С.Ф. Дунаев - Практическое пособие по общей и неорганической химии для студентов нехимических специальностей (1106328), страница 11
Текст из файла (страница 11)
Заполненные таблицы 4.2 и 4.3.11 10002. Графики в координатах ln– ln C H 2S2O3 и ln–.∆τ∆τT3. Расчеты порядка и энергии активации реакции разложениятиосерной кислоты. Результаты расчетов должны быть приведены на графиках.4.4. Работа 3. Исследование кинетики реакции окисленияиодида калия пероксидом водорода в кислой среде4.4.1.
Цель работы:В настоящей работе изучается зависимость скорости реакция окисления иодида калия пероксидом водорода в кислой среде от концентрации иодид-иона итемпературы. Сокращенное ионное уравнение этой реакции имеет вид:–+H2O2 + 2I + 2H = I2 + 2H2O,(4.17)а ее скорость определяется кинетическим уравнением:r = k ⋅ C Hα 2O2 ⋅ C β− ⋅ C γ +IH(4.18)где k – константа скорости реакции, а α, β и γ – порядки реакции соответственно–+по H2O2, I и H .48+Если во всех опытах концентрации H , H2O2 будут оставаться постояннымиза счет использования их большого избытка, скорость реакции (4.17) будет за–висеть только от концентрация иона I и уравнение (4.18) примет вид :r = k ' C β−(4.19)Iгдеk ' = k ⋅ C Hα 2O2 ⋅ C γ +HЛогарифмирование уравнения (4.19) дает уравнение прямой в координатах lnr— ln С I - , угловой коэффициент наклона которой равен порядку реакции по иодид-иону β.Для того, чтобы было удобно следить за скоростью протекания реакции, вреакционную смесь вводится определенное, одинаковое во всех опытах количество тиосульфат-ионов, которые быстро восстанавливают образующийся в реакции (4.17) иод до иодид-ионов:2––2–(4.20)I2 + 2S2O3 = 2I + S4O6 .После полного расходования тиосульфат-ионов свободный иод остается в растворе и реакционная смесь в присутствии крахмала окрашивается в синий цвет.Момент окрашивания смеси принимается за окончание реакции.
Чем большеисходная концентрация иодид-ионов в растворе, тем больше образуется свободного иода в реакции (4.17) и тем быстрее расходуется тиосульфат-ионы. Поэтому скорость изучаемой реакции (4.17) можно считать равной скорости расходования тиосульфат-ионов:r=∆CS 2O32 −∆τ=CS 2O32 −∆τ(4.21)∆CS O 2 - = CS O 2 − , так как конечная концентрация тиосульфат-иона равна нулю.2323Определение энергии активации реакции окисления иодида калия пероксидом водорода в кислой среде осуществляется путем исследования зависимостиее скорости от температуры. Значения энергии активации рассчитываются по1000тангенсу наклона прямой построенной в координатах lnr –.T4.4.2.
Реактивы:Растворы: 0,1 М KI; 0,04 М Na2S2O3; раствор А (свежеприготовленнаясмесь 1 объема 2 М H2SO4, 8 объемов воды и 1 объема 3%-ной H2O2), растворкрахмала.494.4.3. Оборудование:Фигурная пробирка, пробирка-трубочка, штатив-подставка, термостат, секундомер, стаканы с делениями на 50 мл, бюретки для растворов Na2S2O3, KI;раствора А; 3 пипетки или дозаторы на 2-3 мл (на 2-3 студентов).4.4.4.
Порядок выполнения экспериментаОпыт 4. Определение порядка реакции окисления иодида калия пероксидом водорода в кислой среде по иодид-иону4.1. С помощью пипетки или дозатора налейте в пробирку-трубочку (рис. 4.4)3,00 мл (точно!) раствора А, прибавьте 3 капли раствора крахмала и поместите вгнездо специальной подставки.В фигурную пробирку (рис. 4.4) с помощью пипеток или дозатора (отдельнойдля каждого раствора) или микробюреток последовательно налейте 0,40 мл0,1 М KI, 0,30 мл 0,04 М Na2S2O3 и 2,30 мл H2O.Быстро перелейте раствор из пробирки-трубочки в фигурную пробирку, одновременно включив секундомер. Растворы сразу же перемешайте, опустив 2–3раза пробирку-трубочку до дна фигурной пробирки.
Отметьте время появлениясиней окраски во всем объеме раствора. Занесите результат в табл. 4.4.4.2. В пробирку трубочку налейте 3 мл раствора А и 3 капли крахмала. В фигурную пробирку 0,3 мл раствора Na2S2O3, 0,8 мл раствора KI и 1,9 мл воды.Общий объем раствора в фигурной пробирке должен оставаться постоянным,равным 3,00 мл.
Повторите эксперимент 4.1. Занесите результат в табл. 4.4.4.3. Еще раз проведите эксперимент. В фигурную пробирку налейте 0,3 млNa2S2O3, 1,20 мл раствора KI и 1,50 мл воды. Занесите результат вы табл. 4.4.4.4. Проведите эксперимент с 0,3 мл Na2S2O3, 1,60 мл раствора KI и 1,10 млH2O. Результат занесите в табл.
