Реакция HCl + CaCO3 в герметичной камере

Вопросы, связанные с химией вообще. Вы можете задать здесь свой вопрос, и мы постараемся на него ответить.
General chemical questions go here
Ответить
Lotrex
Сообщения: 5
Зарегистрирован: Вт апр 21, 2009 10:23 am

Реакция HCl + CaCO3 в герметичной камере

Сообщение Lotrex » Вт апр 21, 2009 11:46 am

Суть в следующем. В герметично закрытой камере объемом примерно 137 куб. см. протекает реакция 6%-го водного раствора HCl и кальцита. Объем раствора примерно 15 мл, количество кальцита 0.5 г. Температура 24.7 градусов по Цельсию. Необходимо определить аналитическое выражения для зависимости давления в камере от времени.
Имеется экспериментально полученная кривая. Начальный участок кривой (первые 40 сек.) представляет из себя экспоненту y(t) = A(1-exp(kt)) с постоянной времени k = -0.13973 1/сек. Дальнейшее поведение кривой я и хочу обсудить. Казалось бы, реакция должна завершится в первые минуты и давление дальше расти не должно. Но после первых 40-50 сек. рост давления сначала резко замедляется, а потом опять начинает медленно нарастать в течение еще примерно 1000 секунд.
Я предполагаю это связано с тем, что CO2, выделившийся в результате реакции, под действием увеличившегося давления камере сильнее расворяется в воде (т.е. в тех 15 мл. водного раствора HCl) и медленно из нее выходит.
Вопросы к уважаемым специалистам у меня такие:
-Действительно ли дело в том, что CO2 растворяется в водном растворе?
-Если да, то:
--как зависит растворимость CO2 в воде от давления?
--как зависят скорости реакций H2O+CO2 -> H2CO3 и H2CO3 -> H2O+CO2 от давления (желательно бы узнать хотя бы несколько значений постоянных времени этих реакций для разных значений давления)
-Если нет, то какие процессы там происходит, и чем обусловлен такой вид кривой?
Вот и сами кривульки (по вертикали - давление в атмосферах, по горизонтали - время в секундах),
полностью:
Изображение
верхняя часть:
Изображение
Последний раз редактировалось Lotrex Вт апр 21, 2009 12:57 pm, всего редактировалось 1 раз.

MONSTA
Сообщения: 3372
Зарегистрирован: Вт фев 20, 2007 11:36 am

Re: Реакция HCl + CaCO3 в герметичной камере

Сообщение MONSTA » Вт апр 21, 2009 12:38 pm

У Вас гетерогенная реакция: кальцит в твердой фазе реагирует с раствором. Скорость гетерогенной реакции зависит от площади поверхности границы раздела (т.е. в данном случае - от площади кальцита), а она определенно будет меняться в ходе растворения. Поскольку, понятное дело, кальцит растворяется. Но это должно приводить только к снижению скорости роста давления по сравнению с зависимостью, построенной из начальных данных. А вот последующий рост... Не мог, часом, Ваш кальцит после изрядного разъедания солянкой вообще развалиться в порошок? Тогда площадь поверхности растет (по крайней мере, по сравнению с тем, что было), скорость тоже...

Sovetnik
Сообщения: 2124
Зарегистрирован: Пн окт 24, 2005 12:00 pm

Re: Реакция HCl + CaCO3 в герметичной камере

Сообщение Sovetnik » Вт апр 21, 2009 12:50 pm

Lotrex писал(а): количество кальцита 0.5 г.
Данная реакция - гетерогенная, поэтому скорость газовыделения зависит от поверхности контакта кальцита с кислотой, т.е от исходного ее значения - удельной поверхности (размера частиц).
По мере протекания реакции и растворения частиц, поверхность контакта будет уменьшаться по какому-то сложному закону, поэтому описать реакцию можно только эмпирическим подбором.
Про растворение СО2 с ростом давления - верно, только нужно учесть тепловыделение в ходе реакции, если не было термостатирования, так как повышение температуры уменьшает растворимость СО2, что скажется на характере роста давления в системе.

Пока писал, MONSTA - опередил!
Находит тот, кто ищет не там.

