Завдання № 5/3. Розрахунок термодинамічних функцій ідеального газу статистичним методом

З використанням формул (10) - (18) обчислити значення функцій , , і для певного ідеального газу за температури, вказаної викладачем.

Завдання № 5/4. Розрахунок констант хімічної рівноваги статистичним методом

Довести, що константу хімічної рівноваги для реакції , яка протікає в газовій фазі, може бути обчислено за формулою:

, (19)

де - тепловий ефект реакції за абсолютного нуля; Δν - різниця стехіометричних коефіцієнтів.

З використанням цієї формули обчислити константу хімічної рівноваги для реакції, вказаної викладачем за певної температури.

6. Основи хімічної кінетики

Основні поняття хімічної кінетики. Механізм реакції, прості та складні реакції. Швидкість реакції. Кінетичні криві. Кінетичні рівняння. Порядок реакції та методи його визначення. Константа швидкості реакції. Період напівперетворення. Молекулярність елементарних реакцій та її зв'язок з порядком реакції. Інтегрування кінетичних рівнянь для реакцій різних порядків.

Складні реакції. Паралельні реакції. Послідовні реакції. Метод стаціонарного стану. Оборотні реакції. Зв'язок між кінетикою та термодинамікою.

Молекулярно-кінетична теорія газів. Розподілення Максвелла-Больцмана. Середня та середньо-квадратична швидкості. Переріз зіткнення. Фактор зіткнення. Частота зіткнень. Довжина вільного пробігу.

Явища переносу в газах. Дифузія, теплопровідність, в'язкість газів. Ефузія. Теорія зіткнень в хімічній кінетиці. Активні зіткнення. Теорія Арреніуса. Залежність константи швидкості від температури, енергія активації та її експериментальне визначення.

Теорія перехідного стану (активного комплексу). Поверхня потенціальної енергії. Правило Поляні. Трансмісійний коефіцієнт. Статистичний розрахунок константи швидкості. Термодинамічний аспект теорії активного комплексу, ентропія активації.

Література: [1-7,9-11,14-16].

Робота № 6/1. Визначення константи швидкості оксидації водного розчину органічної речовини пероксидом водню

Мета роботи. Визначити порядок реакції методом Вант-Гоффа та константу швидкості реакції взаємодії водного розчину органічної речовини (фенолу, ацетальдегіду, бензолу, толуолу тощо) з пероксидом водню залежно від концентрації каталізатора.

Методика роботи. Більшість органічних речовин у водному розчині взаємодіють з пероксидом водню за умов, близьких до стандартних, за наявності каталізатора (Fe²⁺, Fe³⁺, Cu²⁺, Mn²⁺ і т. і.) та за . При цьому відбувається оксидація органічної речовини і виділяється вода. Механізм таких реакцій є радикально-ланцюговим. Контроль за ходом реакції проводять за кількістю пероксиду водню в різні моменти часу.

Порядок роботи. Для досліджень використовують реактор, в якому є три відгалуження (рис. 1). У відгалуження 1 уводять 5 мл розчину органічної речовини (заданої викладачем), в 2 – 5 мл пероксиду водню, в 3 - 0,5 мл 0,005 н розчину каталізатора, наприклад, Fe²⁺, Fe³⁺, Cu²⁺ та ін. Реактор закривають корком з шліфом і швидко перевертають дном догори. Після того, як усі розчини виллються, вміст пробірки треба добре перемішати і відмітити час. Це і є час початку реакції. Пробірку поставити у штатив і закрити корком (для запобігання випаровування органічної речовини).

Рис. 1. Реактор з трьома відгалуженнями та пробірка з шліфом, в яких розміщують реагенти

Контроль за перебігом реакції здійснюють, визначаючи концентрацію пероксиду водню йодометричним методом. Для цього в колбу для титрування вливають 1 мл 1 н розчину йодиду калію, декілька крапель 10 н сірчаної кислоти для створення рН = 4-5, 1 краплю молібдату амонію (для прискорення реакції між KJ та H₂O₂) та 0,5 мл 0,1 н розчину NaF (для маскування Fe³⁺) або таку саму кількість ортофенантраліну (для маскування Fe²⁺).

У цю суміш доливають 1 мл проби, відібраної з досліджуваної суміші, і добре збовтують і записують час. Спостерігають, як забарвлюється розчин у буре (або жовте) забарвлення залежно від кількості виділеного йоду. Додають 1 краплю крохмалю і титрують 0,001 н розчином тіосульфату натрію до знебарвлення. Проби відбирають через 10 хв (чотири рази), через 15 хв (три рази), через 20 хв (два рази). Експериментальні дані записують у таблицю.

Концентрація каталізатора:
№ проби	Час	Час від початку реакції	V(Na2S2O3), мл	C(J2)	C(H2O2)	r	k

Дослідження проводять протягом 2,5 - 3 год. Концентрацію йоду можна також визначати за допомогою фотоелектроколориметра, якщо відомий калібрувальний графік.За встановленими об'ємами Na₂S₂O₃ обчислюють концентрацію пероксиду водню за рівнянням

.

Одержані концентрації Н₂О₂ та вихідні концентрації вихідних речовин підставляють у рівняння для швидкості реакції 1-го порядку

. (1)

Якщо обчислені константи швидкості досліджуваної реакції будуть відрізнятись між собою, то для розрахунків k використовують рівняння, дійсне для реакцій 2-го порядку:

. (2)

Знайти середнє арифметичне обчислених констант і відносну похибку кожної обчисленої константи швидкості.