Дегидратация в воде
(для решения требуется авторизация)
Источник: Региональный этап ВсОШ по химии
Некоторые реакции в природе проходят в гидротермальном режиме (в жидкой воде при температуре больше 100 °С и давлении больше 1 атм). Оказалось, что реакции дегидратации спиртов могут проходить в жидкой воде в таких специфических условиях, что невозможно даже в присутствии катализаторов при нормальных условиях.
-
Какой фактор: энтальпийный или энтропийный объясняет протекание реакции дегидратации в водной среде при высоких температуре и давлении?
Решение задачи доступно только авторизованным пользователям — Войти
Решение
-
Для изучения реакции в гидротермальных условиях необходимо в первую очередь знать агрегатное состояние воды и давление насыщенного пара воды при данной температуре. Если жидкость при температуре T1 имеет давление насыщенного пара p1, а при температуре T2 – р2, то связь между ними описывает уравнение Клаузиуса–Клапейрона:
В этом уравнении ΔH – энтальпия испарения жидкости (для воды ΔH = 40.66 кДж/моль). Известно, что температура кипения воды при давлении 1 атм составляет 100 °С. Гидротермальную реакцию дегидратации циклогексанола изучали при температурах 200 – 270 °С в специальных толстостенных ампулах.
Какое максимальное давление (в атм, с точностью до десятых) должна выдерживать ампула для работы с водными растворами в этом диапазоне температур? Считайте, что в газовой фазе присутствует только вода.
Решение задачи доступно только авторизованным пользователям — Войти
Решение
-
Какова максимальная температура(в К, с точностью до целых), при которой можно работать с ампулой, выдерживающей давление 50 атм? Считайте, что в газовой фазе присутствует только вода.
Решение задачи доступно только авторизованным пользователям — Войти
Решение
-
Кроме того, для кинетических экспериментов, в которых необходимо знать начальную концентрацию реагирующего спирта, нужно учитывать изменение объема раствора при нагревании. В цилиндрическую ампулу при комнатной температуре поместили порцию раствора циклогексанола с концентрацией 0.20 М так, что высота столба раствора в ампуле составила 6 см. После того, как ампулу запаяли и нагрели до 250 °С, высота столба раствора в ампуле до начала реакции оказалась равной 7.8 см. Внутренний радиус ампулы равен 1.0 мм, высота ампулы – 11 см.
Определите массу испарившейся воды в ампуле и концентрацию спирта в нагретом растворе, если давление насыщенного пара воды над нагретым раствором при этой температуре равно 43 атм. Считайте, что количеством циклогексанола в газовой фазе можно пренебречь.
Решение задачи доступно только авторизованным пользователям — Войти
Решение
-
После нагрева до температуры 250 °С в ампуле происходит обратимая реакция дегидратации циклогексанола (А) с образованием циклогексена (В): A ⇄ B. Концентрация A в этой реакции зависит от времени следующим образом: [𝑨] − [𝑨]∞ = ([𝑨]0 − [𝑨]∞) ⋅ 𝑒−(𝑘1+𝑘−1)𝑡
где [𝑨]0 – начальная концентрация А, [𝑨] – концентрация А в момент времени t, [𝑨]∞ – равновесная концентрация А в растворе, k1 и k−1 – константы скорости прямой и обратной реакции.
Кинетические измерения позволили определить константу скорости прямой реакции: k1 = 0.172 ч−1
Известно также, что концентрация спирта после установления равновесия в описанном опыте была в 8.24 раз меньше начальной.
За какое время в условиях опыта разложится 50 % спирта?
Решение задачи доступно только авторизованным пользователям — Войти
Решение