4.4.Таблица 4.4№эксп.Объем раствора, млA Na2S2O3KIH2O4.1.30,30,42,34.2.30,30,81,94.3.30,31,21,54.4.30,31,61,1∗r =C–СI , моль/л lnCI −0,0067S 2 O32 −∆τ50∆τ, cr∗ln vВопросы и задания:1) Напишите уравнение реакции взаимодействия иодида калия с пероксидом водорода в молекулярном и сокращенном ионнном виде.2) Объясните, для чего в реакционную смесь вводится тиосульфат натрия?3) На основе данных таблицы 4.4. постройте график в координатах lnr –ln CI - при постоянной температуре.4) Определите по графику порядок реакции по иодид-иону.
Сопоставьтеполученную величину порядка реакции со стехиометрическим коэффици–ентом при ионе I в уравнении реакции.Опыт 5. Определение энергии активации реакции окисления иодида калияпероксидом водорода в кислой среде.5.1. Налейте с помощью пипетки или дозатора в пробирку-трубочку (рис.4.3.)3,00 мл раствора А и прибавьте к нему 3 капли раствора крахмала.В фигурную пробирку налейте 0,40 мл 0,1 М KI, 0,30 мл 0,04 М Na2S2O3 и 2,30мл H2O.Перелейте раствор из пробирки-трубочки в фигурную пробирку, одновременновключив секундомер.
Растворы перемешайте и отметьте время появления синейокраски во всем объеме раствора. Занесите результат в табл. 4.5. Отметьте комнатную температуру.5.2. Налейте в пробирки те же объемы растворов, что и в эксперименте 5.1. иопоместите их в термостат, нагретый до ∼35 С на 5–7 минут.Не вынимая фигурную пробирку из термостата, перелейте раствор из пробиркитрубочки в фигурную пробирку и отметьте время появления синей окраски раствора.
Занесите результат в табл. 4.5.о5.3. Повторите эксперимент при температуре около 40 C. Результат занесите втабл. 4.5.о5.4.Повторите эксперимент при температуре около 50 C. (Иногда при этой температуре соединение иода с крахмалом не образуется; тогда появляющаяся окраска будет не синей, а желтой). Результат занесите в табл. 4.5.Таблица 4.5№ экспериментаot, C–1∆τ, c1000/T, K*5.1.5.2.5.3.5.4.51r, моль/(л·с)ln rВопросы и задания:1) На основе данных таблицы 4.5. постройте график в координатах lnr –1000.T2) Определите по графику энергию активации реакции окисления иодидакалия пероксидом водорода в кислой среде.4.4.5. Что должен представить студент преподавателюдля сдачи работы:1. Заполненные таблицы 4.4 и 4.5.1000.T3.
Расчеты порядка и энергии активации реакции окисления иодида калия пероксидом водорода в кислой среде. Результатывсех расчетов должны быть приведены на графиках.2. Графики в координатах lnr – ln C I − и lnr –4.5. Работа 4. Катализ и ингибирование химических реакций4.5.1. Цель работы:Гомогенный катализ в настоящей работе рассматривается на примере реакции восстановления ионов Fe3+ионами S2O32–, которая ускоряется в присутст-2+вии ионов Cu :2Fe(SCN)3 + 2Na2S2O3 ⇔ Na2S4O6 + 2Fe(SCN)2 + 2NaSCN(4.22)За восстановлением железа (III) в реакции (4.22) удобно наблюдать по исчезновению ярко красной окраски исходного реагента Fe(SCN)3.В качестве примера гетерогенного катализа в настоящей работе исследуетсяреакция разложения пероксида водорода в присутствии твердого диоксида марганца MnO2:2H2O2 = 2H2O + O2(4.23)Автокаталитический процесс иллюстрируется реакцией взаимодействияперманганата калия KMnO4 с щавелевой кислотой H2C2O4 в сернокислой среде.2KMnO4+5H2C2O4+3H2SO4 = 2MnSO4+K2SO4+8H2O+10CO2 (4.24)Автокатализ осуществляется образовавшимися в результате реакции (4.24) ио2+–3+нами Mn , которые очень быстро окисляются MnO4 до Mn :–2+MnO4 + 4Mn3+а затем уже ионы Mn+3++ 8H = 5Mn+ 4H2O,взаимодействуют с щавелевой кислотой:H2C2O4 + 2Mn3+2+= 2Mn+ H2O + 2CO2.52Поэтому, если в исходную реакционную смесь добавить ионы двухвалентного2+марганца Mn , скорость реакции взаимодействия перманганата калия с щавелевой кислотой резко возрастает.Процесс ингибирования изучается в настоящей работе на примере реакциивзаимодействия железа с соляной кислотой.
В качестве ингибитора этой реакции используется уротропин.4.5.2. Реактивы:Кристаллические вещества: MnSO4; MnO2; железо в виде стружки или проволоки; уротропин.Растворы: 2 М H2SO4; 1 М HCl, H2C2O4; 3% H2O2 (свежеприготовленный);0,1 M Fe2(SO4)3, FeCl3, NH4SCN, Na2S2O3, CuSO4, KMnO4.4.5.3. Оборудование:Мерный цилиндр, конические пробирки, шпатель, секундомер, пипетки илидозаторы, часовые стекла или стеклянные пластинки, стеклографы или маркерыпо стеклу.4.5.4. Порядок выполнения экспериментаОпыт 6. Гомогенный катализ. Восстановление ионов железа (III)Приготовьте раствор роданида железа (III) Fe(SCN)3, смешав в колбочке на 50мл примерно 5 мл 0,1 М раствора FeCl3, и 1 мл 0,1 М раствора NH4SCN.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
