Главная » Файлы » Химия » Физическая Химия
Cl2 + CH4 → CH3Cl + HCl
05.11.2013, 17:05
Реакция хлорирования метана Cl2 + CH4 → CH3Cl + HCl допускает существование следующего механизма

               Cl2→2Cl·                                 инициирование 
               Cl·  +  CH4 →   ·CH3 + HCl
              ·CH3 + Cl2 → CH3Cl + Cl·                   
              ·CH3 + HCl → CH4 + Cl·                    продолжение
               Cl·  + Cl· + М → Cl2 + М                   обрыв 

(М – некоторая молекула реакционной смеси или стенка сосуда .)
А) определите, какой должна быть длина волны светового излучения на первой стадии, если известно, что энтальпия диссоциации Cl2 равна 242,5 кДж · моль-1 ;
Б) полагая, что скорость диссоциации молекулы хлора пропорциональна интенсивности I используемого электромагнитного излучения, получите аналитические выражения для концентрации свободных радикалов            [Cl·] и [·CH3] в момент времени t. 
Решение:а) находим значение энергии, необходимой для диссоциации одной молекулы Cl2

                  ΔНд                242.5·103 
         Е = ———  =       ————— = 4,026·10-19 Дж · моль-1 . 
                     NА               6,022·1023 
 
Затем рассчитываем искомую величину длины волны

                  hс         6,626·10-34 · 3·108   
           λ = —— = ———————— = 4,993·10-7 м 
                   Е             4,026·10-19

б) применим принцип квазистационарных концентраций к радикалам [Cl·] и [·CH3]:

 d[·CH3]
———— = υ2- υ3- υ4 = k2[Cl·][ CH4] – k3[·CH3][ Cl2] - k4  [·CH3][ HCl] = 0 (1) 
   dt
                             

d[Cl·]
———— = 2υ1 - υ2+ υ3+ υ4 - 2υ5 = 2k1I [Cl2] 
dt
                     -  k2[Cl·][ CH4] + k3[·CH3][ Cl2] +
                      k4[·CH3][HCl]–2k5[Cl2][M] = 0        (2)

Суммируя выражения (1) и (2), получаем

                 k1I[Cl2] = k5[Cl2]2[M],              (3)

откуда находим искомую концентрацию   Cl· 

                 k1I        [ Cl2]                [ Cl2]
 [ Cl· ]   =( —)½  (———)½ = k׳ (———)½                   ()                                      
                  k5          [M]                 [M]   ,
 
где
k׳ = (k1I/ k5)½ .
Концентрация [·CH3]  рассчитывается из уравнения (1)

                  k2[Cl · ][ CH4]
   [·CH3] = ———————                             (5)                                          
                k3[ Cl2]+ k4[ HCl]

Заменяя  [ Cl· ] из выражения (4)  и полагая k2k׳ = k׳׳, получаем

                  k׳׳[Cl2]½[ CH4]
   [·CH3] = —————————                (6)  
                 ( k3[ Cl2]+ k4[ HCl])[М])½
Категория: Физическая Химия | Добавил: alexlat
Просмотров: 1002 | Загрузок: 0 | Рейтинг: 0.0/0
Всего комментариев: 0
Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
[ Регистрация | Вход ]