WWW.KNIGI.KONFLIB.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

 
<< HOME
Научная библиотека
CONTACTS

Pages:     | 1 |   ...   | 15 | 16 || 18 | 19 |   ...   | 26 |

«2 Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова Серия Инновационный Университет ИННОВАЦИОННЫЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ ПРОГРАММЫ В ОБЛАСТИ ХИМИИ: ХИМИЧЕСКИЙ ...»

-- [ Страница 17 ] --

Протон делокализован между двумя атомами и колеблется между двумя минимумами, L и R, с угловой частотой = 6.481011 с–1. Зависимость плотности вероятности нахождения протона от времени выглядит так:

где волновые функции L ( x) и R ( x) соответствуют протону, локализованному в левом и правом минимуме соответственно:

1.3.1. Напишите выражение для плотности вероятности при (а) t = 0, (б) t = /(2), (в) t = /. Нарисуйте графики этих трех функций.

1.3.2. Не используя расчеты, определите вероятность нахождения протона в левом минимуме при t = /(2).

1.3.3. Сколько времени требуется протону для перехода из одного минимума в другой? Какова при этом его средняя скорость?

1.3.4 Из графика, приведенного выше, оцените неопределенность положения протона. Рассчитайте минимально возможную неопределенность его скорости. Сравните полученное значение с ответом на вопрос 1.3.3 и сделайте вывод о туннелировании протона. Выберите один из вариантов.

а) Протон – достаточно тяжёлая частица, и его туннелирование в малоновом альдегиде может быть описано с помощью классических понятий координаты и скорости.

б) Туннелирование протона – чисто квантовый эффект; он не может быть объяснен с помощью классических понятий.

в) Неопределённость скорости протона настолько велика, что туннелирование протона не может быть обнаружено экспериментально.

г) Неопределённость скорости протона настолько мала, что туннелирование протона не может быть обнаружено экспериментально.

1.3.4. x = 0.03 нм; V = 1000 м/с. Вариант (б).

Вторая задача посвящена актуальной, бурно развивающейся области – нанохимии. В задаче показано, что термодинамические свойства химических реакций зависят от размеров участвующих частиц, причем уменьшение размеров может способствовать протеканию не только полезных, но и нежелательных реакций.

Металлы подгруппы железа являются эффективными катализаторами гидрирования CO (реакция Фишера–Тропша) Катализатор (например, кобальт) часто используют в виде твёрдых наночастиц сферической формы (рис. 1). Уменьшение размеров частиц катализатора существенно увеличивает каталитическую активность. Нежелательная побочная реакция включает окисление катализатора:

Co(s) При этом в реакционном сосуде образуется сплошная фаза оксида кобальта. Это приводит к необратимой потере массы катализатора. Оксид кобальта может также образовываться на поверхности Co(s). В этом случае вокруг поверхности частиц катализатора образуется сферический слой оксида (рис. 2), и каталитическая активность уменьшается.

Рассмотрим, как образование наночастиц влияет на равновесие реакции (1). Полезное уравнение:

2.1.1. Рассчитайте стандартную энергию Гиббса r G 0 (1) и константу равновесия реакции (1) при T = 500 K.

2.1.2. Рассчитайте константу равновесия реакции (1), если кобальтовый катализатор находится в виде сферических частиц (рис. 1) радиусом Поверхностное натяжение на границе раздела Co – газ равно 0.16 Дж/м2. CoO образует сплошную фазу.

Смесь газов, участвующих в реакции Фишера–Тропша (CO, CH4, H2, H2O) помещена в реакционный сосуд, содержащий кобальтовый катализатор. Общее давление равно p = 1 бар, температура T = 500 K. Мольная доля водорода (%) в смеси равна 0.15 %.

2.2.1. При какой минимальной мольной доле воды (%) в газовой смеси станет возможным самопроизвольное нежелательное окисление катализатора с образованием в системе сплошной фазы CoO? Считайте, что Co катализатор находится в виде (a) сплошной фазы, (b) сферических наночастиц радиусом ra = 1 нм (рис. 1).

