Автор работы: Пользователь скрыл имя, 09 Ноября 2010 в 20:26, Не определен
Гипотеза о механизме реакции
4.3. Схема установки, подбор реактора и доказательство его идеальности.
Для проведения кинетических опытов необходим реактор идеального смешения (РИС). Это тип идеального реактора можно получить на следующей установке (пример):
Рис.
4.4. Схема экспериментальной
1 – стеклянный трёхгорлый
реактор с рубашкой; 2 – ртутный термометр
с контактами (РТК); 3 – штатив; 4 – стеклянная
мешалка; 5 – электропривод мешалки; 6 –
пипетка для отбора аликвот; 7 – трубки
силиконовые; 8 – ультратермостат.
Реактор представляет стеклянный трёхгорлый реактор 1 с напаянной стеклянной рубашкой. В реакторе через центральный шлиф помещена мешалка 4, приводимая в движение электроприводом 5.
Реактор снабжён следующими узлами:
а) узел термостатирования представлен рубашкой реактора, трубками 7, соединяющими её с ультратермостатом 8, который поддерживает постоянную температуру теплоносителя (вода) и прокачивает его через рубашку со скорость, обеспечивающей постоянство температуры в ректоре. Объём рубашки должен составлять не менее ½ объёма реактора. Также дополнительно имеется ртутный термометр с контактами (РТК), посредством которого отслеживается температура реакционной массы, и в случае превышения температуры ультратермостат должен автоматически увеличивать скоростью подачи теплоносителя в рубашку реактора.
б) узел моментального ввода реагентов представляет собой мерный цилиндр и стеклянную воронку, посредством которой через свободный шлиф в реактор вводиться второй реагент. Такая реализация этого узла возможна, поскольку константа скорости протекания реакции очень мала и реакция протекает медленно. Т.е. время ввода второго реагента по сравнению со временем протекания реакции совершенно незначительно, т.е. практически мгновенно.
в) узел моментального отбора проб представляет собой пипетку с резиновой грушей и химический стаканчик для взятой аликвоты. Аналогично предыдущему пункту можно считать время отбора пробы совершенно незначительным.
Учитывая дальнейшее прохождение реакции во взятой аликвоте наиболее удобным и надёжным методом стопорения реакции является метод захолаживания. Т.е. так как скорость протекания реакции мала, и она очень сильно зависит от температуры, то даже при охлаждении аликвоты базового опыта проточной водой падение температуры составляет ~ 60ºC. При таком падении температуры реакция практически перестаёт идти. Но для получения более высокой точности возможно использование смеси воды со льдом, для последующего охлаждения аликвоты.
Подбор объёма реактора. Поскольку для определения кинетики данной реакции наиболее подходит РИС, то необходимо определить его объём.
В плане экспериментов принято для построения кривой 8 точек, для каждой из которых по требованиям аналитической химии выполняется 3 раза. Следовательно, т.к. анализ требует аликвоту объёмом 3 мл, то для определения одной точки на кривой необходимо отобрать 3 мл x 3 = 9 мл реакционной массы. Отсюда, для проведения полного плана экспериментов необходимо 9 мл x 8 = 72 мл реакционной массы.
Отсюда в соответствии с кинетическим правилом, которое говорит о том, что объём аликвотной части не должен превышать 10% от общего объёма, имеем, что 72 мл / 0,1 = 720 мл. Также учитывая коэффициент заполнения для не пенящихся веществ: 720 мл / 0,8 = 900 мл.
А т.к. наиболее близкий стандартный объём реактора – 1 л., то соответственно для проведения кинетических экспериментов необходим стеклянный реактор объёмом 1л.
Доказательство идеальности реактора.
а) Так как в реакторе организовано эффективное перемешивание и отсутствие застойных зон, вследствие сферической формы реактора, то обеспечивается моментальное распределение второго реагента по объёму реактора. Что доказано при тестировании химическими и визуальными трассерами. При тестировании химическим трассером было показано, что раствор в реакторе приобретает однородную концентрацию по всему объёму в течение малого промежутка времени. А при внесении визуального раствора аналогично раствор приобретал равномерную окраску за очень малый промежуток. Что удовлетворяет условию идеальности проведения данной реакции.
