В реакционный сосуд объемом

Задача 10-4

Изомерные соединения I – VI получили из ацетилена согласно схеме:

Напишите структурные формулы I-VI и A-Н, учитывая, что: a) NaH – сильное основание, не проявляющее нуклеофильных свойств; б) вещества G и Н – изомеры.

Решение Задача 10-4. (автор Бахтин С.Г.) Синтез соединения I:

Синтез соединения II:

Согласно условию, NaH не проявляет нуклеофильных свойств, т.е. гидрид-ион H- не замещает атом галогена в E. NaH выполняет функцию основания, отрывая Н+ от молекулы E и превращая это вещество в анион, который в результате внутримолекулярной циклизации с выделением Cl- образует II:

Синтез соединения III.

а)

б)

Синтез соединения IV

.

Здесь превращение F → IV протекает аналогично реакции E → II.

Синтез соединения V.

Синтез соединения VI.

Система оценивания.

  1. Структурные формулы соединений I-VI (по 2 б) 12 б

  2. Структурные формулы соединений А-Н (по 1 б) 8 б

Примечание: если вместо Е приведен продукт HO-CH2-CH2-CH2-Br, то за это вещество засчитывать 0,5 балла.

Итого 20 б

Задача 10-5

Реакционный сосуд объёмом 3.00 л заполнили при комнатной температуре (25 °С) неизвестным газом X, представляющим собой индивидуальное вещество, до давления 99 кПа. В сосуд внесли платиновую проволоку и нагрели газ до температуры 500 °С, которую в дальнейшем поддерживали постоянной. За ходом реакции разложения X следили по изменению давления.

Давление перестало меняться через 18 мин, когда достигло величины 386 кПа. После реакции в сосуде были обнаружены только два газа, входящих в состав воздуха.

  1. Установите формулу газа X и напишите уравнение реакции, происходящей в сосуде. Ответ подтвердите расчётами.

  2. Через 6 минут после начала реакции давление в сосуде составило 300 кПа, а через 12 минут – 343 кПа. Найдите парциальное давление газа X в эти моменты времени.

  3. Определите, как зависит скорость разложения от давления X, и найдите кинетический порядок реакции. Рассчитайте константу скорости, выражая скорость через давление (в кПа/мин). Найдите время полураспада X при описанных условиях.

  4. Температурный коэффициент скорости  для этой реакции равен 3. Сколько процентов газа X разложится через: а) 1 мин, б) 2 мин, если реакцию проводить при 520 °С?

Необходимые формулы:

  1. Скорость реакции, выраженная через давление: v = P / t = k·Pn, где k – константа скорости, P – давление реагента, n – порядок реакции.

  2. Правило Вант-Гоффа: .

Решение Задача 10-5. (автор Ерёмин В. В.)

  1. Исходное количество газа X:

моль.

Общее количество продуктов реакции:

моль.

Наиболее вероятные продукты реакции – N2 и O2, тогда X – оксид азота. После полного разложения общее количество вещества увеличилось в 1.5 раза. Это соответствует разложению N2O:

N2O  N2 + 1/2 O2.

X – N2O.

  1. Начальное давление N2O при температуре реакции:

кПа.

Пусть давление N2O за счёт разложения уменьшилось на P, тогда парциальные давления газов в смеси равны (давление при постоянном объёме пропорционально количеству вещества):

PN2O = P0 – P

PN2 = P

PO2 = P/2

Общее давление: P = PN2O + PN2 + PO2 = P0 + P/2.

Через 6 минут: P = 300 кПа, P/2 = 43 кПа, PN2O = 257 – 86 = 171 кПа.

Через 12 минут: P = 343 кПа, P/2 = 86 кПа, PN2O = 257 – 172 = 85 кПа.

  1. Через 18 минут: P = 386 кПа, PN2O = 0.

Добавляя это к результатам п. 2 мы видим, что за равные промежутки времени давление N2O уменьшается на одну и ту же величину, то есть распадается равное количество вещества. Следовательно, скорость реакции не зависит от давления N2O, значит реакция имеет 0-й порядок. Скорость реакции равна константе скорости:

v = k = −PN2O / t = 86 кПа / 6 мин = 14.3 кПа/мин.

