Задачи для самостоятельного решения

1. Реакция

проводится в гетерофазной водно-органической системе в кинетической области. Исследование процесса показало, что при разных соотношениях фаз α наблюдаемая константа скорости меняется. Получены следующие результаты:

α	0,2	0,4	0,6	0,8
k набл, м^3/(кмоль·с)	0,202	0,295	0,402	0,495

Определить эффективные константы скоростей для каждой фазы. Найти константы скоростей для гомогенных условий, если коэффициенты растворимости равны =0,02 и =20.

2. Гетерофазный процесс

протекает в барботажной колонне при следующих условиях: концентрация реагента А на входе в реактор С _А,0 = 5 кмоль/м³; давление газа на входе в колонну Р ₀ = 0,15 МПа; объемная концентрация реагента Y на входе – 50%; скорость подачи газа – 0,1 м³/с; скорость подачи жидкости – 0,01 м³/c; температура в колонне – 40 ⁰С; реакционный объем – 2 м³; доля жидкости в единице реакционного объема l = 0,8. Скорость гетерофазного процесса подчиняется уравнению где - скорость процесса, отнесенная к единице реакционного объема; k _набл = 0,00000025 (Па с)^-1. Гидродинамический режим в колонне – идеального смешения, как по газовой, так и по жидкой фазе.

Исследование кинетики этой же реакции в жидкой фазе показало, что скорость реакции подчиняется уравнению

Определить значения констант скорости в каждой фазе.

3. Разложение паров пропионового альдегида при нагревании в кварцевом сосуде протекает как гомогенная реакция первого порядка по уравнению

Показать, что реакция является реакцией первого порядка, вычислить среднее значение константы скорости и определить время разложения паров альдегида на 75%. При температуре 576 ⁰С и начальном давлении 314 мм. рт. ст. манометр показывал следующие приращения общего давления (Δ Р) во времени:

τ, с
Δ Р общ, мм рт. ст.

4. Реакция термического разложения диоксана протекает в газовой фазе при температуре 504 ⁰С в соответствии с уравнением

Определить порядок реакции по следующим данным:

Pn, мм рт. ст.
τ1/2, мин.	13,9	15,7	19,0	25,1
lg P0	2,903	2,778	2,602	2,301
lg τ1/2 -1	1,143	1,196	1,278	1,414

5. Щелочной гидролиз α-бромпропионовой кислоты проводился в водном растворе при 64 ⁰С:

НзССНВгСОО^- + ОН^- = НзССН(ОН)СОО^- + Вг^-.

Реакция подчиняется уравнению общего 2-го порядка: первого по каждому из реагентов, начальные концентрации которых составляли

[NaOH]₀ = 1,07 М, [НзССНВгСООNа]₀ = 0,2 М. За ходом реакции следили по изменению концентрации ионов брома в пробах во времени:

τ, мин		1,65	3,27	6,17	10,4	15,7	19,5	31,9	55,2	69,3
[Br^-], М		0,012	0,020	0,040	0,062	0,083	0,098	0,133	0,168	0,180

Подтвердите 2-ой порядок и рассчитайте среднюю константу скорости.

6. Распад яблочной кислоты в концентрированной серной кислоте протекает при 40 ⁰С по следующему уравнению

НООССН(ОН)СН₂СООН = НООС-СН₂СНО + СО + H₂O.

3а кинетикой реакции следили по объему выделившегося газа через равные интервалы времени:

τ, мин
VCO, мл		3,1	5,5	7,5	9,2	10,5	11,6

Покажите, что реакция подчиняется уравнению первого порядка, вычислите константу скорости и проверьте правильность определения объема оксида углерода, который выделится при полном разложении реагента, если навеска яблочной кислоты равнялась 0,08 г, а давление паров воды при 40⁰С составляет Па = 0,069 атм.

7. В реакции окисления метана СН₄ + 2О₂ = СО₂ + Н₂О, протекающей с постоянной скоростью, в течение 5 мин. в сосуде объемом 0.5 л при 500⁰С образуется 5 10^-4 моль воды. Рассчитайте скорость реакции в Па/мин.

8. Превращение пероксида бензоила в дифениловый эфир

(C₆H₅COO)₂ = C₆H₅COOC₆H₅ + CO₂

(реакция первого порядка) при температуре 60⁰C прошла за 10 мин на 75%. Вычислить константу скорости реакции.