2.2.2. Что бы вы предложили для защиты наночастиц Co от самопроизвольного окисления с образованием сплошной фазы CoO при постоянном соотношении p(H2O) / p(H2) и постоянной температуре:

(а) увеличить ra (б) уменьшить ra (в) изменение ra не оказывает влияния.

Допустим теперь, что сплошная фаза оксида кобальта образует сферический слой вокруг наночастицы кобальта. В этом случае наночастица содержит как реагент (Co), так и продукт (CoO) (рис. 2). В следующих задачах обозначим поверхностные натяжения как CoO-gas, CoO-Co, радиусы как ra, rb, мольные объёмы как V(Co); V(CoO).

2.3.1. Запишите выражение для стандартной мольной функции Гиббса CoO.

2.3.2. Запишите выражение для стандартной мольной функции Гиббса Co.

Указание. Если две сферические поверхности раздела окружают наночастицу, избыточное давление в её центре описывается выражением где ri, i – соответственно радиус и поверхностное натяжение на i-ой границе раздела.

2.3.3. Выразите стандартную энергию Гиббса реакции (1) r G 0 (1, ra, rb ) через CoO-gas, CoO-Co, ra, rb, V(Co); V(CoO) и 2.3.4. Когда самопроизвольное окисление начинается, радиусы двух слоёв на наночастице (рис. 2) почти равны, ra = rb = r0, и r G 0 (1, ra, rb ) = r G 0 (1, r0 ). Допустим, что CoO-gas = 2CoO-Co. Какой из приведенных графиков правильно описывает зависимость 2.3.5. Что бы вы предложили для защиты наночастиц Co от самопроизвольного образования внешнего слоя CoO при постоянном соотношении p(H 2 O) / p (H 2 ) и постоянной температуре:

(а) увеличить r (б) уменьшить r (в) изменение r0 не оказывает влияния.

Справочные данные:

Ответы.

2.1.1. r G500 (1) = 20.7 кДж/моль; K = 6.8810– 2.1.2. а) K (1, ra ) = 7. 2.2.2. (а) 2.3.4. (а) 2.3.5. (б) В третьей теоретической задаче рассмотрены колебательные реакции. Эта тема тесно связана с именами двух российских химиков – Б.П. Белоусова и А.М. Жаботинского, которые открыли и исследовали одну из самых знаменитых реакций 20-го века, впоследствии названную в их честь. В задаче показано, как в открытой системе автокаталитические стадии приводят к осцилляциям концентраций, и как изменение начальных концентраций или констант скорости драматически влияет на кинетические кривые.

Задача 3. Неустойчивые химические реакции Многие химические реакции имеют неустойчивый характер.

В зависимости от условий (концентрация, температура) такие реакции могут протекать в различных режимах: устойчивом, колебательном или хаотическом. Механизм большинства таких реакций включает автокаталитические элементарные стадии.

Рассмотрим механизм простой реакции, включающий автокаталитическую стадию:

(B и D – реагенты, X – интермедиат, P – продукт).

3.1.1. Напишите суммарное уравнение реакции, соответствующей этому двухстадийному механизму. Напишите кинетическое уравнение для X.

3.1.2. Выведите кинетическое уравнение этой реакции, используя квазистационарное приближение. Найдите:

(i) порядок реакции по реагенту B, (ii) порядок реакции по реагенту D, (iii) суммарный порядок реакции.

Пусть реакция протекает в открытой системе, причем вещества B и D постоянно добавляются в систему так, что их концентрации поддерживаются постоянными и равными друг другу: [B] = [D] = const.

