1612729234-f204a36a1e721af405194e29352ad3c1 (827564), страница 11

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 11)

(3.6)

Здесь B – параметр, который зависит от температуры и природы растворителя, а – минимальное расстояние, на которое могут сблизиться центры катионов и анионов. В водных растворах при 25 С произведение aB  1 М^–1/2. Зависимость, описываемая уравнением (3.6), называют вторым приближением теории Дебая – Хюккеля.

С учётом (3.6) уравнение Бренстеда – Бьеррума (3.3) можно представить в следующем виде:

(3.7)

Уравнение (3.7) выполняется в ряде случаев до значений ионной силы порядка 1 моль/л.

3.2. Лабораторные работы

3.2.1. Работа К-11. Влияние ионной силы раствора на кинетику реакции взаимодействия персульфат-ионов с йодид-ионами. (Спектрофотометрия)

Механизм реакции между персульфат- и йодид-ионами

можно представить в виде следующей совокупности стадий:

1. (медленно),

2. (быстро),

3. (быстрая рекомбинация).

Как видно из приведённого механизма, скорость реакции будет определяться скоростью первой лимитирующей стадии процесса. Поскольку в лимитирующей стадии реакции протекает взаимодействие между двух- и однозарядными ионами, общая скорость процесса должна зависеть от ионной силы раствора.

Целью работы является экспериментальное определение произведения зарядов частиц, взаимодействующих в лимитирующей стадии реакции.

Экспериментальная часть

Необходимое оборудование и материалы

– мерные колбы: на 50 мл – 4 шт., на 200 мл – 1 шт;

– микропипетка на 200 мкл регулируемого объёма;

– мерные пипетки на 2 и 5 мл;

– мерная бюретка на 20–25 мл;

– стеклянные палочки для перемешивания – 2 шт.;

– спектрофотометр, кварцевая кювета толщиной 1 см.

Исходные водные растворы:

– 0,13 М раствор KI (50 мл);

– 0,13 М раствор K₂S₂O₈ (50 мл);

– 0,2 М раствор KCl (200 мл).

Подготовка спектрофотометра к записи кинетики

После включения и прогрева спектрофотометра выберите режим работы «кинетика», задайте условия регистрации: длина волны
 = 350 нм (максимум поглощения частицы ), время записи кинетики, периодичность регистрации или число точек и другие требуемые параметры. Коэффициент экстинкции частицы на длине волны 350 нм равен 2,510⁴ л/(мольсм). Установите в кюветное отделение кювету с чистой водой и выполните коррекцию базовой линии.

Работу выполняют при комнатной температуре в течение одного занятия.

Приготовление рабочих растворов и начало измерений

Непосредственно перед проведением измерения оптической плотности в колбу на 50 мл добавляют:

– 1,0 мл раствора KJ;

– от 0 до 20,0 мл (с шагом 1 мл) раствора хлорида калия.

Объём раствора доводят до 50 мл и тщательно перемешивают. Отбирают с помощью мерной пипетки 3,0 мл приготовленного раствора и вводят его в оптическую кювету (толщина 1 см). Устанавливают кювету с раствором в кюветное отделение спектрофотометра и добавляют с помощью микропипетки при перемешивании стеклянной палочкой 120 мкл раствора персульфата калия. Сразу после этого начинают регистрацию оптической плотности раствора.

По наклону начального участка кинетической кривой находят скорость изменения оптической плотности. Используя указанное выше значение экстинкции рассчитывают константу скорости реакции k.

При протекании реакции на небольшую глубину и одинаковых начальных условиях всех опытов (за исключением концентрации KCl) константа скорости должна быть пропорциональна скорости реакции и, следовательно, скорости роста оптической плотности. Поскольку в дальнейшем необходимо определить только наклон зависимости lg(k) от , допустимо приводить значения констант скорости в произвольных единицах.

Все результаты заносят в табл. 3.1 и 3.2.

Таблица 3.1

Исходные растворы. Концентрации персульфата калия и йодида калия равны ______ и ______ моль/л, соответственно

Раствор №	Добавлено KCl, мл	Концентрация KCl, моль/л	I
1	0
…	…

Таблица 3.2

Результаты измерений

№ опыта	KCl, моль/л	k произв. ед.	I	lg(k/k0)

Обработка результатов измерений

После окончания записи сохраните полученные кинетические кривые. Постройте график зависимости lg(k) от . Постройте график, соответствующий второму приближению теории Дебая – Хюккеля. Из вида графика сделайте вывод о применимости первого и второго приближения теории.

Используя эти графики, рассчитайте произведение зарядов реагирующих частиц. Сравните полученное значение с ожидаемым, сделайте вывод о справедливости предполагаемого механизма реакции.

