Кинетика сложных гомогенных реакций фотохимических, цепных и гетерогенных реакций

ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

Химическая кинетика и катализ

 

Методические указания к лабораторным работам

 

 

Издательство

Пермского государственного технического университета

2009

 

 

Составители: О.И. Бахирева, М.М.Соколова, Н.Б. Ходяшев, С.Б. Холостов, О.В. Нагорный

 

 

УДК 541.1

        

 

Рецензент

д-р хим. наук Г.В. Леонтьева

(Пермский государственный технический университет)

 

 

Физическая химия. Химическая кинетика и катализ: метод. указания к лаб. работам / сост. О.И. Бахирева [ и др. ]. – Пермь: Изд-во Перм. гос. техн. ун-та, 2009. – 33 с.

 

Содержит программу, контрольные вопросы и указания к выполнению лабораторных работ по разделу «Химическая кинетика и катализ». Выполнено в рамках ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России на 2009 – 2013 г.г.», госконтракт № 02.740.11.0254.

 

УДК 541.1

 

 

                                                             ГОУ ВПО

     «Пермский      государственный

     технический университет», 2009

 

Содержание

Общие методические указания………………………………………………………...4

Программа раздела «Химическая кинетика и катализ»………………………….5      

Учебно-методические материалы……………………………………………….....6

Лабораторные работы……………………………………………………………....7

Работа № 1 Определение порядка реакции по времени

                полупревращения……………………………………………………..7

Работа № 2 Определение порядка реакции графическим методом…………….11

Работа № 3 Изучение кинетики реакции разложения мочевины

               в водных растворах………………………………………………...14

Работа № 4 Изучение кинетики омыления уксусноэтилового эфира

                щелочью ……………………………………………………………..17

Работа № 5 Изучение кинетики растворения малорастворимых химических

                соединений ………..…………………………………………………21

Работа № 6 Изучение кинетики реакции разложения перманганата калия

               (термический способ получения оксида марганца (IV))……..……25

Работа № 7 Изучение кинетики разложения карбонатов металлов……………28

Приложение  ………………………………………………………………………33

 

Общие методические указания

 

Физическая химия относится к числу фундаментальных дисциплин и является теоретической основой для повседневной практической деятельности современного химика. Изучение физической химии обеспечивает развитие и углубление знаний по химическим законам природы и является составной частью подготовки специалистов по фундаментальным наукам. Содержание курса обеспечивает формирование у студентов навыков анализа, управления и интенсификации хода химико-технологических процессов, обоснование выбора аппаратуры проведения технологических процессов. Полученные при изучении курса сведения необходимы для успешной специализации выпускников ПГТУ как в области конкретных технологий, создания и аппаратурного оформления новых технологических процессов, так и для выполнения научно-исследовательских работ.

Предметом изучения и основными задачами физической химии являются предсказание временного хода химического процесса и конечного результата (состояния равновесия) в различных условиях на основании данных о строении и свойствах частиц веществ, составляющих изучаемую систему.

Программа изучения дисциплины обеспечивает приобретение знаний, умений и навыков в соответствии с ГОСами высшего профессионального образования.

Основные виды учебных занятий по курсу физической химии слагаются из следующих элементов: посещение лекций и изучение лекционного материала; выполнение индивидуальных расчетных заданий; выполнение лабораторного практикума; индивидуальные консультации; сдача зачета по лабораторному практикуму; сдача экзамена по всему курсу.

Химическая кинетика и катализ – это раздел физической химии, в котором изучают химические процессы, механизмы и закономерности их протекания во времени.

Кинетические исследования состоят в решении таких задач, как определение порядка и константы скорости реакции, числа и характера промежуточных продуктов, энергии активации реакции, выяснения влияния катализатора и т.д.

Химическая кинетика позволяет предсказывать скорость химических процессов. Для этого нужно знать механизм процесса, то есть протекание сложных реакций по стадиям. Создание математической теории химического процесса является в настоящее время необходимым условием для проектирования химических реакторов, более эффективных технологий получения химических веществ и др.

 

Программа раздела

 «Химическая кинетика и катализ»

 

Формальная кинетика. Скорость химической реакции. Понятия и определения. Основной постулат химической кинетики. Константа скорости реакции. Молекулярностъ и порядок реакции. Кинетические уравнения необратимых реакций нулевого, первого, второго и третьего порядков. Период полуреакции. Способы определения порядка реакции. Кинетические уравнения обратимых, параллельных и последовательных реакций. Метод стационарных концентраций. Зависимость скорости реакции от температуры. Уравнение Аррениуса. Энергия активации.

Теории химической кинетики. Теория активных соударений. Выражение для константы скорости реакции. Применение теории активных соударений к мономолекулярным реакциям. Схема Линдемана. Теория переходного состояния. Теория активированного комплекса, расчет скорости реакции. Энтальпия и энтропия активации.

Кинетика сложных гомогенных реакций фотохимических, цепных и гетерогенных реакций.

Реакции в растворах, фотохимические и цепные реакции. Роль растворителя. Применение теории переходного состояния к реакциям в растворах. Уравнение Бренстеда-Бъеррума. Влияние ионной силы на скорость реакций в растворах. Сопряженные реакции. Фотохимические реакции. Основные законы фотохимии. Квантовый выход. Типы фотохимических реакций. Цепные реакции. Особенности и классификация. Критические явления. "Полуостров воспламенения".

Кинетика гетерогенных процессов. Характерные особенности. Диффузионная, кинетическая и переходная области протекания. Диффузионная кинетика: законы Фика, кинетика диффузии при стационарном и нестационарном состоянии диффузионного потока. Коэффициент диффузии. Кинетическая область протекания гетерогенных реакций: кинетика разложения минералов. Топохимические реакции. Уравнение Б.В. Ерофеева. Смешанная кинетика: реакции, протекающие на границе твердое тело – жидкость и газ – жидкостъ.

Каталитические процессы. Катализ: определение и классификация, общие характерные особенности. Гомогенный катализ. Кинетические уравнения гомогенно-каталитических реакций. Активация гомогенно-каталитических реакций. Гетерогенный катализ. Свойства гетерогенных катализаторов. Активация гетерогенно-каталитических реакций. Оценка активности катализаторов. Теории гетерогенного катализа: промежуточных соединений, мультиплетная, активных ансамблей. Ферментативный катализ.