3.2.1. Не решая кинетическое уравнение, нарисуйте кинетические кривые [X](t) для случаев: 1) [X]0 k2/k1 2) [X]0 k2/k 3.2.2. Не решая кинетическое уравнение, нарисуйте кинетическую кривую [X](t) для случая, когда реакция протекает в закрытой системе, а начальные концентрации удовлетворяют следующим соотношениям: [B]0 = [D]0, [X]0 k2/k Гораздо более сложное кинетическое поведение присуще реакциям с несколькими интермедиатами. Рассмотрим упрощённый механизм холодного горения этана в кислороде:

При определенных условиях эта реакция протекает в колебательном режиме. Интермедиатами являются пероксид C2H6O2 и альдегид C2H4O, а P – стабильный продукт.

3.3.1. Определите вещества X, Y, и P. Заполните пробелы в механизме реакции.

Поведение неустойчивых химических реакций часто определяется температурой, влияющей на значения констант скорости.

В приведённом выше механизме колебания концентраций возможны лишь при k1 k2. Параметры уравнения Аррениуса были определены экспериментально:

3.4.1. Какова наибольшая температура, при которой ещё возможны колебания? Ответ подтвердите расчётом.

Ответы.

3.3.1. X – C2H6O2, Y – C2H4O, P – C2H6O. Точки обозначают O2 и H2O.

В задаче по аналитической химии анализируется метод определения воды по Фишеру, который был открыт около 100 лет назад, но до сих пор остается лучшим способом количественного анализа воды. В задаче используются сложные стехиометрические расчеты, различные для разных веществ.

Задача 4. Определение воды титрованием по Фишеру Классическая методика определения воды по Фишеру включает в себя титрование раствора (или суспензии) анализируемого образца в метаноле метанольным раствором иода, содержащим избыток SO2 и пиридин (C5H5N, Py) – реагентом Фишера. При титровании протекают следующие реакции:

Содержание иода обычно выражают в мг воды, реагирующей с 1.00 мл раствора титранта (здесь и ниже обозначено T, мг/мл). T определяют экспериментально, проводя титрование образца с известным содержанием воды. В качестве такого образца может выступать, например, какое-либо гидратированное вещество или стандартный раствор воды в метаноле. В последнем случае необходимо учитывать, что сам метанол может содержать определённое количество воды.

Во всех расчётах используйте значения атомных масс с двумя знаками после запятой.

4.1. Иногда титрование воды проводят в пиридине без метанола. Как будет протекать реакция между I2, SO2 и H2O в этом случае? Приведите уравнение реакции с коэффициентами.

Рассчитайте значение T раствора иода в каждом из указанных ниже случаев:

4.2.1. 12.20 мл раствора иода было использовано на титрование 1.352 г дигидрата тартрата натрия Na2C4H4O6·2H2O.

4.2.2. Известное количество воды (21.537 г) поместили в мерную колбу на 1.000 л и затем довели до метки метанолом. Для титрования 10.00 мл полученного раствора потребовалось 22.70 мл реагента Фишера, в то время как на титрование 25.00 мл метанола потребовалось 2.20 мл этого же реагента Фишера.

4.2.3. 5.624 г воды разбавили метанолом до общего объёма 1.000 л (раствор A); 22.45 мл этого раствора затратили на титрование 15.00 мл реагента Фишера (раствора B). Затем смешали 25.00 мл метанола (такого же, как использованный выше для приготовления раствора A) и 10.00 мл раствора B, и эту смесь оттитровали раствором A. На титрование пошло 10.79 мл этого раствора.

4.3. Неопытный аналитик попытался определить содержание воды в образце CaO при помощи реагента Фишера. Напишите уравнение(я) реакции(й), приводящих к возможным ошибкам.

Для титрования 0.6387 г кристаллогидрата Fe2(SO4)3·xH2O было затрачено 10.59 мл реагента Фишера (T = 15.46 мг/мл).

4.4.1. Какая(ие)другая(ие) реакция(и), кроме приведённых в условии задачи, могут протекать при титровании этого образца? Приведите уравнения двух таких реакций.

4.4.2. Запишите полное уравнение реакции Fe2(SO4)3·xH2O с реагентом Фишера.

4.4.3. Рассчитайте состав гидрата Fe2(SO4)3·xH2O (x =целое).