Отчёт о работе К-11 должен содержать:

– дату выполнения работы;

– найденное значение произведения зарядов реагирующих частиц;

– название спектрофотометра;

– таблицы 3.1 и 3.2;

– кинетические кривые (зависимость оптической плотности от времени);

– график зависимости lg(k) от и график, соответствующий второму приближению теории Дебая – Хюккеля.

3.2.2. Работа К-12. Влияние ионной силы раствора на кинетику реакции взаимодействия персульфат-ионов с йодид-ионами. (Визуальное наблюдение)

Работа К-12 аналогична работе К-11, но методически более проста. Единственным устройством, используемым для определения скорости реакции, является секундомер. При подготовке к выполнению работы нужно прочесть п. 3.1 данной главы и вводную часть описания работы К-11.

В ходе выполнения работы необходимо провести серию опытов и изучить зависимость начальной скорости реакции

от ионной силы рабочего раствора. Для этого измеряется время протекания реакции на определённую глубину. Условия проведения реакции выбирают таким образом, чтобы степень превращения в период наблюдений была мала.

Пусть W – скорость реакции, a и (a – х) – начальная и текущая концентрации S₂O₈^2–, b и (b – 2x) – начальная и текущая концентрации I^–, n_a и n_b – порядки реакции по соответствующим веществам.

Ясно, что при фиксированном x и постоянных a и b

Поскольку в формулы (3.5) и (3.7) входит только отношение констант скорости, измеренных при различной ионной силе, то для достижения цели работы достаточно измерить начальную скорость реакции W₀ как функцию ионной силы раствора, и нет необходимости вычислять абсолютное значение k.

В данной работе для измерения времени, за которое расходуется определённое количество персульфата, применяется следующий приём. В исходную реакционную смесь добавляют небольшое постоянное во всех опытах количество тиосульфата натрия, который взаимодействует с образующимся I₂ и препятствует его появлению в растворе:

I₂ + 2Na₂S₂O₃ = Na₂S₄O₆ + 2NaI.

В момент исчерпания добавленного количества тиосульфата в растворе обнаруживается свободный йод. Если начальные концентрации всех веществ не меняются от опыта к опыту, то моменту времени, когда начинается окрашивание раствора, будет соответствовать одно и то же значение глубины реакции, а интервал времени t до начала окрашивания будет обратно пропорционален начальной скорости реакции:

Целью работы является экспериментальное определение произведения зарядов частиц, взаимодействующих в лимитирующей стадии реакции.

Экспериментальная часть

Необходимое оборудование и материалы

– мерные колбы на 50 мл – 11 шт.;

– стаканчики на 50 мл – 5 шт.;

– градуированные пипетки на 5 мл – 2 шт.;

– пипетки Мора на 10 и 20 мл – по 1 шт.;

– секундомеры – 3 шт.

Исходные водные растворы:

1) 0,01 М раствор Na₂S₂O₃;

2) 0,13 М раствор K₂S₂O₈ – 50 мл;

3) раствор крахмала;

4) 0,20 М раствор KCl – 200 мл;

5) 0,13 М раствор KI – 50 мл.

Приготовление рабочих растворов

При выполнении лабораторной работы целесообразно делать четыре серии опытов, в каждой серии готовить три рабочих раствора с различной ионной силой. При приготовлении этих трёх рабочих растворов в три мерные колбы на 50 мл добавляют следующие количества исходных растворов:

– раствор 1 (тиосульфат натрия, Na₂S₂O₃) – по 1 мл;

– раствор 5 (калий йодистый, KI) – по 4 мл;

– раствор 3 (крахмал) – по 2 мл;

– раствор 4 (KCl) – от 0 до 20 мл в соответствии с табл. 3.3;

– воду до общего объёма примерно 45 мл (не до метки!).

Таблица 3.3

Количество раствора 4 (KCl), добавляемого в рабочие растворы

№ колбы	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
Серия	1 серия			2 серия			3 серия			4 серия
Мл раствора 4	0	2	4	6	8	10	12	14	16	18	20

Начало измерений

Непосредственно перед началом опыта в колбы с подготовленными рабочими растворами поочерёдно добавляют по 4 мл раствора 2 (K₂S₂O₈). После добавления K₂S₂O₈ включают первый секундомер, доводят водой до метки, колбу закрывают пробкой и перемешивают раствор. Повторяют то же самое со второй и третьей колбами в текущей серии.

Заметив начало окрашивания раствора, нужно выключить соответствующий секундомер и записать его показания. После того, как окрасились все три раствора, переходят к подготовке следующей серии опытов. В первой серии время от начала опыта до появления окрашивания может составлять от 10 до 15 мин. По мере увеличения концентрации KCl время опытов будет сокращаться.

Обработка результатов измерений

Характеристики

Список файлов лабораторной работы