В реакциях 0-го порядка распад происходит с постоянной скоростью, поэтому время полураспада равно половине времени полного распада, то есть t1/2 = 18 / 2 = 9 мин.

  1. При нагревании на 20 °С скорость реакции увеличится в 2 = 9 раз, следовательно время окончания реакции при 520 °С уменьшится в 9 раз по сравнению с 500 °С и составит 18 / 9 = 2 мин. Время полураспада составит 1 мин.

а) За 1 минуту распадётся 50% вещества.

б) За 2 минуты распадётся 100% вещества.

Система оценивания.

  1. а) расчет соотн. количеств газов, образовавшихся при разложении Х 2 б

б) формула вещества Х 1 б

в) уравнение реакции 1 б

  1. По 3 балла за каждый правильный ответ 6 б

  2. 2 балла за правильный порядок, 2 балла за правильное значение константы скорости, 2 балла за правильное значение периода полураспада 6 б

  3. По 2 балла за каждый правильный ответ 4 б

Итого 20 б

Одиннадцатый класс

Достарыңызбен бөлісу:

Источник

Объем – реакционный сосуд

Cтраница 3

При сравнении вычисленной скорости с экспериментально измеренной необходимо знать величину поверхности А катализатора и объем V реакционного сосуда.  [31]

Обрыв цепи, представляющий собой процесс удаления свободных радикалов, может происходить гомогенно в объеме реакционного сосуда, а может гетерогенно на стенках сосуда.  [32]

Изменяя состав смеси, находят такую концентрацию горючего компонента, при которой пламя распространяется на весь объем реакционного сосуда, а при концентрации на 0 1 % ( об.) меньше ( в случае измерения нижнего предела) или больше ( при измерении верхнего предела) смесь не воспламеняется или возникшее пламя не распространяется до верхней части реакционного сосуда.  [34]

Читайте также:  Сосуды и аппараты пластиковые

Воспользуемся этой формулой для определения величины давления, развивающегося при нагревании жидкости, которая занимает весь объем закрытого реакционного сосуда. Пусть жидкостью является вода, нагреваемая от 40 до 50 С.  [35]

Воспользуемся этой формулой для определения величины давления, развивающегося при нагревании жидкости, которая занимает весь объем закрытого реакционного сосуда.  [36]

Для характеристики абсолютной величины скорости реакции отнесем найденные выше константы к единице поверхности платины на единицу объема реакционного сосуда.  [37]

Если скорость изменяется при добавлении инертного газа либо при изменении размера поверхности или отношения поверхности к объему реакционного сосуда, предполагается, что налицо вклад реакции на стенке, определяемой диффузией. Атомы и радикалы могут диффундировать к стенке и там реагировать каким-то образом с адсорбированными на стенке частицами. Поскольку скорость диффузии данных частиц через газообразную среду падает с увеличением концентрации молекул в объеме, то, если реакции идут на стенках, скорость образования продукта может зависеть от концентрации всех молекул в объеме.  [38]

Уравнение ( 21) справедливо в том случае, когда полимерные радикалы равномерно распределены во всем объеме реакционного сосуда. Так как поглощение света по толщине реакционного сосуда может быть более или менее неравномерным в зависимости от величины коэффициента поглощения и толщины реакционного сосуда, то первичные радикалы также могут быть неравномерно распределены по объему. Справедливость уравнения ( 21) может быть проверена путем проведения опытов в сосудах различного объема.  [39]

Уравнение ( 19) справедливо в том случае, когда полимерные радикалы равномерно распределены во всем объеме реакционного сосуда. Так как поглощение света по толщине реакционного сосуда может быть более или менее неравномерным в зависимости от величины коэффициента поглощения и толщины реакционного сосуда, то первичные радикалы также могут быть неравномерно распределены по объему. Однако диффузия и конвекция, вызванная теплотой полимеризации, могут более или менее вы-равнить концентрацию полимерных радикалов в объеме. Этот вопрос может быть решен путем проведения опытов в сосудах различного объема.  [40]

