Курсовая работа: Кинетика химических реакций

Понижение температуры замерзания раствора электролита определяется соотношением:

ΔT₃ = i * K_k * C_m , (2)

где i - изотонический коэффициент; K_k - криоскопическая постоянная (для воды равна 1,86 кг * K / моль ); С _m - концентрация электролита, моль / кг,

Таким образом, задача сводится к нахождению изотонического коэффициента для раствора кислоты моляльной концентрации С _m = 1,300 моль / кг.

Изотонический коэффициент связан со степенью диссоциации α уравнением:

i = 1 + α ( K - 1) ( 3)

K - число ионов, на которое распадается молекула электролита (для нашей задачи K = 2) .

Для раствора слабого электролита "AH " степень диссоциации определяет величину константы диссоциации K_d :

K_d = C_H+ * C_{A -} / C_AH = C_m * α^2/ 1 - α (4)

где C_AH , C_{H +} , C_{A -} равновесные концентрации молекул кислоты и соответствующих ионов. Если известна концентрация ионов водорода С _H+ и концентрация кислоты ђ_m , то по уравнению (4 ) рассчитываются величины K_d и α.

Концентрация ионов водорода в растворе (C_{H +} ) определяет величину электродного потенциала нестандартного водородного электрода.

При P_H = 101,3 кПа

Е = ( RT / F) lnC_{H +} , (5)

где R - универсальная газовая постоянная, равная 8,31 Дж / моль * К; F - число Фарадея (96487 кул / г - экв ). По уравнению (5 ) рассчитываем концентрацию водорода С _H+ в 0,331 моляльном растворе дихлоруксусной кислоты при 0⁰ С :

lnС _H+ = EF / RT = - 0,066 * 96487/8,31 * 273 = - 6368,142/2268,63 = - 2,807, C_{H +} = 0,060 г - ион / кг

В соответствии с уравнением (1’ ) концентрация ионов водорода С _H+ равна концентрации анионов С _A - ; концентрация молекул кислоты С_АН определяется как разность между исходной концентрацией кислоты ђ _m и концентрацией ионов водорода:

С _H+ = С _A - = 0,060 г - ион / кг

C_AH =ђ _m - C_{H \+} = 0,331 - 0,060 = 0,271 моль / кг .

По уравнению (4 ) рассчитываем K_d

K_d = C_{H +} * С _A - / С _AH = 0,060 * 0,060/0,271 = 1,33 * 10^-2 .

Полученное значение константы диссоциации слабой кислоты соответствует температуре замерзания чистой воды - 273,15 K ; при незначительных изменениях температуры (несколько градусов) можно полагать K_d постоянной.

Рассчитаем по уравнению (4 ) степень диссоциации для раствора кислоты с концентрацией С_m = 1,300 моль / кг . Для этого решим уравнение (4 ) относительно α:

C_m * α² + K_d * α - K_d = 0

1,3 * α² + 1,33 * 10^-2 * α - 1,33 * 10^-2 = 0

D = b² - 4ac = (1,33 * 10^-2 ) ² + 4 * 1,3 * 1,33 * 10^-2 = 0,0693

α = 0,0962 (отрицательный корень, как не имеющий физического смысла выбрасываем).