9. Газообразный азометан разлагается по реакции первого порядка

H₃CN₂CH₃ → C₂H₆ + N₂.

Начальное давление чистого азометана при 287⁰С составляло 160 мм рт. ст. Если общее давление через 100 с достигло 161,6 мм рт. ст., то какая часть азометана при этом разложилась? Какова константа скорости этой реакции? Какое время потребуется для того, чтобы половина азометана разложилась при той же температуре, если начальное давление было 80 мм рт. ст.?

10. Нитрование n-нитротолуола (пнт) азотной кислотой в серной кислоте

НзСС₆Н₄NО₂ + НNО₃ = Н₃СС₆Н₄ (NО₂)₂ + Н₂О

идёт как реакция псевдопервого порядка, если азотная кислота взята в избытке (С _HNO3 = 0,546). Реакцию проводили при температуре 25 ⁰С в 74,5% H₂SО₄. Концентрация n-нитротолуола изменялась следующим образом:

τ, мин.
С акт·10^4, моль/л	3,0	2,837	2,684	2,538	2,401	2,271	2,148	2,031	1,921

Определите графически константу скорости реакции и время полупревращения.

11. Метилацетат подвергся гидролизу в ~ 1 N раствора НСl (C_Hl = const) при 25⁰C:

СН₃СO₂СН₃ + Н₂О = СН₃СООН + СН₃ОН

Через определенные интервалы из раствора отбираются пробы одинакового объема и титруются раствором NaOH. Покажите, что реакция подчиняется первому порядку, и рассчитайте константу скорости на основании следующих данных:

τ, с
V NaOH, мл	26,34	27,80	29,70	3,81	39,81

(Составьте материальный баланс и учтите, что титруются соляная и уксусная кислота).

12. В таблице приведены данные по кинетике разложения гексафенилэтана (А):

(С₆Н₅)₃С-С(С₆Н₅)₃ → 2(С₆Н₅)₃С

при 0 ⁰С в смеси толуола и анилина.

[A], моль/л	0,1000	0,0867	0,0733	0,6000	0,0465	0,0334
τ, мин		1,05	2,20	3,65	5,5	7,85

Графическим методом подтвердите первый порядок реакции и определите среднее значение константы скорости при 0 ⁰С.

13. Термическая диссоциация окиси этилена протекает по уравнению

При 687,7⁰С и V = const общее давление реакционной смеси, измеренное в мм рт. ст., изменяется со временем следующим образом:

τ, мин
Р общ, мм рт. ст.	116,51	120,56	125,72	128,74	133,23	141,37

Вычислите константу скорости реакции первого порядка.

14. За кинетикой декарбоксилирования гидробензойной кислоты

С₆Н₇СООН → С₆Н₈ +СО₂

следили по количеству выделившегося диоксида углерода за равные интервалы времени:

τ, с
V, см^3	5,9	10,0	14,0	17,2	19,8	21,9	23,7

Определите общий объем выделившегося оксида углерода и константу скорости l-го порядка.

15. Реакция между пропионовым альдегидом и синильной кислотой

C₂H₅CHO + HCN = С₂Н₅СН(ОН)СN + HCN

в водном растворе является реакцией общего второго порядка. При 25⁰С были получены следующие данные:

τ, мин	2,78	5,33	8,17	15,23	19,80
[HCN], моль/л	0,0990	0,0906	0,0830	0,0706	0,0653
[C3H7CHO], моль/л	0,0566	0,0482	0,0406	0,0282	0,0229

Рассчитайте константу скорости реакции.

16. В результате реакции формальдегида с пероксидом водорода образуется муравьиная кислота. Реакция общего второго порядка.

НСНО + H₂О₂ = НСООН + Н₂О

Если смешать равные объемы молярных растворов НСНО и Н₂О₂, то через 2 часа при Т = 333,2 К концентрация муравьиной кислоты становится равной 0,215 моль/л. Вычислите константу скорости реакции и определите, через сколько времени прореагирует 98% исходных веществ.

17. Константа скорости реакции омыления этилового эфира уксусной кислоты гидроксидом натрия при 28З ⁰К равна 2,28 л/моль мин.