Уравнение ( 19) справедливо в том случае, когда полимерные радикалы равномерно распределены во всем объеме реакционного сосуда. Так как поглощение света ко толщине реакционного сосуда может быть более или менее неравномерным в зависимости от величины коэффициента поглощения и толщины реакционного сосуда, то первичные радикалы также могут быть неравномерно распределены по объему. Однако диффузия и конвекция, вызванная теплотой полимеризации, могут более или менее вы-равнить концентрацию полимерных радикалов в объеме. Этот вопрос может быть решен путем проведения опытов в сосудах различного объема.  [41]

Рассчитывают стехиометрическую концентрацию пара исследуемого вещества в воздухе по формуле (6.54) и, умножая вычисленное значение на объем реакционного сосуда, находят количество вводимого при первых опытах продукта. Если рассчитать стехиометрическую концентрацию не представляется возможным, то количество продукта для первых опытов принимают равным 1 мл.  [42]

Согласно данным одних исследователей [156, 186], пиролиз метана является гомогенным процессом, где изменение отношения поверхности к объему реакционного сосуда ( S / V) не приводит к существенному увеличению скорости разложения. Согласно же данным других работ [154, 160, 166, 170, 182 – 184], процесс имеет хорошо выраженный гетерогенный характер.  [43]

Для определения максимального давления взрыва зажигают газо -, паро – или пылевоз-душную смесь заданной концентрации в объеме реакционного сосуда и фиксируют развивающееся при воспламенении горючей смеси давление взрыва. Изменяя концентрацию горючего в смеси, выявляют максимальное давление взрыва. Для определения скорости нарастания давления при взрыве находят максимальную скорость изменения давления, возникающего в объеме реакционного сосуда при взрыве газо -, паро – или пьшевоздушных смесей заданного состава.  [45]

Страницы:      1    2    3    4

Источник

Для проведения реакции обычно используют сосуд, в который можно поместить реагенты и осуществить синтез. Для этого необходимо соблюдение следующих условий.

а) объем сосуда был больше общего объема загружаемых ингредиентов. Обычно коэффициент заполнения (j) реакционного сосуда составляет 0.5 – 0.7, а при проведении реакции с перемешиванием значение jсоставляет 0.4 – 0.5;

б) материал, из которого сделан сосуд, должен соответствовать требованиям, предъявляемым температурным режимом реакции, и не должен реагировать с реакционной массой;

в) сосуд должен легко соединяться с дополнительными приборами, необходимыми для проведения синтеза.

Наиболее простыми и удобными в пользовании реакционными сосудами являются химические стаканы, которые могут быть изготовлены из фарфора (рис. 1,а) или термостойкого стекла (рис. 1,б). Стеклянные стаканы менее прочны, чем фарфоровые, однако стекло лучше проводит тепло, а, кроме того, позволяет наблюдать протекание реакции.

Рисунок 1

Исключительная простота конструкции, отличающая стаканы, устанавливает жесткий предел их функциям, оставляя лишь простые синтезы. Так, стаканы нельзя использовать при нагревании низкокипящих и легковоспламеняющихся растворителей. В этом случае часто применяют плоскодонную колбу Эрленмейера (рис. 1,в), к тубусу которой можно присоединить дополнительные приборы или закрыть пробкой.

При всех удобствах колбы Эрленмейера ее нельзя использовать при работе с вакуумом во избежание взрыва. Кроме того, при перемешивании и кипячении суспензий осадок скапливается у стенок колбы, что мешает нормальному протеканию реакции.

Читайте также:  Увеличение сосудов в паховой области

Наиболее универсальной формой реакционного сосуда, позволяющей совершать наибольшее количество операций, оказывается сферическая или близкая к ней, и поэтому посудой, чаще всего применяемой в синтезе, являются круглодонные (рис. 2,а), а также грушевидные (рис. 2,б) и остродонные (рис. 2,в) колбы.

