Входные данные и единицы измерения
Начните с величин «Исходная концентрация A (моль/л)», «Константа образования B при T₀ (1/с)», «Константа образования C при T₀ (1/с)». Для примера в форме указаны Исходная концентрация A (моль/л): 1.8 моль/л; Константа образования B при T₀ (1/с): 0.028 1/с; Константа образования C при T₀ (1/с): 0.013 1/с. Эти значения задают исследуемую систему: её состав, экспериментальное время или кинетическую характеристику. Если используете лабораторные концентрации, сначала убедитесь, что они отнесены к одинаковому объёму и не подменяют массовую долю или абсолютное количество вещества.
В модели «Температурная избирательность параллельных реакций» важно не заменять экспериментальные величины произвольными числами без проверки размерностей. В расчёте также используются «Энергия активации B (кДж/моль)», «Энергия активации C (кДж/моль)», «Температура T₀ (К)», «Рабочая температура (К)», «Время (с)». Каждый вход участвует либо в определении скорости, либо в ограничении выхода, либо в вычислении связанного результата. Указать произвольные числовые значения недостаточно: параметры одного опыта должны относиться к одной реакционной системе, а константы разных стадий — к сопоставимой температуре.
Закон скорости и смысл вычисления
Для задачи «Температурная избирательность параллельных реакций» применяется соотношение ki(T)=ki(T₀)exp[Eai/R(1/T₀−1/T)], Bi∝ki/(k₁+k₂). Математическая формула выбирается по принятому механизму и заданным условиям. Различайте порядок реакции и её стехиометрические коэффициенты: они совпадают далеко не всегда, особенно для суммарных, последовательных и каталитических процессов.
При настройках примера показатель «Остаток A, моль/л» равен 0.0328813, а «Продукт C, моль/л» — 0.776736. Эти результаты нужны для взаимной проверки и оценки масштаба процесса. Там, где показан состав смеси, полезно проверить, что расход исходных реагентов согласован с накоплением продуктов, а итог не нарушает материальный баланс.
Сравнение двух режимов реакции
В дополнительном примере изменяется показатель «Исходная концентрация A (моль/л)»: вместо 1.8 вводится 1.62. В таком режиме величина «Остаток A, моль/л» равна 0.0295932. Этот пример удобен для оценки влияния одного независимого параметра на ход превращения; он не предполагает, что в реальной установке все остальные условия автоматически сохранятся.
Температура меняет избирательность, если у конкурирующих реакций разные энергии активации. Суммарная скорость и доля целевого продукта могут изменяться противоположным образом. Сопоставляя два режима, проверяйте не только изменение итоговой концентрации или времени, но и физический смысл результата. Более высокая мгновенная скорость не всегда означает больший выход требуемого вещества, если параллельно ускоряется нежелательная реакция либо существует промежуточная стадия.
Ограничения и проверка применимости
Принятое допущение: Два параллельных канала первого порядка, разные энергии активации, нет дальнейшей деградации продуктов. Эти ограничения важны не меньше самой формулы. Некоторые кинетические уравнения описывают только изотермический опыт, другие предполагают неизменный объём или отсутствие обратной реакции. Если исходная смесь нагревается, перемешивается неравномерно либо наблюдается ингибирование, результаты потребуют отдельной экспериментальной проверки.
Применяя калькулятор «Температурная избирательность параллельных реакций», перед использованием результата на практике проверьте размерности констант, точность измерения времени и концентраций, а также диапазон температур. Не переносите коэффициенты из одной реакции на другую по сходству названия. Измеренная скорость может зависеть от катализатора, перемешивания, диффузии и других факторов, которых нет среди параметров этой расчётной модели.
Формула расчёта
ki(T)=ki(T₀)exp[Eai/R(1/T₀−1/T)], Bi∝ki/(k₁+k₂).
Проверенные примеры
Исходная концентрация A (моль/л) = 1.8 моль/л; Константа образования B при T₀ (1/с) = 0.028 1/с; Константа образования C при T₀ (1/с) = 0.013 1/с; Энергия активации B (кДж/моль) = 45 кДж/моль; Энергия активации C (кДж/моль) = 62 кДж/моль; Температура T₀ (К) = 300 К; Рабочая температура (К) = 325 К; Время (с) = 20 с
Остаток A, моль/л = 0.032881; Продукт B, моль/л = 0.990383; Продукт C, моль/л = 0.776736; Избирательность к B, % = 56.045061; Отношение скоростей B/C = 1.275057; Общая константа расхода A, 1/с = 0.200132
Исходная концентрация A (моль/л) = 1.62 моль/л при остальных исходных значениях
Остаток A, моль/л = 0.029593; Продукт B, моль/л = 0.891344; Продукт C, моль/л = 0.699062; Избирательность к B, % = 56.045061; Отношение скоростей B/C = 1.275057; Общая константа расхода A, 1/с = 0.200132
Исходная концентрация A (моль/л) = 1.674 моль/л при прочих исходных значениях
Остаток A, моль/л = 0.030580; Продукт B, моль/л = 0.921056; Продукт C, моль/л = 0.722364; Избирательность к B, % = 56.045061; Отношение скоростей B/C = 1.275057; Общая константа расхода A, 1/с = 0.200132
Как пользоваться онлайн-калькулятором
- Укажите «Исходная концентрация A» (моль/л), от 0.01 до 100.0.
- Укажите «Константа образования B при T₀» (1/с), от 1e-08 до 2.0.
- Укажите «Константа образования C при T₀» (1/с), от 1e-08 до 2.0.
- Укажите «Энергия активации B» (кДж/моль), от 0.0 до 120.0.
- Укажите «Энергия активации C» (кДж/моль), от 0.0 до 120.0.
- Укажите «Температура T₀» (К), от 250.0 до 1000.0.
- Укажите «Рабочая температура» (К), от 250.0 до 1000.0.
- Укажите «Время» (с), от 0.0 до 10000.0.
- Сопоставьте результаты с физическими ограничениями и условием применимости.