Na3>PO4 (1-3)

27>m4g±4

4 >mg±

3-2, 2-3

>Al(SO4)3 (3-2); Fe3(>PO4)2 (2-3)

108>m5g±5

5>mg±

Тут – кількість іонів, куди розпадається даний електроліт.Моляльностью називається число молей речовини (електроліту), що міститься в 1000 р чистого розчинника (для води – в 1000 мл).

Залежність середньої іонніймоляльности відмоляльности електроліту виражається рівнянням

 

>m± = >m(n+n+.n-n-)1/n, (1.22)

де n+ і n- - відповідно кількість катионів і аніонів куди розпадається молекула електроліту при дисоціації (n = n+ + n-). Середній іонний коефіцієнт активності можна сформулювати через іонні коефіцієнти активності:

g± = (g+n+.g-n-)1/n, (1.23)

де g+ і g- - відповідно коефіцієнти активностікатиона іаниона. Середня іонна активність становитиме

 

а± = >m±..g±. (1.24)

Загальна активність електроліту:

 

а = (а±)n = а+n+.а-n-, (1.25)

де а+ і а- - відповідно активності катионів і аніонів:

 

 

а+ = g+. >m+іa- = g-. >m-.  (1.26)

Йоннімоляльности пов'язані змоляльностью електроліту співвідношеннями:


>m+ = >m > n+ і>m- = >m > n-. (1.27)

Залежність середнього іонного коефіцієнта активності від іонної сили розчину (граничне рівнянняДебая іГюккеля) має вигляд

>lgg± = 0,509. >z+. >z-.. (1.28)

де >z+ і >z- - відповідно зарядикатиона іаниона; I – іонна сила розчину:

 

I = 0,5.>>mі.>zі2. (1.29)

>Cмвол і свідчить про тип іона. Для 1-1 - валентногоелек-тролита рівняння (1.29) має вигляд

>lgg± = -0,509.. (1.30)

Це рівняння застосовно для розчинів електролітів, у яких I 0,001.

1.2 Завдання з рішеннями

1.Удельная електрична провідність 0,135моль/л розчинупропионовой кислоти З2М5>СООН дорівнює 4,79.10-2Ом-1.м-1.Рассчитайте еквівалентну електричну провідність розчину, константу дисоціації кислоти і рН розчину, якщо граничні рухливості М+ і З2М5>СОО- рівні 349,8Ом.див2/міль і 37,2Ом.див2/міль відповідно.

Рішення: l = 349,8 + 37,2 = 387,0Ом-1.див2/міль; l = = з.1000/з = 4,79.10-2Ом-1.м-1/0,135 міль.л-1 = 3,55. a =l/l= = 3,55/387,0 = 0,009. Добуд = (a2.з)/(>1-a) = (0,0092.0,135)/(1–0,009) = = 1,15.105, [М+] = a.з = 1,24.10-3 >моль/л. рН = –lg [М+] = 2,91.

Відповідь: l = 3,55Ом-1.див2/міль; a = 0,009; Добуд =1,15.10-5 >моль/л; рН = 2,91.

2. Для розчинуКС1 концентрації 0,01моль/л удільне опірr = 709,22Ом.див.Вичислите питому (з) і еквівалентну (l ) електричні провідності.

Рішення.Удельную електричну провідність обчислюємо по рівнянню (1.2): з = 1/709,22 = 1,41.10-3 = = 0,141.Эквивалентная електрична провідність відповідно до рівнянню (1.3) виражається рівнянням l = 0,141/0,0 = 0,0141; l = 0,141.10-1.

Відповідь: з = 0,141Ом-1.м-1; l = 1,41.10-2Ом-1.міль-1.м2.

3. >Вичислите еквівалентну електричну провідність оцтової кислоти при нескінченному розведенні, при 298 До, якщо електричні провідностіНС1,NаСООСН3,NaCl рівні 0,0426; 0,0091; 0,0126Ом-1.міль-1.м2 відповідно.