Вычислить сколько времени потребуется на омыление 50% этилацетата, если при этой же температуре смешать 1 л 0,05 N раствора этилацетата с 1 л 0,05 N раствора NaOH.

18. Константа скорости реакции омыления этилового эфира уксусной кислоты гидроксидом натрия при 28З ⁰К равна 2,28 л/моль мин.

Вычислить сколько времени потребуется на омыление 50% этилацетата, если при этой же температуре смешать 1 л 0,05 N раствора этилацетата с 1 л 0,1 N раствора NaOH.

19. Константа скорости реакции омыления этилового эфира уксусной кислоты гидроксидом натрия при 28З 0К равна 2,28 л/моль мин.

Вычислить сколько времени потребуется на омыление 50% этилацетата, если при этой же температуре смешать 1 л 0,05 N раствора этилацетата с 2 л 0,1 N раствора NaOH.

20. Константа скорости реакции:

СН₃СООС₂Н₅ + NaOH → СН₃СООNа + C₂H₅OH

равна 5,4 л/моль мин. Сколько процентов эфира прореагирует за 10 мин, если исходные концентрации щелочи и эфира одинаковы и равны 0,02 моль/л?

21. Константа скорости общего второго порядка для щелочного гидролиза этилформиата при 29,86⁰С равна 4,53 л/моль·с. Каково время полупревращения, если оба реагента имеют одинаковую концентрацию 0,001 моль/л. Если концентрацию одного из реагентов удвоить, а другого уменьшить в два раза, то через какое время прореагирует половина вещества с меньшей концентрацией?

22. Скорость окисления бутилового спирта хлорноватистой кислотой

С₄Н₉ОН + НСlO → С₃Н₇СНО + НСI + Н₂О

не зависит от концентрации окисляемого вещества и пропорциональна концентрации HCIO во второй степени. Запишите кинетическое уравнение реакции и вычислите время, в течение которого прореагирует 90% НСlO в растворе, содержащем 0,1 моль/л НСlO при 298,2 К. Константа скорости реакции при этой температуре равна 24 л/(моль·мин).

23. Реакция окисления π-аллилпалладихлордида n -бензохиноном в водных кислых растворах протекает при 25 ⁰С и описывается следующим стехиометрическим уравнением:

π-С₃Н₅РdСl·Н₂О + С₆Н₄О₂ + 2НСI → С₃Н₅Сl + С₆Н₄(ОН)₂ + PdCl₂

Начальные концентрации комплекса и соляной кислоты составляли 0,001 и 0,1000 моль/л соответственно. Начальная концентрация n -бензохинона изменялась в опытах от 0,01 до 0,06 моль/л. За кинетикой реакции следили по накоплению в реакционном растворе окрашенного конечного продукта PdCl₂ и по этим данным рассчитывали константу скорости реакции 1-го порядка по комплексу. Экспериментальные данные, передающие зависимость константы скорости первого порядка от концентрации n- бензохинона приведены в следующей таблице:

C БЗХ·10^2, моль/л	1,0	2,0	3,0	4,0	5,0	6,0
k 1·10^4, сек^-1	1,523	3,046	4,569	6,092	7,615	9,138

Определите порядок реакции по n-бензохинону и рассчитайте значение константы скорости реакции соответствующего порядка.

24. Нитрование n-нитротолуола (пнт) азотной кислотой в водных растворах серной кислоты (в избытке) протекает по уравнению:

Н₃СС₆Н₄NО₂ + НNО₃ → Н₃СС₆Н₃(NО₂)₂ + H₂O

При изучении зависимости начальной скорости реакции от концентрации реагентов были получены следующие данные:

С ПНТ·10^4, моль/л
С HNO3, моль/л	0,4	0,8	0,4	0,8
r ·10^4, моль/(л·мин)

Определите порядок реакции по каждому реагенту и рассчитайте константу скорости реакции.

25. Термическое разложение диоксана изучалось при температуре 504⁰С. Получена следующая зависимость начальной скорости реакции от давления диоксана в начале реакции:

r0, мм рт. ст./мин	42,5	14,7
Р0, мм рт. ст.

Определить порядок и константу скорости реакции.

26. Изучалась зависимость скорости реакции димеризации бутадиена в газовой фазе от начальной концентрации бутадиена.

