С.Ф. Дунаев - Практическое пособие по общей и неорганической химии для студентов нехимических специальностей, страница 10

Занесите результаты измерений в таблицу 4.1.Таблица 4.1τ,с0Уровень воды Объем выделившегосяв бюретке, млкислорода, VτVкVк − Vτ⎛ Vкln⎜⎜⎝ Vк − Vτ⎞⎟⎟⎠01530………Vк––––Измерения можно прекратить, когда изменение уровня воды в бюретке в течение 2-3 мин. перестанет быть заметным.42Чтобы определить объем кислорода Vк, выделившегося при практически полном разложении пероксида водорода, опустите колено пробирки Оствальда среакционной смесью в стакан с горячей водой. Повышение температуры ускорит разложение пероксида водорода. После окончания реакции выньте пробирку из стакана с горячей водой, дайте ей остыть до комнатной температуры (наэто требуется около 10 мин.), приведите давление в бюретке к атмосферному иизмерьте уровень воды в бюретке. Данные занесите в табл.

4.1.Вопросы и задания:1) Напишите уравнение реакции разложения пероксида водорода.2) По данным табл. 4.1 формуле 4.7 рассчитайте 5 значений константыскорости реакции разложения пероксида водорода. Вычислите kср. Сохраняется ли постоянной значение константы скорости в опыте?3) Вычислите время полураспада пероксида водорода по формуле (4.8).4) На основе данных табл. 4.1 постройте два графика:а) график в координатах Vτ – τб) график в координатах lnVк–τVк - Vτ5) На основании графика в координатах Vτ – τ определите период полураспада пероксида водорода и рассчитайте k. Сравните полученноезначение с kср..6) Из графика в координатах lnVк– τ по тангенсу угла наклонаVк - Vτпрямой определите значение константы скорости k реакции, сравнитеего с kср.7) Рассчитайте по формуле (4.8) период полураспада пероксида водородаи сравните его значение с τ1/2,, полученным из первого графика.4.2.5.

Что должен представить студент преподавателюдля сдачи работы:1. Заполненную таблицу 4.1.2. График в координатах Vτ – τ.3. График в координатах lnVкVк - Vτ– τ.4. Расчеты константы скорости и периода полураспада по формулам (4.8) и (4.13)м и из графиков.434.3. Работа 2.

Исследование кинетики реакции разложения тиосерной кислоты4.3.1. Цель работы:В настоящей работе предлагается определить порядок и энергию активацииреакции разложения тиосерной кислоты.Так как тиосерная кислота неустойчива и самопроизвольно разлагается с образованием свободной серы по реакции:H2S2O3 = H2O + SO2 + S(4.14)ее получают непосредственно в эксперименте при взаимодействия тиосульфатанатрия с серной кислотой:Na2S2O3 + H2SO4 = H2S2O3 + Na2SO42–+(4.15)S2O3 + 2H = H2S2O3Реакция (4.15) протекает мгновенно и на скорость реакции разложения тиосерной кислоты не влияет.Тогда, средняя скорость исследуемой реакции (4.14) может быть рассчитанапо уравнению:r=−∆CH 2 S 2 O3∆τ= kC α H 2S 2 O 3(4.16)Концентрацию C H 2S2O 3 в этом уравнении можно определить по исходной концентрации тиосульфата натрия, c учетом изменения объема реакционной смеси(вследствие добавления воды и серной кислоты).

О количестве разложившейсятиосерной кислоты ∆C H 2S2 O 3 удобно судить по плотности образовавшейся суспензии серы.Опыты по изучению кинетики химической реакции проводятся в фигурнойпробирке (рис. 4.5), на задней стенке которой имеется вертикальная цветная полоска на белом фоне. В начале опыта эта полоска четко просматривается сквозьраствор.

После появления суспензии серы жидкость постепенно мутнеет и черезнекоторое время цветная полоска становится плохо видимой для экспериментатора. Если во всех опытах отсчет времени проводить до одинаковой плотностисуспензии серы, то изменение концентрации тиосерной кислоты ∆CH2S2O3 в нихможно считать постоянным. Вследствие этого, при графическом определениипорядка и энергии активации, вместо скорости реакции можно воспользоваться1и представлять экспериментальные данпропорциональной ей величиной∆τ1ные в координатах ln– ln C H 2 S2O3 при определении порядка реакции, и в∆τ11координатах ln–при определении энергии активации.∆τ T44При построении графиков следует правильно выбирать масштаб. Масштабдолжен быть таким, чтобы экспериментальные точки не сливались друг с другом, а располагались по диагонали графика так, как это показано на рис.

4.4 а.а) правильноб) неправильноРис. 4.4. Правильное (а) и неправильное, (б) положение точек на графикеДля удобства определения координат точек по оси 1/Т их численные значения следует умножать на постоянный множитель 1000 и строить график в коор10001–.динатах ln∆τT4.3.2. Реактивы:Растворы: 1 М Na2S2O3 (в бюретке), 2 М H2SO4 (в бюретке).4.3.3. Оборудование:Фигурная пробирка, пробирка-трубочка, штатив-подставка, термостат, секундомер, 2 мерные колбы на 50 мл с пробками, стаканы с делениями на 50 мл, бюретки для растворов Na2S2O3, H2SO4, 3 пипетки или дозаторы на 2-3 мл (на 2-3студентов), маркер для стекла.Опыт 2.