Рисунок 2

Колбы чаще всего изготавливают из термостойкого стекла, однако известны случаи использования стальных, медных и даже полиэтиленовых колб. Материал для колбы выбирают в соответствии с условиями реакции.

Сложные синтезы, в ходе которых оказывается необходимым осуществление нескольких операций (прибавление реагентов, перемешивание, пропускание газов, температурный контроль и проч.), требуют специальных колб с несколькими горлами (рис. 2,г), число которых обычно не превышает четырех. Если по каким-либо причинам возникает необходимость в большем числе гор, используют многогорлые насадки (рис. 8).

I.2. Перемешивание

Перемешивание в органическом синтезе используется для обеспечения фазовой и термической однородности реакционной массы. Перенос реагентов через поверхность раздела фаз в гетерогенных системах (твердое вещество – жидкость, жидкость – жидкость или жидкость – газ) замедлен и, следовательно, уменьшена скорость протекания реакции. В этом случае перемешиванием достигают увеличения поверхности межфазного контакта, таким образом, ускоряя реакцию. Часто бывает необходимо добавление реагента к реакционной массе в ходе процесса, и возникающие при этом локальные увеличения концентрации прибавляемого вещества могут привести к изменению результата взаимодействия. Перемешивание позволяет быстро и равномерно распределять реагент в реакционной массе.

В органическом синтезе обычно используют локальное нагревание (или охлаждение), могущее привести к нежелательным местным температурным скачкам. Перемешиванием при этом достигают термической однородности по всему объему смеси.

Простейший случай перемешивания наблюдается при кипячении реакционной массы. В тех случаях. Когда вязкость среды не слишком велика, интенсивное кипячение позволяет добиться вполне удовлетворительного перемешивания. Необходимо помнить о необходимости внесения перед кипячением центров парообразования, – так называемых «кипелок» (кусочков пористого кирпича или запаянных с одной стороны стеклянных капилляров).

В реакционный сосуд объемом

При проведении реакций жидкости с газами хорошее перемешивание обеспечивается сильным током проходящего газа. Этим способом иногда пользуются, пропуская через реакционную массу ток воздуха или инертного газа. Метод очень прост в аппаратурном оформлении и особенно часто используется в тех случаях, когда в реакционную добавляют газообразный реагент (аммиак, углекислый газ и проч.) или избавляются от ненужного газообразного продукта продуванием воздуха. Наиболее универсальным средством перемешивания в лабораторной практике являются стеклянные мешалки, однако известны случаи применения полиэтиленовых, тефлоновых и металлических мешалок. Формы мешалок бывают самыми различными в зависимости от требуемой эффективности перемешивания и конструкционных особенностей реакционного сосуда.

Простейшие мешалки представляют собой изогнутые стеклянные палочки (рис. 3,а), эффективность их, однако, невелика. Наиболее эффективны пропеллерные мешалки (рис. 3,б), они же часто используются при работе с широкогорлыми сосудами,

А б в г

Рисунок 3

Для узкогорлых сосудов используют лопастные (рис. 3,в) или проволочные мешалки, однако их эффективность мала. Очень мощными и удобными в работе являются мешалки, изготовленные из тефлоновой трубки.

Магнитные мешалки (рис. 3,д) часто используют в лабораторных синтезах, особенно при необходимости перемешивания в закрытом сосуде. Якорь из металла, заключенного в стеклянную, полиэтиленовую или тефлоновую оболочку, приводится в движение вращением сильного постоянного магнита. Мешалки такого рода очень удобны, однако их мощность невелика и в вязких реакционных массах они часто останавливаются.

Перемешивание в самом простом случае осуществляется вручную при помощи палочки, однако для продолжительных реакции используют электрические двигатели с мешалками. Частоту вращения при этом обычно регулируют при помощи лабораторных автотрансформаторов.

При всех преимуществах электродвигателей ни обычно не заземлены и поэтому возможно искрение (например, при работе в легковоспламеняющимися жидкостями), в качестве двигателя используют турбинки, приводимые в движение напором воды или газа.