Lotrex
Сообщения: 5
Зарегистрирован: Вт апр 21, 2009 10:23 am

Re: Реакция HCl + CaCO3 в герметичной камере

Сообщение Lotrex » Вт апр 21, 2009 12:54 pm

Уфф, прошу прощения, что сразу не написал. Кальцит перед помещением в камеру измельчался и просеивался через 2 сита с размерами ячеек 0.16 и 0.32 мм. То, что прошло через сито 0.32 мм и не прошло через сито 0.16 мм потом взвешивалось и засыпалось в камеру. Т.о. размер частиц больше 0.16 мм и меньше 0.32 мм.

Аватара пользователя
avor
Сообщения: 12650
Зарегистрирован: Пн янв 24, 2005 1:13 pm

Re: Реакция HCl + CaCO3 в герметичной камере

Сообщение avor » Вт апр 21, 2009 3:50 pm

Lotrex писал(а):Т.о. размер частиц больше 0.16 мм и меньше 0.32 мм.
Этот факт никак не влияет на доводы Sovetnik и MONSTA.

Равновесие между раствором и газом определяется законом Генри и одноименным коэфициентом в нем. коэфициент Генри для СО2 и воды есть даже примерах и задачах Романкова и др. Скорость абсорбции десорбции СО2 из воды стопудово лимитируется диффузией в жидкости. Эмпирические ур-я для расчета кэфициента диффузии СО2 в воде можно найти в справочнике инженера-химика Перри и в Справочнике Шервуда.

Lotrex
Сообщения: 5
Зарегистрирован: Вт апр 21, 2009 10:23 am

Re: Реакция HCl + CaCO3 в герметичной камере

Сообщение Lotrex » Вт апр 21, 2009 9:01 pm

Avor, большое спасибо за ответ! Не могли бы Вы более точно назвать литературу (полное название, авторы), где можно найти указанную информацию?

Sovetnik
Сообщения: 2124
Зарегистрирован: Пн окт 24, 2005 12:00 pm

Re: Реакция HCl + CaCO3 в герметичной камере

Сообщение Sovetnik » Ср апр 22, 2009 12:13 pm

Lotrex писал(а): В герметично закрытой камере объемом примерно 137 куб. см. протекает реакция 6%-го водного раствора HCl и кальцита. Объем раствора примерно 15 мл
В указанных условиях доля растворившегося СО2 вряд ли превысит 10%.
Находит тот, кто ищет не там.

Lotrex
Сообщения: 5
Зарегистрирован: Вт апр 21, 2009 10:23 am

Re: Реакция HCl + CaCO3 в герметичной камере

Сообщение Lotrex » Ср апр 22, 2009 2:07 pm

Я подозреваю, что в жидкости растворившегося газа остается даже меньше 10%, поскольку жидкость еще и перемешивается с помощью магнитной мешалки :) Что касается аналитического представления кривой зависимости давления от времени, то я сегодня нашел-таки очень хорошую аппроксимацию для нее, вот такую:
P(t) = A(1-exp(k1*t)) + B(1-exp(k2*t + k3*t^2));
Насколько я понимаю, первое слагаемое описывает саму реакцию HCl+CaCO3 -> H2O + CO2. А второе слагаемое похоже должно описывать абсорбцию/десорбцию CO2 водой.

Sovetnik
Сообщения: 2124
Зарегистрирован: Пн окт 24, 2005 12:00 pm

Re: Реакция HCl + CaCO3 в герметичной камере

Сообщение Sovetnik » Ср апр 22, 2009 3:32 pm

Lotrex, найдите книгу (можно скачать в Инете) - "Аксельруд Г. А., Молчанов А. Д. — Растворение твердых веществ.", там есть кое-что конкретно по растворению кальцита в соляной кислоте.
Находит тот, кто ищет не там.

Lotrex
Сообщения: 5
Зарегистрирован: Вт апр 21, 2009 10:23 am

Re: Реакция HCl + CaCO3 в герметичной камере

Сообщение Lotrex » Чт апр 23, 2009 6:42 am

Спасибо Вам, Sovetnik, обязательно поищу эту книгу!

Ответить

Вернуться в «общехимические вопросы / general chemical issues»

Кто сейчас на конференции

Сейчас этот форум просматривают: нет зарегистрированных пользователей и 16 гостей