Перейти к содержимому
Форум химиков на XuMuK.ru
  • Сейчас на странице   0 пользователей

    Нет пользователей, просматривающих эту страницу

Polina9449

Рассчитайте время полувыведения оксида азота

Рекомендуемые сообщения

Проверьте правильно ли решено.

Рассчитайте время полувыведения оксида азота из приземного слоя атмосферного воздуха и определите, какой из процессов – окисление кислородом воздуха или окисление озоном - вносит основной вклад в трансформацию NO при заданных условиях.  

Исходные данные: константа окисления кислородом при 298 К равна 1,93 ∙ 10-38 ; температурная зависимость – 3,3∙ 10-39ехр(530/Т); константа окисления озоном при 298 К равна 1,8 ∙ 10-14, температурная зависимость 1,4∙ 10-12ехр(-1310/Т); Содержание молекул NO 2,5*1010 см-3, температура 11,5 оС, давление 101,3 кПа, Концентрация О3 10,5 млрд-1Содержание молекул газа при нормальных условиях (р0 = 101,3 кПа, Т0= 273 К) в молярном объёме  V0– 22,4 дм3 равно постоянной Авогадро NA  = 6,02×1023 моль-1

 

Решение. Определим время полувыведения оксида азота из воздуха при его взаимодействии с молекулярным кислородом. Процесс окисления в рассматриваемом случае описывается уравнением:

2NO + O= 2NO2

Скорость процесса окисления NO равна:

JNO=kк[O2][NO]2,

где JNO – скорость процесса окисления NO, см–3 . c–1;

kк – константа скорости реакции третьего порядка, см6 . с–1;

[J2] и [NО] – концентрации кислорода и оксида азота в воздухе, см–3.

Часто, как говорилось ранее, для упрощения записи размерностей констант скоростей химических реакций второго порядка – cм3. мол.–1 . с–1 – и третьего порядка – см6 . мол.–1 . с–1 — слово «молекула» («мол.») опускается, и тогда эти размерности можно записать как см3 . с–1 и см6 . с–1.

Концентрация молекул кислорода в приземном слое воздуха равна 20,95% (об.), что составляет:

2] = 2,55 . 1019 – 20,95/100 = 5,34 . 1018 (см–3).

Поскольку количество молекул кислорода в воздухе значительно превосходит количество молекул оксида азота, можно считать, что концентрация О2 в процессе окисления NO практически не изменяется. Поэтому скорость реакции окисления оксида азота можно представить как скорость реакции псевдовторого порядка уравнением:

UNO=k/к[NO]2 

где k/к  константа скорости реакции псевдовторого порядка, см3 . мол.–1 . с–1;

k/к kк21,93 . 10–38 . 5,34 . 1018 . 10,31 . 10–20 (см3 . с–1)

Для реакций второго порядка время (период) полувыведения, т.е. время, за которое концентрация исходных реагентов снизится вдвое, при условии равенства исходных концентраций реагентов определяется по уравнению:

t1/2=1/(kC)

где k – константа скорости реакции второго порядка, см3 . с–1;

С – концентрация исходного реагента, см–1.

В рассматриваемом случае для реакции псевдовторого порядка имеем:

t1/2 = 1/(k/к [NO])

t1/2 = 1/(10,31 . 1–20 . 2,5 . 1010) = 3,8 . 109 (с) = 118,75(лет)

Определим время полувыведения оксида азота из приземного слоя воздуха при его взаимодействии с озоном. В этом случае уравнение реакции окисления NO имеет следующий вид:

NO + O NO+ O2

Скорость реакции можно рассчитать по уравнению:

J/NO = k0[NO][O3]

где J/NO – скорость процесса окисления оксида азота озоном, см–3 . с–1;

k0 – константа скорости реакции второго порядка, см3 . с–1;

[NO] и [О3] – концентрации оксида азота и озона в воздухе, см–3.

По условию задачи, концентрация молекул озона в приземном воздухе равна 15 млрд–1; в см-3 это составит (пример 4):

3] = 2,55 . 1019 . 10,5 . 10–9 = 2,67 . 1011 (см–3),

где 10–9 – коэффициент перевода млрд-1 в объемные доли.

Поскольку концентрация озона более чем в сто раз превышает концентрацию оксида азота, можно принять, что в процессе окисления NO значение концентрации озона практически не изменится. В этом случае скорость реакции можно представить как скорость реакции псевдопервого порядка:

U/NO=K/0[NO],

где –K/0 константа скорости псевдопервого порядка;

K/0= k0[O3] = 1,8 . 10–14 . 2,67 . 1011 = 4,8 . 10–3 (с–1).

Для реакций первого порядка время полувыведения реагента определяется по уравнению:

t1/2 = 0,693/k

где k – константа скорости реакции первого порядка.

В рассматриваемом случае для реакции псевдопервого порядка имеем:

t1/2 = 0,693/k = 0,693/(4,88 . 10–3) = 100 (с) = 1,7 (мин)

Время полувыведения оксида азота в процессе его взаимодействия с кислородом воздуха значительно больше, чем при взаимодействии NOс озоном, и не соответствует реально наблюдаемым в приземном воздухе процессам превращения оксида и диоксида азота. В атмосферном воздухе время полувыведения оксида азота обычно составляет несколько минут. Поэтому можно утверждать, что в приземном слое воздуха процесс окисления оксида азота связан в основном со взаимодействием с озоном.

 

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение

Может расчеты и верны, но найденное значение для кислорода (118,75 лет) как то противоречит наблюдениям, что получаемый оксид азота(2) при смешивании с воздухом тут окисляется до бурого газа ...

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение

Создайте аккаунт или войдите в него для комментирования

Вы должны быть пользователем, чтобы оставить комментарий

Создать аккаунт

Зарегистрируйтесь для получения аккаунта. Это просто!

Зарегистрировать аккаунт

Войти

Уже зарегистрированы? Войдите здесь.

Войти сейчас

×