2С₄Н₆ → C₈H₁₂

При 240⁰С получены следующие данные:

С 0, моль/л	0,05	0,1	0,15	0,20
r 0·10^4, моль/(л·мин)	0,565	2,26	5,07	9,02

Определите порядок реакции и рассчитайте время полупревращения бутадиена при начальной концентрации его, равной 0,25 моль/л.

27. Реакция йодирования ацетона в растворе соляной кислоты идёт по уравнению:

СН₃СОСН₃ + I₂ + H₂O → СН₃СОСН₂I + H₂O⁺ + I^-

Изучалась зависимость скорости реакции от концентрации компонентов системы при 25 ⁰С.

C ац·10^2, моль/л
C йода·10^3, моль/л		1,3		1,3
С HCl, моль/л	0,1	0,1	0,025	0,1
r 0·10^6, моль/(л·мин)	4,01	3,98	0,98

По приведенным данным выведите кинетическое уравнение реакции и рассчитайте константу скорости реакции.

28. Для реакции разложения ацетальдегида в газовой фазе:

Н₃ССНО → СН₄ + СО

изучена зависимость начальной скорости от давления ацетальдегида

Р альд·10^-4, Па	0,88	1,08	1,6	2,93	3,49	5,05
r 0, Па/мин

Определите порядок реакции и константу скорости.

29. Реакция термического разложения этана, протекающего при 600⁰С

С₂Н₆ = С₂Н₄+ H₂

была получена следующая зависимость концентрации этана от времени

τ, мин
С, моль/л	0,24	0,21	0,19	0,17	0,15	0,14

Методом Вант-Гоффа определите порядок реакции и рассчитайте значение константы скорости реакции.

30. Фенилдиазохлорид разлагается по уравнению:

C₆H₅N₂Cl → C₆H₅CI + N₂

В опыте, проводившемся при 323 К, измеряли объемы выделившегося азота. Были получены следующие результаты:

τ, мин
V N2, см^3	19,3	26,0	32,6	36,0	41,3	45,0	46,5	48,3	50,4	58,3

Определите порядок реакции и константу скорости реакции.

31. Кинетика реакции димеризации бутадиена

2С₄Н₆ = C₈H₁₂

в газовой фазе изучалась путем измерения общего давления Р во время реакции. Были получены следующие данные при 326⁰С:

τ, мин		3,25	8,02	12,18	17,30	24,55	33,0
Р общ, мм рт. ст.	632,0	618,5	599,4	584,2	566,1	546,8	527,8
τ, мин	42,50	55,08	68,05	90,05	119,00	176,67	259,50
Р общ, мм рт. ст.	508,8	490,2	474,6	453,3	432,8	405,3	381,0

Определите порядок реакции и константу скорости реакции при данной температуре.

32. Ди- mреm -бутилпероксид распадается по уравнению

(СН₃)₃СООС(СН₃)₃ → 2(СН₃)₂С=О + С₂Н₆

при 154,9⁰С. Составьте материальный баланс по каждому компоненту, определите порядок реакции и время полураспада из следующих данных по изменению общего давления в системе:

τ, мин
Р, мм рт. ст.	169,3	188,3	189,2	201,1	207,1	218,7	224,4	235,6
τ, мин								-
Р, мм рт. ст.	240,2	250,3	255,2	264,5	269,7	277,8	284,6	-

33. Реакция нитрования n-нитротолуола азотной кислотой в водном растворе серной кислоты протекает по уравнению:

n-NО₂-С₆Н₄(СН₃) + НNО₃ = 2,4-(NО₂)₂С₆Н₃(СН₃) + Н₂О

Реакция проводилась при температуре 25⁰С в 94% H₂SО₄ и при равных начальных концентрациях реагентов. Время полупревращения изменялось при изменении начальной концентрации n-нитротолуола следующим образом:

С 0·10^5, моль/л	7,22	5,37	2,8
τ1/2, мин	14,5	19,4	37,5

Определите порядок реакции и константу скорости реакции.

34. Определите порядок реакции пиролиза диметиловогo эфира при 504⁰С

СH₃СОСН_3(газ) = С₂Н₄ + H₂ + СО

по изменению общего давления в ходе реакции. Найдите среднее значение константы скорости реакции (V = const).

τ, с
Р, мм рт. ст.

