Файл: ФIленко О.Г. ЗбIрник задач з фIзичноI химII навчальний посiбник для студентiв металлургiйних спецiальностей вузiв.pdf

Константу швидкості реакції можна визначити за рівнянням

активації.

Задача. У скільки разів збільшиться відносне число активних мо­ лекул при підвищенні температури від 300 до 400 К, якщо енергія активації реакції становить 100 МДж?

Р о з в ' я з а н н я . Відносне число активних молекул при 300 К можна знайти з рівняння

При підвищенні температури від 300 до 400 К відносне число ак­ тивних молекул збільшилося в

Число зіткнень між усіма молекулами:

в 8 VSM ( 3 ' 5 - 2 ' ° ~ 1 0 ) ' (12,04 • Ю«)» У 8 - З Н 1 2 ^ 1 2 5 6 6 ' 2 = 1,21 • 10-

зіткнень.

Число молекул, які стикаються:

Z" = 2Z1 = 1,21 - 103 8 • 2 = 2,42 • 1038 молекул.

Поділивши число молекул, які стикаються, на число Авогадро, дістанемо число зіткнень, визначене через число кіломолів, молекули яких стикаються за 1 с в 1 м3 :

28. Визначити середню довжину вільного шляху молекул кисню при нормальних умовах, якщо при цих умовах в 1 м 3 міститься 2,687 х

X1025 молекул кисню. Діаметр молекули кисню дорівнює 1,2 • 1 0 _ І 0 м .

Відповідь: 5,83 • І(Г 7 м.

29. Визначити діаметр молекул водню, якщо довжина вільного шляху молекул водню при нормальних умовах дорівнює 1,2 • 10 - 7 м.

В1 м 3 міститься 2,687 • К Р молекул водню. Відповідь: 2,644 • 10~10 м.

Визначити у скільки разів збільшиться відносне число активних молекул N 2 0 при підвищенні температури від 298 до 800 К.

Відповідь: 5,1 • 1027.

32. При 1000 К енергія активації реакції

СН4 = С + 2Н 2

дорівнює 3,5 • 108 Д ж - к м о л ь - 1 , енергія активації цієї реакції при на­ явності каталізатора платини — 2,3 • 108 Дж • кмоль - 1 .

Визначити, у скільки разів збільшиться відносне число активних молекул метану при наявності платини.

Відповідь: 1,849 • 10е раза.

35. Визначити константу швидкості димеризації етилену

2С2 Н4 С4 Н8

при 673 К, якщо при цій температурі для бутену-1 теплота і ентропія активації відповідно дорівнюють 137 МДж • кмоль - 1 і —147 КДж X X кмоль - 1 .

Відповідь: 1,91 • 1 0 ~ 6 с _ 1 .

36. Визначити константи швидкості прямої і зворотної реакцій і константу рівноваги при 2500 К для реакції розкладу оксиду азоту (II)

2NO <> N 2 + 0 2 .

Теплота і ентропія активації для прямої реакції відповідно дорів­ нюють 2,76 • 10* Д ж і — 85,7 кДж, а для зворотної 4,567 • 108 Д ж і —60,54 кДж.

Відповідь: 2,977 • 103 • с - 1 ; 10,23 с - 1 ; 2,911 • 10а.

КІНЕТИКА ГЕТЕРОГЕННОГО ПРОЦЕСУ

Гетерогенним називається процес, в якому реагуючі речовини пе­ ребувають у різних фазах.

До гетерогенних процесів відносять багато металургійних проце­ сів: відновлення твердих оксидів воднем, горіння твердого і рідкого палива, розчинення газів у металах та ін.

Гетерогенні процеси протікають на поверхні розділення фаз і то­ му швидкість гетерогенного процесу визначається кількістю речови­ ни, що реагує на одиниці поверхні розділення фаз за одиницю часу.

Гетерогенний процес протікає в кілька стадій: підведення реагую­ чої речовини до поверхні поділу фаз (реакційної зони), власне хі­ мічна реакція, що протікає на поверхні поділу фаз, і відведення продуктів реакції з реакційної зони. Кожний процес цих стадій проті­ кає з різною швидкістю. Швидкість гетерогенного процесу визначає­ ться швидкістю найповільнішої стадії.

З гетерогенних процесів найбільше досліджена кінетика розчинення твердої речовини в рідині. У нерухомій рідині цей процес дуже по­ вільний і відбувається внаслідок дифузії. Швидкість розчинення ви­ значається швидкістю дифузійного процесу. При перемішуванні ріди­ ни на поверхні твердої речовини утворюється нерухомий шар рідини — так званий дифузійний шар, усередині якого перенесення речовини здійснюється дифузією.

Швидкість дифузії через цей шар залежить від різниці між концен­ траціями поблизу поверхні твердої речовини та в усьому іншому об'є­ мі речовини і від товщини дифузійного шару. Із збільшенням швид­ кості перемішування розчину товщина дифузійного шару зменшується.

Швидкість розчинення можна визначити за рівнянням А. Н. Щукарьова

З рівняння (VI1,37) випливає, що швидкість розчинення в певний момент пропорційна тій кількості речовини, яка ще може розчинитися в одиниці об'єму розчину.

Якщо поверхня стикання фаз, об'єм рідини і швидкість перемішу­