4.1. I2 + SO2 + 2 H2O + 4 Py = 2 PyHI + (PyH)2SO 4.2.1. T = 17.36 мг/мл 4.2.2. T = 9.87 мг/мл 4.2.3. T = 10.09 мг/мл 4.3. CaO + SO2 = CaSO3; 6CaO + 6I2 = 5CaI2 + Ca(IO3) 4.4.1. Fe2(SO4)3 + 2HI = 2FeSO4 + I2 + H2SO Fe2(SO4)3 + H2O + SO2 + CH3OH = 2FeSO4 + CH3OHSO3 + H2SO 4.4.2. Fe2(SO4)3·xH2O + (x – 1)I2 + xSO2 + xCH3OH = = 2FeSO4 + xCH3OHSO3 + H2SO4 + 2(x – 1)HI 4.4.3. Fe2(SO4)39H2O Органическая химия была представлена изящной «угадайкой», посвященной «скрытым формам» уксусной кислоты.

Эквимолярная смесь X трёх бесцветных органических жидкостей A, B, C при нагревании в воде, содержащей каталитические количества соляной кислоты, даёт после отделения воды только смесь уксусной кислоты и этанола в молярном соотношении 1 : 2 и не содержащей других компонентов. Если добавить к этой смеси каталитическое количество (1–2 капли) серной кислоты, то после долгого кипячения с обратным холодильником можно c 85% выходом получить летучую жидкость D с приятным запахом. Соединение D не идентично ни одному из веществ A, B, C.

5.1.1. Изобразите структуру вещества D.



Pages:     | 1 |   ...   | 15 | 16 || 18 | 19 |   ...   | 26 |
 


Похожие работы:

«ГЛАВНОЕ УПРАВЛЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ НАУКИ И КАДРОВ УЧРЕЖДЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ ГРОДНЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПРОГРАММА вступительного экзамена на вторую ступень высшего образования (магистратуру) по специальности 1-74 80 01 Агрономия 2 ВВЕДЕНИЕ Магистерская подготовка по специальности Агрономия ориентирована на научно-исследовательскую, научно-педагогическую и производственную деятельность специалистов с углубленными общенаучными знаниями и знаниями в области агрономии. Прием в...»

«Целебный топинамбур. Помощник от всех болезней Николай Даников 2 Книга Николай Даников. Целебный топинамбур. Помощник от всех болезней скачана с jokibook.ru заходите, у нас всегда много свежих книг! 3 Книга Николай Даников. Целебный топинамбур. Помощник от всех болезней скачана с jokibook.ru заходите, у нас всегда много свежих книг! Николай Даников Целебный топинамбур: помощник от всех болезней 4 Книга Николай Даников. Целебный топинамбур. Помощник от всех болезней скачана с jokibook.ru...»

«1 Заключение экспертной комиссии общественной экологической экспертизы по проекту Промысловый трубопровод БП Одопту 2 – БКП Чайво. Переход через залив Пильтун. Уточнения к проекту в составе проекта Сахалин-1, Стадия 1 Обустройства и добычи. Промысловые трубопроводы Одопту Г. Москва 20 мая 2008 г. Общественная экологическая экспертиза была организована и проведена Отделением международной неправительственной организации Совет Гринпис в соответствии с Федеральным законом Об экологической...»

«А. Д. ШАХОВСКАЯ КАБИНЕТ-МУЗЕЙ В. И. ВЕРНАДСКОГО ИЗДАТЕЛЬСТВО АКАДEMИИ Н А У К С С С Р М о с к в а 1959 Ответственный редактор академик А. П. ВИНОГРАДОВ ПРЕДИСЛОВИЕ Владимир Иванович Вернадский — это целая эпоха в развитии нашей науки: блестящий минералог, кристаллограф, геолог, геохимик, биогеохимик, радиогеолог, ученый-энциклопедист, глубоко интересовавшийся философией, историей науки и общественной жизнью. Вся его научная и педагогическая деятельность была тесно связана с Академией наук и...»