35. Графически методом подбора подтвердите, что реакция:

(СН₃)₃СОО(СН₃)_3(газ) = 2СН₃СОСН₃ + С₂Н₆

идет по первому порядку. Определите по графику константу скорости реакции при 147,2⁰С. За кинетикой реакции следили по изменению общего давления в системе. Были получены следующие данные:

τ, мин
Р, мм рт. ст.	179,5	187,4	198,6	210,5	221,2	231,9	242,3
τ, мин							-
Р, мм рт. ст.	252,5	262,1	271,3	280,2	288,9	297,1	-

36. Гидратация оксида этилена в кислом водном растворе происходит согласно уравнению:

За скоростью реакции следили по изменению объема жидкой системы (пропорционального высоте поднятия уровня жидкости в капиллярной трубке h). Были получены следующие данные при 20⁰С при использовании 0,12 М оксида этилена и 0,00754 М НСlO₄

τ, мин
h, мм	18,18	18,0	17,62	17,25	16,89	15,70	15,22	14,62	12,30

Подтвердите первый порядок реакции относительно оксида этилена. Какова константа скорости реакции при 20⁰C?

37. Графически методом подбора определите порядок реакции гидролиза третичного бутилбромида, если при изучении реакции:

(СН₃)₃СВr + Н₂О = (СН₃)₃СОН + HBr

в растворе (10% воды и 90% ацетона) при 50⁰С были получены следующие данные:

τ, мин
[(CH3)3Br]·10^2, М		9,6	8,5	7,6	6,4	5,3	4,3	2,7	1,7	0,8

Рассчитайте константу скорости реакции и время полупревращения.

38. При нагревании 1,2-дихлорпропан отщепляет хлористый водород, давая смесь изомерных хлорпропенов (Т = 500ºС)

За 2,55 мин разложилось 30% реагента, в этот момент концентрации продуктов составляли 0,035; 0,0175; 0,0017 и 0,096 моль/л соответственно.

Найдите константы скорости образования всех изомеров и начальную концентрацию реагента.

39. Вещество А превращается в продукты X и Y в параллельных реакциях первого порядка, константы скорости которых описываются уравнением Аррениуса со следующими параметрами:

	А, с^-1	Е, кДж/моль
k X	10^15
k Y	10^11

где А – предэкспоненциальный множитель.

Определите, каковы будут концентрации продуктов через 2 часа после начала реакции, если начальная концентрация реагента равна 1 моль/л, и реакция протекает при температуре 300 К.

40. В системе протекают 2 параллельные реакции в газовой фазе

Исходная смесь, содержащая одинаковые количества реагентов, имеет давление 200 торр. В конце реакции, когда реагент А практически полностью израсходован парциальное давление Х составило 10 торр. Найдите отношение констант скоростей этих двух реакций. (Составьте уравнения материального баланса, запишите дифференциальные кинетические уравнения по продуктам, возьмите их отношение и проинтегрируйте после разделения переменных.)

41. Бициклический терпен α-пинен изомеризуется последовательно сначала в моноциклический лимонен(Х) и затем в алифатический аллооцимен (Y) по реакции 1-ого порядка со следующими параметрами уравнения Аррениуса:

	А, с^-1	Е, кДж/моль
k X	5,25·10^1^4
k Y	6,3·10^1^3

Определите максимальную концентрацию лимонена (Х) и время ее достижения, если начальная концентрация реагента равна 1 моль/л, и реакция протекает при температуре 250°С. Какова будет концентрация аллооцимена в этот момент?

42. Для реакции гомогенного пиролиза этана, протекающей по следующему основному маршруту

C₂H₆ → C₂H₄ + H₂.

предложен следующий механизм:

Выведите кинетическое уравнение образования этилена, используя метод квазистационарных концентраций. Каков порядок реакции по реагенту в этом уравнении? Тормозится ли реакция продуктами? Есть ли в механизме лимитирующая стадия?

43. В реакторе идеального смешения происходят следующие реакции:

где D – целевой продукт реакции. Начальные концентрации продуктов Начальная концентрация исходного вещества А: кмоль/м³. Текущие концентрации веществ: кмоль/м³. Объемный поток: м³/c. Определить производительность реактора по веществу В и по веществу D.