Рішення. >Составляем систему рівнянь відповідно до (1.5):

l,>HCl = l,H+ + l,>Cl- = 0,0426Ом-1.міль-1.м2 (1), l,>CH3>COOH = = l,>Na++l,>CH3COO- = 0,091Ом-1.міль-1.м2 (2), l,>NaCl = l,>Na+ + + l,>Cl- = 0,0126Ом-1.міль-1.м2 (3). Відповідно до співвідношенню (1.5) складаємо рівняння (1) і (2), віднімаємо їх рівняння (3) й одержуємо

l,>НС1 + l,>СН3СООNа – l∞,>NaС1 = lМ+ + l>СН3СОО- = l>0,СН3СООН = = 0,0426 + 0,0091 – 0,0126 = 0,0391.

Відповідь: l = 0,0391Ом-1.міль-1.м2.

4. Для нескінченно розведеного розчинуNН4С1 при 298,2 До число перенесеннякатиона >t+ = 0,491.Вичислите електричну рухливість і абсолютну швидкість рухуаниона С1-; l∞, = 0,0150Ом-1.міль-1.м2.

Рішення. Відповідно до рівнянням (1.9 і 1.10) l- = = l.(1 – >t+) = 0,015. (1-0,491) = 0,00763Ом-1.міль-1.м2.Абсолютную швидкість руху v-0 розраховуємо по рівнянню (1.7): v-0 = 0,00763 / 9,65.104 = 7,91.10-8.

Відповідь: v-0 = 7,91.10-8 м2/(з.У).

5. При електролізі розчинуAgNO3 на катоді виділилося 0,5831 р срібла, спадAgNO3 в катодному просторі становила 2,85.10-3 міль. Визначте числа перенесення >t- і >t+ для нітрату срібла.

Рішення.Убиль срібла в катодному просторі Dздо і загальна спадAgNO3 в розчині Dз, відповідна кількості срібла,виделившегося на катоді, мали бути зацікавленими виражені тільки в і тієї ж одиницях. Знаходимо число молей срібла,виделившегося на катоді: Dз = Dn = >m/M =0,5831/107,9=5,4.10-3 міль.Подставим в рівняння (1.13) й одержимо >t- =2,85.10-3/5,4.10-3 = = 0,528; >t+ = 1 – >t- = 0,472.

Відповідь: >t- = 0,528; >t+ = 0,472.

6. Для 0,1 М розчинуCr2(>SO4)3 обчислите середню іоннумоляльность, активність, загальну активність електроліту і активності іонівSO42- іCr3+ при 298 До.

Рішення. Середню іоннумоляльность обчислюємо по рівнянню

>m± = >m (n+n+n-n-)1/n = (22.33)1/5. 0,1 = 0,255. Середню іоннуактивностт обчислюємо по рівнянню а± = >m±. g±.(g± = 0,0458 = = 0,255.0,0458=0,0177. Загальну активність електроліту а обчислюємо по рівнянню а = (а±)n = (0,0177)5 = 2,17.1010. Йоннімоляльности >m і >m розрахуємо по рівнянням: >m= = >m.n= 0,1.3 = 0,3; >m = >m.n  = 0,1.2 = 0,2; активностіаниона ікатиона визначаємо по рівнянням а= g x x >m= 0,3.0,0458 = 0,0137; a= g. >m= = 0,2.0,0458 = 0,0092.

Відповідь: >m±=0,255моль/1000 р; g±=0,0177; a=2,17.1010 >моль/л; >m 0,3моль/1000г; >m=0,2моль/1000 р; a= =0,0137моль/л; a=0,0092моль/л.

7. Визначте іонну силу I розчину, що містить 0,001 міль М2>SO4 і 0,002 мільMgSO4 на 1000 р води при 298 До.

Рішення. Відповідно до рівнянню (1.30): I = 0,5. (>m..>z+2 + +>m..>z-2- + >m..>z+2 + >m..>z-2).Моляльности іонів визначаємо по рівнянню (1.30). Тоді іонна сила I=1/2.(2.0,001.12+0,001.22+0,002.22+0,002.22) = 0,011.