Источник

Задача 350.

Реакция СО + С12 ⇔ СОС12 протекает в закрытом сосуде при постоянной температуре; исходные вещества взяты в эквивалентных количествах. К моменту наступления равновесия остается 50% начального количества СО. Определить давление равновесной газовой смеси, если первоначальное давление равнялось 100 кПа (750 мм рт. ст.).

Решение:

Уравнение реакции имеет вид:

СО + С12 ⇔ СОС12

По условию задачи в реакцию вступило 50% СО. Из уравнения реакции следует, что из 1 моля СО и 1 моля С12 образуется 1 моль СОС12. Следовательно, из 0,5 моль СО и 0,5 моль С12 образовалось тоже 0,5 молей СОС12. Учитывая, что вещества реагируют друг с другом в эквивалентных количествах, значит, в 1л реакционной смеси содержится 2 моля исходных веществ (СО и С12), половина из которых прореагировало с образованием 0,5 молей СОС12.

Таким образом, количество системы уменьшилось на 0,5 молей и составило после протекания реакции 1,5 молей (2 – 0,5 = 1,5). Следовательно, давление равновесной газовой смеси определится из пропорции:

2 : 1,5 = 100 : х; х = (1,5 . 100)/2 = 75 кПа.

Ответ: 75кПа.

Задача 351.

Читайте также:  Палец руки лопнул кровеносный сосуд

В закрытом сосуде установилось равновесие: СО2(г.) + Н2(г.) ⇔ СО(г.) + +Н2О(г.); константа равновесия равна единице. Определить: а) сколько процентов СО2 подвергнется превращению в СО при данной температуре, если смешать 1 моль СО2 и 5 молей Н2? б) в каких объемных соотношениях были смешаны СО2 и Н2, если к моменту наступления равновесия в реакцию вступило 90% первоначального количества водорода?

Решение:

а) Уравнение реакции имеет вид

СО2(г.) + Н2(г.) ⇔ СО(г.) + +Н2О(г.)

Из уравнения следует, что из 1 моля СО2 и 1 моля Н2 образуется по 1 молю СО и Н2О.

Обозначим равновесную концентрацию СО и Н2О через х, тогда [CO] = [H2O]. Таким образом, равновесные концентрации СО2 и Н2 будут составлять, соответственно, (1 – х) и (5 – х)моль/л, а СО и Н2О – по х моль/л. Подставим эти значения в выражение константы равновесия реакции:

Таким образом, 83,3% СО2 подвергнется разложению в СО, учитывая, что [CO2] = 1 моль/л.

б) Находим количество Н2, которое вступило в реакцию: 5 . 0,9 = 4,5 моль/л. Остаток количества СО2 и Н2 одинаков и будет составлять 0,5 моль/л (5 – 4,5 = 0,5). Тогда объёмные соотношения СО2 и Н2, к моменту наступления равновесия, составляют:

V(H2) : V(CO2) = 4,5 : 0,5 = 9 : 1 .

Ответ: а) 83,3%; б) 9:1.

Задача 352.

При состоянии равновесия в системе:

N2(г) + 3H2(г) ⇔ 2NН3(г); = -92,4 кДж

концентрации участвующих веществ равны: [N2] = 3 моль/л; [H2] = 9 моль/л; [NН3] = 4 моль/л. Определить: а) исходные концентрации Н2 и N2 б) в каком направлении сместится равновесие с ростом температуры? в) в каком направлении сместится равновесие, если уменьшить объем реакционного сосуда?

Решение:

а) Для нахождения исходных концентраций веществ N2 и Н2 учтём, что, согласно уравнению реакции из 1 моля N2 и 3 молей Н2 образуется 2 моля NH3. Поскольку по условию задачи в каждом литре системы образовалось 4 моля NH3, то при этом было израсходовано 1/2 . 4 = 2 моля N2 и 3/4 . 4 = 6 молей Н2. Таким образом, искомые исходные концентрации N2 и Н2 равны:

[N2]0 = 3 + 2 = 5 моль/л;

[H2]0 = 6 + 3 = 9 моль/л.

