1612729234-f204a36a1e721af405194e29352ad3c1 (827564), страница 19

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

Текст из файла (страница 19)

Для приготовления этого раствора взять навеску соли Мора FеSО₄(NH₄)₂SO₄6H₂O (м. м. 374,1), перенести её в мерную колбу на 100 мл, растворить в 0,2 N серной кислоте и перемешать.

4. Раствор 0,5 M аквакомплекса Fe²⁺ для опыта 4.

5. Раствор 0,125 M аквакомплекса Fe²⁺ для опыта 5.

Растворы 4 и 5 готовятся с рассчитанными навесками соли Мора аналогично раствору 3.

Рабочий раствор, суммарный объём которого 50 мл, готовится непосредственно в реакторе. Количество добавляемых растворов предварительно рассчитывают, используя табл. 6.1.

Кислая среда необходима для предотвращения гидролиза ионов железа и окисления Fe²⁺ в Fe³⁺ кислородом воздуха.

Таблица 6.1

Концентрации рабочих растворов

№ опыта	T, ○С	Варьиру-емая концент-рация	рН раствора	Концентрация
				моль/л	моль/л	г-ион/л
1 2 3	25 25 25		измеряется	0,250 0,125 0,500	0,0125 0,0125 0,0125	0,01 0,01 0,01
4 5	25 25		измеряется	0,25 0,25	0,0250 0,0063	0,01 0,01
6 7	25 25		измеряется	0,25 0,25	0,0125 0,0125	0,02 0,04
8 9	35 45	–	–	0,25 0,25	0,0125 0,0125	0,01 0,01

В серии опытов с варьированием рН в маленьких химических стаканчиках готовят по 50 мл водных растворов, содержащих нужные концентрации всех компонентов: H₂O₂, H₂SO₄, Fe²⁺, термостатируют стакан при 25 ^С и измеряют pH раствора.

Порядок выполнения работы

Рассчитать объёмы всех растворов, добавляемых в реактор, исходя из того, что общий объём жидкости в реакторе должен быть 50 мл. В реактор опустить якорёк для перемешивания, прилить из бюреток рассчитанные объёмы воды и раствора 1 пероксида водорода (в опытах 6 и 7 также добавляют раствор 0,2 N H₂SO₄). Реактор установить на магнитную мешалку, термостатировать в течение 10 мин.

Перед началом опыта запустить на компьютере регистрацию данных с датчика давления нажатием кнопки Rec.

После термостатирования реактора ввести через резиновую мембрану 2,5 мл раствора сернокислого железа при помощи шприца. Первоначальный скачкообразный рост давления связан с введением раствора в замкнутую систему. После небольшой задержки начинается рост давления за счёт выделения кислорода при разложении пероксида. Давление сначала возрастает приблизительно линейно. Через некоторое время становится заметно, что рост давления постепенно замедляется.

Порядки реакции по H₂O₂, катализатору и H⁺ определяют методом начальных скоростей. Проводят три серии опытов, в которых концентрации двух компонентов фиксированы, а концентрация третьего варьируется. Это могут быть опыты (1–3), (1, 4, 5) и (1, 6, 7).

При проведении опытов с целью определения энергии активации реакции можно использовать метод начальных скоростей или обрабатывать данные, предполагая первый порядок по Н₂О₂. Для расчёта константы скорости реакции необходимо знание количества кислорода, выделяющегося при полном разложении пероксида. При высокой температуре, например при 45 С, когда реакция заканчивается быстро, можно дождаться выхода кинетической кривой на плато и зафиксировать конечное значение давления. В остальных случаях рекомендуется рассчитывать давление кислорода на «бесконечности» исходя из знания концентрации пероксида в рабочем растворе.

При выполнении лабораторной работы в течение одного занятия рекомендуется ограничиться измерением порядка реакции по одному или двум реагентам или определить порядок реакции по одному реагенту и найти энергию активации.

Обработка экспериментальных данных

При нахождении порядка реакции по H₂O₂, катализатору и H⁺ методом начальных скоростей единицы измерения скорости не важны. Например, для определения порядка реакции по пероксиду достаточно построить зависимость от и из наклона получившейся зависимости определить порядок реакции. Порядки реакции по остальным компонентам определяются аналогично.

Выделению кислорода в газовую фазу предшествует насыщение им раствора. По этой причине на начальном участке кинетической кривой наблюдается период индукции, и скорость выделения кислорода сначала быстро возрастает до некоторого значения, которое и следует принимать за начальную скорость при определении порядка реакции.

Для нахождения константы скорости реакции необходимо записать и проинтегрировать систему кинетических уравнений. Однако если установлено, что наблюдаемый порядок по пероксиду близок к единице, то для нахождения эффективной константы скорости k_эфф можно действовать исходя из того, что многостадийной реакции разложения пероксида водорода соответствует брутто-уравнение

Если реакция идёт при постоянном объёме и имеет первый порядок по H₂O₂, то

где – текущее количество молей пероксида водорода в реакторе. Очевидно, что и Поэтому

где n⁰, n^ и n – число молей кислорода или пероксида в начале реакции, по завершении реакции и в ходе реакции соответственно.

Отсюда следует

так как давление кислорода пропорционально числу молей. После интегрирования имеем:

Построив график зависимости левой части этого выражения от времени, можно определить эффективную константу скорости реакции.

Если зарегистрированы лишь начальные участки кинетических кривых, то необходимо рассчитать исходя из соотношения

где – начальная концентрация Н₂О₂ (моль/л), л, м³, – давление кислорода после завершения реакции (Па). Следует учитывать, что в некоторых опытах начальная концентрация Н₂О₂ варьируется.

Для определения энергии активации результаты опытов (1, 8, 9) заносят в табл. 6.2.

Таблица 6.2

Расчёт энергии активации

Температура, К	К–1	с–1
298
308
318

Из графика зависимости ln(k_эфф.) от 1000/T находят эффективную энергию активации E_эфф.

Отчёт о работе К-18 должен содержать:

– дату выполнения работы;

– значения порядков реакции по реагентам, эффективной константы скорости и энергии активации разложения Н₂O₂;

– сведения о начальной концентрации реагентов и температуре проведения реакции;

– первичные данные: кривые зависимости давления в установке от времени при протекании реакции;

– графики, по которым определяли порядки реакции по реагентам и их найденные значения;

– графики для определения значения k_эфф., построенные в предположении, что реакция имеет первый порядок по H₂O₂;

– график, по которому определяли энергию активации и найденное значение энергии активации.

Выполнение работы К-18 волюмометрическим методом

Лабораторная работа может выполняться путём измерения объёма выделившегося кислорода при постоянном давлении. Для контроля давления используется специальная конструкция экспериментальной установки.

Схема волюмометрической установки представлена на рис. 6.2. Термостатируемый реактор помещён на магнитную мешалку, соединен с измерительной газовой бюреткой V = 50 мл и снабжён инжектором в виде разборной пробки с резиновой мембраной, позволяющим вводить с помощью шприца раствор катализатора в реакционную смесь без разгерметизации системы.

Рис. 6.2. Волюмометрическая установка: 1 – стеклянный термостатированный реактор; 2 – инжектор с резиновой мембраной; 3 – якорёк магнитной мешалки; 4 – магнитная мешалка; 5 – термостат; 6 – газовая бюретка на 50 мл; 7 – уравнительная склянка; 8 – шланги

Характеристики

Список файлов лабораторной работы