Відповідь: I = 0,011.

8.Удельная електрична провідність з =5%-го розчину нітрату магнію при 18 проЗ дорівнює 4,38Ом-1.м-1, яке щільність – 1,038 р.див-3.Рассчитайте еквівалентну електричну провідність розчину і що здається ступінь дисоціації солі в розчині.Подвижности іонівMg2+ і NO3- при 18 проЗ рівні 44,6 і 62,6Ом-1.див2.міль-1.

Рішення. М = з.>r/М = 0,05.1,038/148.1000 = = 0,70 міль.л-1; l = з/(з.1000) = 4,38/(0,70.1000) = = 6,25.10-3; l= 44,6 + 62,6 =107,2Ом-1.див2.міль-1; a =l/l = 62,5/107,2 = 0,583.

Відповідь: l = 62,510-3Ом-1.м2.міль-1; a = 0,583.

1.3 Завдання для самостійного рішення

1.Константа дисоціації олійною кислоти З3М7>СООН дорівнює 1,5.10-5.Вичислите рівень її дисоціації в 0,005 М розчині.

2. Чому дорівнює концентрація іонів водню у водномураст-воре мурашиною кислоти, якщо = 0,03?

3.Вичислите іонну собі силу й активність іонів в розчині, що містить 0,01моль/лCa(NO3)2 і 0,01моль/лCaCl2.

4.Рассчитайте активність електроліту а і середню іонну активність а± в розчиніCaCl2 при 25 проЗ, якщо середній іонний коефіцієнт активності± = 0,518, амолярная концентрація >m = 0,1.

5. Для реакції дисоціації мурашиною кислоти:НСООН М+ +НСОО- дана залежність константи від температури:lgДоД = -1342,85/Т + 5,2743 – 0,0152.T.Вичислите теплоту дисоціації мурашиною кислоти в нашпигованоювод-ном розчині.

6. Визначте температуру, коли він дисоціаціяму-равьиной кислоти у водному розчині максимальна.Уравнение залежності константи дисоціаціїНСООН від температури наведено у попередній завданню.

7.Рассчитайте питому електричну провідність абсолютно чиста при 25 проЗ.Ионное твір води нині температурі одно 1.10-14.

8.Эквивалентние електричні провідності нескінченно розбавлених розчинівKCl,KNO3, іAgNO3 при 25 проЗ рівні відповідно 149,9, 145,0 і 133,4Ом-1.див2.міль-1. Яка еквівалентна електрична провідність нескінченно розведеного розчину AgCl нині температурі?

9.Удельная електрична провідність 4 % -го водного розчину М2>SO4 при 18 проЗ дорівнює 0,168Ом-1.див-1, щільність розчину дорівнює 1,026г/см3.Рассчитайте еквівалентнуелектри-ческую провідність цього розчину.

10. Для 0,01 молярного розчинуKCl удільне опір одно 709,22Ом.див.Вичислите питому і еквівалентну електричні провідності.

11. Яку частку загального струму переносить іонLi+ у водному розчиніLiBr при 25 проЗ?

12.Эквивалентная електрична провідність розчину оцтової кислотимолярной концентрації 1,59.10-4 міль.л-1 при 25 проЗ дорівнює 12,77Ом-1.див2.міль-1.Рассчитайте константудиссо-циации кислоти і рН розчину.

13. Для нескінченно розведеного розчинуNH4>Cl при 298,2 До число перенесеннякатиона >t+ = 0,491.Вичислитеелектро-литическую рухливість і абсолютну швидкість рухуанионаCl-;(>NH4>Cl) = 0,015Ом-1.міль-1.м2.

14. При електролізі розчинуAgNO3 на катоді виділилося 0,5831 р срібла, спадAgNO3 ванодном

Страница 1 из 6 | Следующая страница

Схожі реферати:

Навігація