Определение порядка реакции разложения тиосерной кислоты.2.1. Приготовьте из 1 М раствора тиосульфата натрия 50 мл 0,2 М. Раствортиосульфата натрия необходимо готовить непосредственно перед опытом, таккак он неустойчив и быстро разлагается на свету.Приготовьте 50 мл 0,2 М раствора серной кислоты из 2 М раствора.Для приготовления растворов используйте мерные колбы на 50 мл. Обязательноподпишите их стеклографом или маркером для стекла.Подготовьте чистые пробирки – фигурную и пробирку-трубочку (рис.

4.5) итри градуированные пипетки или дозатора емкостью 3– 5 мл для отбора исследуемых растворов и дистиллированной воды. Для каждого раствора должнабыть своя пипетка или дозатор.454.3.4. Порядок выполнения экспериментаРис. 4.5. Прибор для определения скорости реакции:: 1 – пробирка-трубочка;2 – фигурная пробирка; 3 – штатив для пробирок.2.2. С помощью пипетки или дозатора налейте в фигурную пробирку 3 мл приготовленного раствора тиосульфата натрия, а в пробирку-трубочку – 3 мл приготовленного раствора серной кислоты. Быстро перелейте раствор серной кислоты в фигурную пробирку с раствором тиосульфата натрия.

В момент сливания растворов включите секундомер и перемешайте раствор пробиркойтрубочкой, опустив ее 2–3 раза до дна фигурной пробирки. Вытащите пробирку-трубочку из раствора.Наблюдайте через раствор за цветной полоской на фигурной пробирке. В момент, когда цветная полоска перестает быть видимой, остановите секундомер.Время опыта занесите в табл. 4.2.Фигурную пробирку и пробирку-трубочку тщательно промойте и ополосните дистиллированной водой.2.3.

Повторите эксперимент 2.2. с концентрацией Na2S2O3 меньшей в 2 раза. Дляэтого в фигурную пробирку перенесите пипеткой или дозатором 1,5 мл растворатиосульфата натрия и 1,5 мл дистиллированной воды. Количество кислоты возьмите то же. Результаты опыта занесите в табл.4.2.2.4.

Повторите эксперимент 2.2 с концентрацией Na2S2O3 в 3 раза меньшей. Дляэтого возьмите 1 мл 0,2 М раствора Na2S2O3 и 2 мл дистиллированной воды. Результаты опыта занесите в табл.4.2.2.5. Эксперимент 2.2. повторите еще раз, уменьшив концентрацию Na2S2O3 в 4раза. Для этого в фигурную пробирку перенесите пипеткой или дозатором 0,75мл раствора тиосульфата натрия, 2,25 мл дистиллированной воды и 3 мл кислоты.Результаты опыта занесите в табл.4.2.46Таблица 4.2oСТемпература опыта –Объем растворов, мл Общий C H 2S2O3 мо ln C H 2S2O30,2МН2О 0,2М объем,ль/лэксп..млH2SO4Na2S2O3№2.2.30362.3.1,51,5362.4.12362.5.0,752,2536∆τ, с1∆τln1∆τ∆τ – промежуток времени до исчезновения цветной полоски, в секундахВопросы и задания:1) Напишите уравнение реакции разложения тиосерной кислоты.2) На основе данных таблицы 4.2.

постройте график в координатах1ln– ln C H 2S2O3 при постоянной температуре.∆τ3) Определите по графику порядок реакции разложения тиосерной кислоты.Опыт 3. Определение энергии активации реакции разложения тиосернойкислоты.3.1. С помощью пипеток налейте в фигурную пробирку 1,5 мл приготовленногов опыте 1 0,2 М раствора тиосульфата натрия и 1,5 мл воды; в пробиркутрубочку – 3 мл приготовленного раствора серной кислоты.

Быстро перелейтераствор серной кислоты в фигурную пробирку и перемешайте его пробиркойтрубочкой, опустив ее 2–3 раза до дна фигурной пробирки. В момент сливаниярастворов включите секундомер. Отметьте время исчезновения полоски и запишите его в таблицу 4.3. Запишите в таблицу 4.3. комнатную температуру.3.2. Как и в эксперименте 3.1 налейте в фигурную пробирку 1,5 мл 0,2 М раствора тиосульфата натрия и 1,5 мл воды, а в пробирку-трубочку 3 мл раствораoсерной кислоты. Поместите пробирки в термостат, нагретый до ~30 C на 5-7мин.

Не вынимая фигурную пробирку из термостата, перелейте в нее раствор изпробирки-трубочки и перемешайте. Одновременно включите секундомер и отметьте время исчезновения цветной полоски. Температуру и время запишите втаблицу 4.3.о3.3. Повторите эксперимент 3.1 при температуре ~40 С. Занесите результат втабл. 4.3.о3.4. Повторите эксперимент 3.1 при температуре ~50 С. Время и температуруопыта внесите в табл. 4.3.47Таблица 4.3№ экспериментаot, C–1∆τ, c1000/T, K*1 –1с∆τln1∆τ3.1.3.2.3.3.3.4.Вопросы и задания:1) На основе данных таблицы 4.3. постройте график в координатах1 1000ln–.∆τT112) Почему график неудобно строить в координатах ln– ?∆τ T3) Определите по графику энергию активации реакции разложения тиосерной кислоты.4.3.5. Что должен представить студент преподавателю для сдачи работы:1.