44. Установка состоит из следующих последовательно соединенных реакторов: идеального смешения (V ₁ = 2м³), идеального вытеснения (V ₁ = 2м³) и идеального смешения (V ₁ = 3м³). В реакторах протекает реакция первого порядка А→2В. Начальная концентрация вещества 1 кмоль/м³, объемный поток 5·10^-2 м³/с. Константа скорости реакции k = 8,4·10^-3с^-1. В начальный момент времени продукт в системе отсутствует, плотность реакционной смеси в ходе реакции не меняется.

Определить концентрацию исходного вещества после каждого реактора и рассчитать производительность установки по продукту.

45. В реакторе периодического действия протекает жидкофазная реакция второго порядка A + 2B→ продукты. Плотность реакционной среды в ходе реакции не меняется. Константа скорости реакции рассчитывается по веществу А. Соотношение начальных концентраций веществ Известно, что за время t = 50 с степень превращения достигает 12 % по веществу А. Вычислить степень превращения вещества А в реакторе идеального вытеснения и в реакторе идеального смешения при том же соотношении исходных веществ, если скорость подачи исходной смеси составляет м³/с, а объем каждого реактора V = 5,6м³.

46. Реакция

A + B→2C

проводится в двух реакторах идеального смешения, соединенных последовательно. Объемы реакторов: V ₁= 0,2 м³ и V ₂= 0,6 м³. Концентрации веществ в потоках, подающихся в первый реактор, равны: 0,24кмоль/м³, 0,36 кмоль/м³.

Подача исходных веществ осуществляется раздельно со скоростями 8·10^-4м³/с, 4·10^-4м³/с. При t = 0 с _С,0 = 0. Плотность реакционной смеси не меняется. Константа скорости реакции k = 4,1·10^-2 с^–1кмоль^–1м³.

Определить производительность системы по продукту.

47. Реакция

A + B → 2C

проводится в реакторе идеального смешения объемом 0,8 м³. Подача исходных веществ в реактор осуществляется со скоростями: 8·10^-4 м³/с и 4·10^-4 м³/с. Концентрации веществ в потоке равны: 0,24кмоль/м³, 0,36 кмоль/м³ и с _С,0 = 0. Константа скорости реакции k = 4,1·10^-2 с^–1кмоль^–1м³. Определить производительность системы по продукту.

48. Реакция термического распада этилацетата (А) в газовой фазе при 650К сопровождается образованием уксусной кислоты (В) и этилена:

При проведении реакции в реакторе идеального смешения объемом V =330 мл и при скорости подачи газовой смеси w = 4,5 мл/с в системе устанавливается стационарная концентрация уксусной кислоты, равная 2,85% от исходной концентрации этилацетата. Реакция проводится в большом избытке азота, так что изменением объема при протекании реакции можно пренебречь. Определите константу скорости реакции.

49. Определите объем реактора идеального вытеснения, в котором должна происходить реакция

если степень превращения вещества равна 0,2. Константа скорости этой реакции 0,005 с^–1, а объемная скорость подачи исходного вещества w = 0,02м³/с.

50. При 20°С и p = 1,013 · 104 Па через реактор идеального смешения V = 5см³ прокачивается поток гелия, содержащий диазометан СН₂N₂ в концентрации 10^–4 моль/дм³. Под действием УФ-облучения СН₂N₂ разлагается на N₂ и С₂Н₄. При объемной скорости потока 0,125 дм³/с степень превращения диазометана равна 0,4.

Определите константу скорости данной реакции и рассчитайте, через какое время после начала облучения установится стационарная концентрация диазометана?

51. Раствор этилацетата с концентрацией 1,21·10^-2кмоль/м³ и раствор едкого натра с концентрацией 4,62 ·10^-2 кмоль/м³ подают со скоростью 3,12·10^-3 и 3,14 ·10^-3 кмоль/с в непрерывно действующий реактор идеального смешения. Объем жидкости в реакторе поддерживается равным 6 м³. Реакция является реакцией первого порядка, k = 0,11 м³/(кмоль·с). Рассчитайте концентрацию этилацетата в растворе на выходе из реактора при стационарном режиме и степень ее превращения.