«ПРАЙС-ЛИСТ II полугодие 2008 года Адрес: 127055, г. Москва, ул. Новослободская, д. 62, корп. 19 тел/факс: (499) 973-93-88, 972-16-16, 973-06-80, 973-09-41, 973-17-82, 973-18-56, (495) 221-21-95 E-mail: zakaz@аliansbook.ru, sale@aliansbook.ru http://www.аliansbook.ru ГУМАНИТАРНЫЕ НАУКИ Серебренникова Э.И. Английский язык для химиков Учебник для химико-технологических специальностей ВУЗов – 3-е изд. Переработанное и дополненное – М.: ИД Альянс, 2008. – 400с. ISBN 978-5-903034-46-8 Гриф: Второе...»

«ЭКОЛОГИЯ МИНСКА Список литературы Книги 1. Аринчин, А. Н. Экологические проблемы педиатрии в условиях крупного промышленного центра : (Материалы медико-экол.мониторинга детей г.Минска 1997-1998 гг.) / Под ред.Гресь Н.А.;Науч.исслед.клин.ин-т радиац.медицины и эндокринологии,Мин.гор.ком.природ.ресурсов и охраны окружающей среды. — Минск : [ИППХодрБелТИЗ], 1999. — 107 с. 2. Город Минск в цифрах : статистический справочник / Национальный статистический комитет Республики Беларусь, Главное...»

«Л. А. БЕЛЯЕВА БИОХИМИЯ РАСТЕНИЙ Тексты лекций по спецкурсу для студентов IV курса специальности 1 – 31 01 01 02 Биология (научно-педагогическая деятельность) Гомель 2008 УДК 581. 19 (075.8) ББК 28.572 я73 Б447 Рецензент: кафедра химии учреждения образования Гомельский государственный университет имени Франциска Скорины Рекомендовано к изданию научно-методическим советом учреждения образования Гомельский государственный университет имени Франциска Скорины Беляева, Л. А. Б447 Биохимия растений:...»

«УТВЕРЖДАЮ Декан факультета агрохимии и почвоведения, профессор Л.М. Онищенко _ 2011 г. РАБОЧАЯ ПРОГРАММА дисциплины: Бухгалтерский учет по направлению 110101 Агрохимия и агро-почвоведение для специальности 110101.65 Агрохимия и почвоведение Факультет агрохимии и почвоведения Ведущая кафедра теории бухгалтерского учета Дневная форма обучения Вид учебной работы Курс, Всего часов семестр Лекции 5, IХ 18 Практич.занятия (семинары) 5, IХ 12 Всего аудиторных занятий 5, IХ 30 Самостоятельная работа...»

«М И Н СК БГУ 2012 УДК 60(035)(075.8) ББК 30.16я2я73 В24 С о с т а в и т е л и: О. Б. Русь, А. М. Ходосовская, А. Н. Евтушенков Р е ц е н з е н т ы: кафедра биотехнологии и биоэкологии Белорусского государственного технологического университета (зав. кафедрой кандидат химических наук, доцент В. Н. Леонтьев); доцент кафедры микробиологии Белорусского государственного университета кандидат биологических наук, доцент Р. А. Желдакова © БГУ, 2012 ISBN 978 985 518 736 4 ПРЕДИСЛОВИЕ Биотехнология...»

«        НАЦИОНАЛЬНЫЙ ПРОФИЛЬ ПО УПРАВЛЕНИЮ ХИМИЧЕСКИМИ ВЕЩЕСТВАМИ В УЗБЕКИСТАНЕ           Проект Разработка интегрированной национальной программы для рационального управления химическими веществами и реализации СПМРХВ в Республике Узбекистан был реализован при техническом содействии Учебного и научно-исследовательского института ООН (ЮНИТАР) и финансовой помощи Трастового фонда Программы быстрого старта для СПМРХВ                                               Ташкент 2012 г.  2 Оглавление...»






 
© 2013 www.knigi.konflib.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.