WMN, Metalurgia 27.10.2011
Nr zespołu: 3
Ćwiczenie nr 1.
Temat: Kinetyka roztwarzania miedzi metalicznej w roztworach amoniakalnych.
Paweł Gaś
5.1 Wykres zależności Δm/S=f(t) dla różnych stężeń jonów Cu2+.
Wyk.1 Zależność ubytku masy z jednostkowej powierzchni od czasu roztwarzania.
Linie kolorowe oznaczają odpowiednie stężenie jonów Cu2+ wyrażone w g/dm3.
5.2 Obliczanie stałej szybkości reakcji k roztwarzania miedzi względem stężenia Cu2+.
Do obliczania stałej szybkości reakcji k potrzebny jest najpierw współczynnik kierunkowy prostej a z równania opisującego ubytek masy z jednostkowej powierzchni od czasu (wykres 1), a następnie należy skorzystać ze wzoru tgγ=V=kc (a= tgγ).
Tab.2 Wyniki obliczonych stałych szybkości reakcji k roztwarzania miedzi.
Stężenie jonów Cu2+ |
Współczynnik kierunkowy prostej a= tgγ |
Stała szybkości reakcji k [g /cm2/min] |
2 |
2,86·10-5 |
1,43·10-5 |
5 |
6,3·10-5 |
1,26·10-5 |
7 |
9,12·10-5 |
1,3·10-5 |
10 |
1,03·10-4 |
1,03·10-5 |
5.3 Zależność szybkości roztwarzania miedzi od stężenia początkowego jonów Cu2+ w roztworze.
Do tego zadania wykorzystuje się współczynnik kierunkowy prostej a z równania opisującego ubytek masy z jednostkowej powierzchni od czasu (wykres 1).
Tab.3 Wyniki obliczonych wartości szybkości roztwarzania miedzi VCu.
Stężenie jonów Cu2+ |
Szybkość roztwarzania miedzi VCu [g /cm2/min] |
2 |
2,86·10-5 |
5 |
6,3·10-5 |
7 |
9,12·10-5 |
10 |
1,03·10-4 |
Wyk.2 Zależność szybkości roztwarzania miedzi VCu od stężenia początkowego jonów Cu2+ .
5.4 Wykres zależności log VCu=f(log cCu2+).
Tab.4 Wartości logarytmów szybkości roztwarzania miedzi oraz stężenia początkowego Cu2+
Stężenie jonów Cu 2+ [g/dm3] |
V Cu [g/cm2/min] |
Log VCu |
log cCu2+ |
2 |
2,86·10-5 |
-4,54 |
0,3010 |
5 |
6,3·10-5 |
-4,20 |
0,6990 |
7 |
9,12·10-5 |
-4,04 |
0,8451 |
10 |
1,03·10-4 |
-3,98 |
1 |
Wyk. 3 Zależność logarytmu szybkości roztwarzania miedzi od logarytmu stężenia początkowego jonów Cu2+.
5.5 Rząd reakcji r i stałą szybkości reakcji k.
Do określenia rzędu reakcji r i stałej szybkości reakcji k potrzebne jest równanie opisujące zależność log VCu od log cCu2+ (wykres 3). Ogólne równanie prostej przyjmuje postać:
log V = r log c +log k
Równanie prostej z wykresu 3 przyjmuje postać:
y = 0,8311x - 4,7832
stąd rząd reakcji:
r=0,8≈1
stała szybkości reakcji:
log k= -4,7832
k=1,65·10-5 
Dyskusja wyników.
Wykres 1 pokazuje, że zwiększając długość trwania procesu roztwarzania miedzi metalicznej, uzyskuje się większy ubytek masy z jednostkowej powierzchni dla każdego stężenia Cu2+. Po czasie 10 minut ubytek masy płytek w roztworach o stężeniach 2,5,7,10 g/dm3 wynosi kolejno 0,0005 , 0,0009 , 0,0014 , 0,0013g/cm2. Po 20 minutach ubytek masy wynosi kolejno 0,0007 , 0,0015 , 0,0020 , 0,0023g/cm2, a po 30 minutach 0,0007 , 0,0016 , 0,0024 i 0,0028g/cm2. Porównując ubytki masy płytek po 10 minutach z tymi po 30 widać,
że dla każdego stężenia, roztworzyło się około 2 razy więcej miedzi (po 30 min.).
Przy rosnących wartościach stężeń Cu2+ widać, że ubytki mas również rosną.
Należy zauważyć, że gdy czas roztwarzania miedzi wyniósł 10 minut, ubytek masy
z jednostkowej powierzchni dla stężenia Cu2+ równego 10 g/dm3 osiągnął mniejszą wartość niż gdy stężenie wynosiło 7 g/dm3, co może być spowodowane błędami pomiarów masy, powierzchni, zbyt krótkiego osuszania próbki. We wszystkich przypadkach uzyskuje się prostoliniowość wykresów co pozwala na poprawne dalsze prowadzenie obliczeń. Z wykresu 2 wnioskuje się, że szybkość reakcji roztwarzania miedzi rośnie wraz ze zwiększaniem
się stężenia jonów Cu2+ zawartych w roztworze. Zjawisko to nazywa się procesem autokatalitycznym, który silnie zależy właśnie od stężenia jonów w roztworze. Na podstawie wyników uzyskanych w pomiarach grawimetrycznych można również wyznaczyć rząd reakcji r oraz stałą szybkości reakcji k, pod warunkiem uzyskania zależności prostoliniowej na wykresie 3. Taką prostoliniową zależność uzyskano, a po wykonaniu obliczeń rząd reakcji r=1 przy stałej szybkości reakcji k=1,65·10-5 [1/s]
Wnioski.
Proces roztwarzania miedzi metalicznej w napowietrzonym roztworze amoniakalnym zawierającym jony Cu2+ biegnie tym szybciej, im stężenie tych jonów jest większe. Osiąga się coraz lepsze wyniki prowadząc proces coraz dłużej. Szybkość reakcji można obliczyć na podstawie ubytku masy próbki, a wielkość powierzchni reakcyjnej również ma na nią wpływ (im większa powierzchnia blaszki tym reakcja zachodzi szybciej).
Wstęp teoretyczny na podstawie instrukcji do ćwiczenia.
5
2
Wyszukiwarka