б)
Эффективная система
Что было доказано внесением трассеров в реактор с пониженными и повышенными температурами, в результате чего происходило быстрое выравнивание температуры реакционной среды до температуры термостатирования.
в) Организован моментальный ввод второго реагента.
4.4. Прописи кинетических экспериментов.
Опыт 1.
В реактор, снабжённый обратным холодильником, термометром и мешалкой, помещают приготовленный раствор иодида калия и термостатируют до температуры реакции. Одновременно в термостате термостатируется раствор хлористого метана, который затем приливают стеклянным стаканом через воронку в реактор, момент внесения считается началом реакции. В течении 20 часов, через каждые 150 мин отбирают пробу реакционной массы. Для каждой пробы проводят захолаживание, потенциометрическое титрование и определяют концентрацию ключевого вещества.
СA,0 = 1,0 моль/л, СY,0 = 0,5 моль/л, СZ,0 = 0,0 моль/л, tº = 80ºC.
Номер точки Время Концентрация вещества Y, моль/л
1 9000.0 0.400
2 18000 0.341
3 27000 0.280
4 36000 0.241
5 45000 0.207
6 54000 0.174
7 63000 0.153
8 72000 0.133
Опыт 2.
СA,0 = 9,0 моль/л, СY,0 = 0,5 моль/л, СZ,0 = 0,0 моль/л, tº = 80ºC.
Номер точки Время Концентрация вещества Y, моль/л
1 9900.0 0.408
2 19800 0.342
3 29700 0.280
4 39600 0.246
5 49500 0.213
6 59400 0.178
7 69300 0.157
8
79200
0.137
Опыт 3.
СA,0 = 1,0 моль/л, СY,0 = 0,4 моль/л, СZ,0 = 0,0 моль/л, tº = 80ºC.
Номер точки Время Концентрация вещества Y, моль/л
1 8400.0 0.335
2 16800 0.274
3 25200 0.226
4 33600 0.192
5 42000 0.165
6 50400 0.143
7 58800 0.122
8 67200 0.104
Опыт 4.
В реактор, снабжённый обратным холодильником, термометром и мешалкой, помещают приготовленный раствор иодида калия и термостатируют до температуры реакции. Одновременно в термостате термостатируется раствор хлористого метана и йодистого метана, который затем приливают стеклянным стаканом через воронку в реактор, после него в реактор приливают раствор хлористого метана, момент внесения считается началом реакции. В течении 19,78 часов (1187 мин), через каждые 148,3 мин отбирают пробу реакционной массы. Для каждой пробы проводят захолаживание, потенциометрическое титрование и определяют концентрацию ключевого вещества.
СA,0 = 1,0 моль/л, СY,0 = 0,5 моль/л, СZ,0 = 0,2 моль/л, tº = 80ºC.
Номер точки Время Концентрация вещества Y, моль/л
1 8900.0 0.409
2 17800 0.343
3 26700 0.288
4 35600 0.244
5 44500 0.209
6 53400 0.174
7 62300 0.152
8
71200
0.132
Опыт 5.
СA,0 = 1,0 моль/л, СY,0 = 0,5 моль/л, СZ,0 = 0,0 моль/л, tº = 80ºC.
Номер точки Время Концентрация вещества Y, моль/л
1 8900.0 0.406
2 17800 0.336
3 26700 0.281
4 35600 0.242
5 44500 0.205
6 53400 0.178
7 62300 0.154
8 71200 0.135
Опыт 6.
СA,0 = 1,0 моль/л, СY,0 = 0,5 моль/л, СZ,0 = 0,0 моль/л, tº = 80ºC.
Номер точки Время Концентрация вещества Y, моль/л
1 8900.0 0.403
2 17800 0.343
3 26700 0.282
4 35600 0.243
5 44500 0.208
6 53400 0.176
7 62300 0.151
8 71200 0.133
Опыт 7.
СA,0 = 1,0 моль/л, СY,0 = 0,5 моль/л, СZ,0 = 0,0 моль/л, tº = 80ºC.
Номер точки Время Концентрация вещества Y, моль/л
1 8900.0 0.411
2 17800 0.342
3 26700 0.281
4 35600 0.236
5 44500 0.208