52. В реакторе идеального смешения протекают параллельные реакции

k₁ = 0,6 · 10^–2, k₂ = 1 · 10^–2с^–1. Определите концентрацию вещества А на выходе из реактора и производительность реактора по веществу А, если объем реактора равен 1 м³, а с _А,0 = 2 кмоль/м³.

53. В изотермическом реакторе идеального вытеснения протекает жидкофазная реакция первого порядка

A → B

Константа скорости реакции с^–1. E _a = 108500Дж/моль, Т = 344К; A = 1013 с^–1. Начальные концентрации веществ в кмоль/м³: с _А,0 = 4,5; с _В,0 = 0.

Определите производительность реактора по продукту В, если объемный расход w ₀ = 1·10^-3 м³ /с, а объем реактора V = 5 м³.

54. Рассчитайте среднее время пребывания реагентов в проточном реакторе идеального смешения, необходимое для достижения степени превращения исходного вещества α = 0,8. В реакторе при Т = const протекает реакция 2A→R + S, константа скорости которой k = 2,5·10^-2 м³/(кмоль с). Начальная концентрация реагента А на входе в реактор с _А,0 = 4 кмоль/м³.

55. Определите среднее время пребывания реагентов в проточном реакторе идеального вытеснения, необходимое для достижения степени превращения исходного вещества α = 0,8. В реакторе при Т = const протекает реакция 2A→R + S, константа скорости которой k = 2,5·10^-2 м³/(кмоль с). Начальная концентрация реагента А на входе в реактор с _А,0 = 4 кмоль/м³.

56. Для параллельной реакции

где k ₁ = 4,6·10^-4 и k ₂ = 1,1·10^-4 с^–1, найдите степень превращения вещества А за время t = 5000 с для реактора идеального смешения и реактора идеального вытеснения.

57. Реакция проводится в двух реакторах идеального вытеснения, соединенных последовательно. Объемы реакторов: V ₁ = 0,2, V ₂ = 0,6 м³. Концентрации исходных веществ на входе в первый реактор равны: c _A,0 = 0,16, c _B,0 = 0,12 кмоль/м³. Скорость подачи исходных веществ равна: w = 1,2 · 10^–3 м³/с, c _C,0 = 0, k = 4,1 · 10^–2 кмоль^–1с^–1м³. Определите производительность системы по продукту.

58. Рассчитайте степень превращения исходного вещества при протекании реакции 2A → продукты в реакторе идеального вытеснения объемом 1 м³. Начальная концентрация c _А,0 = 2кмоль/м³, k = 2,5 · 10^–2 с^–1, а скорость подачи w = 2 · 10^–2 м³/с.

59. Установлено, что реакция омыления эфира

СH₃COOCH₃ + NaOH → CH₃COONa + CH₃OH

имеет второй порядок, и для одинаковых исходных концентраций реагентов (С ₀ = 10^-2 М) через 10 мин прореагировало 20% эфира.

Определите сколько времени необходимо, чтобы подвергнуть омылению 50% эфира.

60. Установлено, что реакция омыления эфира

СH3COOCH3 + NaOH → CH3COONa + CH3OH

имеет второй порядок, и для одинаковых исходных концентраций реагентов (С0 = 10-2 М) через 10 мин прореагировало 20% эфира.

Вычислите концентрацию спирта СН₃ОН, полученного через 30 мин протекания реакции.

61. Определите константу скорости реакции при температуре 273 К, энергия активации которой равна 160 кДж·моль^-1. С какой допустимой погрешностью следует осуществить измерение температуры, чтобы получить значение константы скорости с точностью до 2%?

62. При окислении параксилола кислородом (кислород взят в большом избытке) образуется паратолуиловый альдегид по реакции

Экспериментально были получены следующие значения опытной константы скорости при разных температурах: k ₁ = 0,114 мин^–1 (Т ₁ = 433 К); k ₂ = 0,215 мин^–1 (Т ₂ = 453 К); k ₃ = 0,383 мин^–1 (Т ₃ = 473 К); k ₄ = 0,653 мин^–1 (Т ₄= 493 К). Вычислите энергию активации для данной реакции.

63. Константа скорости окисления метанола диметилдиоксираном при 25°С равна 2,4 · 10^–4 дм³/(моль·с). Энергия активации процесса равна 67,4кДж/моль. Рассчитайте значение предэкспоненциального множителя данной реакции и константу скорости при температуре 40 °С.