б) Из уравнения реакции следует, что данная реакция экзотермическая, т.е. протекает с выделением теплоты. Поэтому при повышении температуры в экзотермической системе, согласно принципу Ле Шателье, равновесие системы сместится в сторону уменьшения действия температуры, т.е. влево.

в) Реакция протекает с уменьшением числа молей газообразных веществ, т.е. с уменьшением объёма и, соответственно, с уменьшением давления в системе. Поэтому при уменьшении объёма реакционного сосуда равновесие системы сместится в сторону образования аммиака, вправо, т.е. согласно принципу Ле Шателье, в сторону уменьшения действия (повышения давления при уменьшении объёма реакционного сосуда).

Ответ: а) [N2]0 = 5 моль/л, [H2]0 = 6 + 3 = 9 моль/л; б) влево; в) вправо.

Задача 353.

Константа равновесия реакции FeO(к) + CO(г) ⇔ Fe(к) + CO2(г), при некоторой температуре равна 0,5. Найти равновесные концентрации СО и СО2, если начальные концентрации этих веществ составляли: [СО] = 0,05 моль/л, [СО2] = 0,01 моль/л.

Решение:

Для нахождения равновесных концентраций веществ учтем, что, согласно уравнению реакции из 1 моля СО образуется 1 моль СО2. Обозначим количество, прореагировавшего вещества СО за x моль. Учитывая, что моль СО2 образуется при реакции, то при этом равновесная концентрация СО будет равна (0,05 – х)моль/л, а СО2 – (0,01 + х) моль/л.

Таким образом, подставив в выражение константы равновесия реакции эти концентрации, найдём значение:

Отсюда искомые равновесные концентрации веществ равны:

[СО]равн. = 0,05 – 0,01 = 0,04 моль/л;

[СО2]равн. = 0,01 + 0,01 = 0,02 моль/л.

Ответ: [СО] = 04 моль/л; [СО2] = 0,02 моль/л.

Задача 354.

Равновесие в системе H2(г) + I2(г) ⇔ 2HI(г) установилось пи следующих концентрациях: [H2] = 0,025 моль/л; [I2] = 0,005 моль/л; [HI] = 0,09 моль/л. Определить исходные концентрации йода и водорода.

Решение:

Для нахождения исходных концентраций йода и водорода учтём, что согласно уравнению реакции, из 1 моля йода и 1 моля водорода образуется 2 моля йодоводорода. Поскольку по условию задачи в каждом литре системы образовалось 0,09 молей вещества HI, то при этом было затрачено 0,045 (0,09/2 = 0,045) молей H2 и, соответственно 0,045 молей I2.

Отсюда находим исходные концентрации водорода и йода:

[I2]исх. = 0,005 + 0,045 = 0.0 5моль/л;

[H2]исх. =.0,025 + 0,045 = 0,07 моль/л.

Ответ: [H2]исх. = 0,07 моль/л; [I2]исх. = 0.05 моль/л.

Задача 355.

При некоторой температуре равновесие в системе 2NO2 ⇔ 2NO + O2 установилось при следующих концентрациях: [NO2] = 0,006 моль/л; [NO] = 0,024 моль/л. Найти константу равновесия реакции и исходную концентрацию NO2.

Решение:

Константа равновесия данной реакции выражается уравнением:

Учитывая, что равновесная концентрация О2 будет составлять 1/2 концентрации NO, т.е. 0,012 моль/л (0,024/2 = 0,012), рассчитаем константу равновесия:

Для нахождения исходной концентрации NO2 учтём, что согласно уравнению реакции из 1 моля NO2 образуется 1 моль NO. Поскольку по условию задачи в каждом литре системы образовалось 0,024 моля NO, то при этом было израсходовано 0,024 моля NO2.

Таким образом, искомая исходная концентрация NO равна:

[NO2]исх. = 0,006 + 0,024 = 0,03 моль/л.

Ответ: К = 0,192; [NO2]исх. = 0,03 моль/л.

Источник