Промышленное заземление и молниезащита

      Для определения порядка реакции  с использованием времени половинного  превращения определяют несколько значений t_1/2, исходя из различных концентраций веществ А. Если t_1/2 во всех случаях имеет одно и то же значение, то реакция первого порядка, потому что t_1/2 = ln2/К не зависит от начальной концентрации.

      Если  же время половинного превращения обратно пропорционально начальной концентрации, то данная реакция является реакцией второго порядка: t_1/2=1/К·С⁰_А. 

      2.3 Зависимость скорости реакции от температуры.

      Энергия активации.

      Эксперименты  показывают, что скорости практически  всех реакций увеличивается с увеличением температуры. Причем увеличивается значительно.

      А + В  продукты.

      Пусть гомогенная реакция является реакцией второго порядка:

      V = -dC_А/dt = КС_АС_В;

      Так как концентрация не зависти от температуры, то экспериментально наблюдаемый рост скорости с увеличением температуры можно объяснить увеличением константы скорости с ростом температуры К = f(t).

      Температурная зависимость скорости реакции определяется эмпирическим уравнением Аррениуса:

      

        – константа скорости;

      Т – температура в [К];

      А – пред экспоненциальный множитель;

      Е – энергия активации химической реакции.

      Для расчета энергии активации необходимо экспериментально определить константы  скорости данной реакции при двух температурах.

      Е =    [1]

      2.5 Катализ

      Катализ – явление резкого увеличения скорости реакции в присутствии  некоторых веществ, называемых катализаторами, причем после реакции катализатор  выделяется количественно в химически  неизменном виде.

      а) Механизм катализа

      Катализатор образует промежуточное соединение с одним из реагирующих веществ, которое реагирует с молекулой  другого исходного продукта.

      В настоящие время придерживаются следующего общего механизма катализа:                              А + В D

без катализатора: А + В  (АВ)^* D

в присутствии  катализатора: А + К = АК

                                            АК + В  (АКВ)^*

                                             (АКВ)^* D + К

Рисунок 3. Влияние катализатора с точки зрения энергетики:

Е                                                                       Е                      (АВ)^*                     

        АК

         Е_акт      А,В

      А,В 

                                             D D 
 

          а) без катализатора                                                     б) с катализатором 

      Катализатор ведет реакцию по другому пути.

      б) Гомогенный катализ

      Гомогенный катализатор – реагирующие вещества и катализатор находятся в одной фазе.

         в) Кислотно-основной катализ

HCl H⁺ + Cl^-

NaOH Na⁺ + OH^-

      Кислота – вещество, которое распадается  на ион водорода и анион.

      Основание – вещество, которое распадается  на анион гидроксола и катион.

      Согласно  Бренстенду, кислотой называется вещество, способное отдать протон, а основание  – вещество, способное присоединить протон. [1]

      А кислота может проявлять кислотные  свойства только в присутствие основания, основание может проявлять основные свойства в присутствие кислоты.

      HCl + Н₂О = Н₃О⁺ + Cl^-

              кислота основание    кислота    основание 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

      3. Экспериментальная часть

    а) Химизм процесса

    В основе эксперимента лежит реакция инверсии сахара

    С₁₂Н₂₂О₁₁ + Н₂О∙ С₆Н₁₂О₆ + С₆Н₁₂О₆

    Все три вещества обладают асимметрическим  атомом углерода и являются оптически  активными. Водный раствор сахара вращает  плоскость поляризации проходящего  света вправо, а раствор продуктов реакции – влево. По мере течения реакции правое вращение смещается левым.

    Гидролиз  сахара в нейтральном водном растворе практически не идет – его ускоряют прибавлением в качестве катализатора сильной кислоты.

    Константу скорости вычисляют по уравнению: К = 1/t lnС₀/С

    При пропускании поляризованного света  сквозь раствор оптически активного  вещества плоскость поляризации  поворачивается. Угол вращения плоскости поляризации связан с концентрацией и толщиной слоя раствора: α = + [α] Cl.

    б) Методика эксперимента.

    Приготовленный  раствор сахара 4 моль отфильтровывают от мути и замеряют на поляриметре угол вращения исходного раствора сахара – α₀ при данной температуре. Для этого раствор заливают в поляриметрическую трубку так, чтобы там не оставалось пузырьков воздуха, тщательно протирают торцевые стекла фильтровальной бумагой и помещают в желобок поляриметра ближе к окуляру и проводят замеры угла вращения.

    Для эксперимента берут 2 колбы: в одну наливают пипеткой 25 мл раствора сахара, а в другую – 25 мл раствора соляной кислоты (0,06 моль) необходимой концентрации.

    Если  эксперимент проводят при повышенной температуре, то исходную колбы помещают в термостат и нагревают до необходимой температуры.

    Началом реакции, т.е. началом времени отсчета  по секундомеру, считаем, когда сливаем подготовленные растворы сахара и кислоты. После этого смесь перемешиваем и быстро заливаем в поляриметрическую трубку, предварительно ополоснув ее данной смесью. Затем, определяем углы вращения плоскости поляризации реакционного раствора в различные моменты времени.[3]

    Инверсия  сахара при комнатной температуре  заканчивается за 1 – 5 суток (в зависимости  от концентрации катализатора). Для  ее ускорения нужно порцию реакционной  среды налить узкогорлую колбу, отметить уровень жидкости и нагреть на воздушной бане в течении 30 мин при температуре не выше 60 градусов. При более высокой температуре сахар начинает разлагаться, и раствор желтеет. Затем содержимое колбы охлаждают до температуры опыта, заполняют им поляриметрическую трубку и определяют угол вращения в конце реакции α_∞. [3]

    С(t) = (а_t + 113,63·а·l) / (305,9·l)

    а – начальная концентрация сахарозы, г/см³

    l – длина кюветы, дм

    а_t – угол поворота луча, ⁰Ѕ

    С(t) – концентрация сахарозы в момент измерения угла поворота луча, г/см³ 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    Опыт  № 1

    10 мл НСl – 10 мл сахарозы - 20 мл воды                   при 26 ⁰С

    С (сах)= 0,15 моль/л

    а (сах)= 0,0513 г/см³

    С (кис) = 1 моль/л

    Исходя  из этих данных заполняем таблицу  № 2.

    Таблица № 2. Экспериментальные и расчетные данные для опыта № 1

 

Рисунок 4. Графическая зависимость опыта № 1 lnС от t для n = 1

 
 

Рисунок 5. Графическая зависимость опыта № 1 1/С от t для n = 2

 
 

    Опыт  № 2

      20 мл НСl – 10 мл сахарозы-10 мл вода

      С(сах)=0,15моль/л

      С(кисл)=2 моль/л

      а(сах) = 0,0684 г/см³

      Исходя  из этих данных заполняем таблицу  № 3. 

    Таблица № 3. Экспериментальные и расчетные данные для опыта № 2

 

       
          Рисунок  6. Графическая зависимость опыта № 2 lnС от t для n = 1

          

             

    Опыт  № 3

    20мл  НСl – 20 мл сахарозы –10 воды

    С (сах) = 0,3 моль/л

    а (сах)= 0,1026 г/см³

    С (кис) = 2 моль/л

    Исходя  из этих данных заполняем таблицу  № 3

    Таблица № 4. Экспериментальные и расчетные данные для опыта № 3