64. Для некоторой реакции второго порядка с начальной концентрацией 0,8 моль/дм³ при повышении температуры на 20 °C время достижения степени превращения вещества, равное α = 25 %, изменилось с 20 до 5 мин. Рассчитайте значение энергии активации и предэкспоненциального множителя данной реакции.

65. Для реакции диссоциации дициклопентадиена

отношение констант скоростей прямой реакции при двух температурах: Т ₁ = 170 °C и Т ₂ = 180 °C равно 0,416. Вычислите энергию активации прямой и обратной реакций, если изменение внутренней энергии для этого процесса Δ _rU ° = –545 кДж/моль.

66. Взаимодействие трет-бутила с масляным альдегидом в среде CCl₄ представляет собой обратимую химическую реакцию. Известно, как изменяются константы скоростей прямого и обратного процессов с температурой:

Т, ^0C
k 1, дм^3/(моль·мин)	0,6	0,75	93,81
k 2·10^2, мин^-1	1,1	1,8	3,0

Вычислите энергию активации прямой и обратной реакций, значения предэкспоненциальных множителей и изменение внутренней энергии этого процесса. Опишите, как изменяется константа равновесия с температурой.

67. При исследовании кинетики взаимодействия диметилбензиламина с иодистым метилом в нитробензоле

были получены следующие данные:

Т, К	273,2	283,2	293,3	303,0
k 1·10^3, см^3/(моль·с)	0,922	1,640	2,800	4,610

Вычислите энергию активации и предэкспоненциальный множитель для данной реакции.

68. Реакция разложения кислоты C₁₀H₁₅OCOOH проводится в среде абсолютного этанола и протекает по двум направлениям с константами скоростей k ₁ и k ₂:

Какова разность энергий активаций этих процессов, если при 298 К отношение констант скоростей k ₁/ k ₂ = 0,99, а при 338 К — k ₁/ k ₂ = 2?

69. Реакция разложения вещества А в растворе является реакцией первого порядка. Период полупревращения вещества А при 25 °С равен 104 ч, а при 35 °С равен 39 ч. Определите энергию активации и температурный коэффициент константы скорости. Рассчитайте время, за которое разложится 90 % вещества А при 45 °С.

70. Вещество разлагается двумя параллельными путями с константами скоростей k ₁ и k ₂. Какова разность энергий активаций этих процессов, если при 10 °С отношение констант скоростей k ₁ / k ₂ = 10, а при 40 °С k ₁ / k ₂ = 0,1?

71. Для некоторой реакции первого порядка при температурах 613К, 633К и 653 К константы скорости реакции, соответственно, равны 1,183; 2,251 и 3,956 ч^–1. Рассчитайте энергию активации и предэкспоненциальный множитель данного процесса.

72. При изучении реакции

С₂Н₅I + OH^- → C₂H₅OH + I^-

было измерено время полупревращения для различных концентраций реагентов С ₀ при температуре 298 К:

С 0, М	0,010	0,025	0,050	0,075	0,100
t 1/2, мин

Покажите, что эти результаты отвечают кинетике второго порядка. Найдите значение константы скорости реакции при 298 К.

73. При изучении реакции

С₂Н₅I + OH^- → C₂H₅OH + I^-

было измерено время полупревращения для различных концентраций реагентов С ₀ при температуре 298 К:

С 0, М	0,010	0,025	0,050	0,075	0,100
t 1/2, мин

Вычислите константу скорости реакции при температуре 60⁰С и определите время полупревращения при этой температуре для начальной концентрации реагентов, равной 0,05 М, если известно значение энергии активации, Е _а = 89 кДж·моль^-1.

74. Для обратимой реакции первого порядка

константа равновесия К = 4, а константа скорости прямой реакции k ₁ = 0,02 мин^-1. Рассчитайте время, за которое концентрация реагента и продукта сравняются, если начальная концентрация компонента В равна нулю.

75. В системе протекают 2 параллельные реакции

А + В → Х (k ₁)

A + C → Y (k ₂)

Отношение констант скоростей k ₁/ k ₂ = 4. Начальные концентрации компонентов В и С одинаковы. Сколько продукта Y получится к моменту времени t, когда концентрация Х составит половину начальной концентрации В.

Дата добавления: 2015-08-17