Опыт 1. Зависимость скорости химической реакции от концентрации реагирующих веществ

Для исследования предлагается реакция:

Na₂S₂O₃ + H₂SO₄ = Na₂SO₄ + SO₂↑ + S↓ + H₂O

Реакция в ионно-молекулярном виде:

S₂O₃^2- + 2Н⁺ = SO₂↑ + S↓ + Н₂О.

Рассмотрите применимость закона действующих масс для данной реакции в ионно-молекулярном виде. Изобразите графически вид зависимости скорости реакции при увеличении концентрации тиосульфата натрия, условно обозначив ее как 1С, 2С, ЗС (при С_Н⁺ = const). Обсудите также вид зависимости скорости реакции от концентрации серной кислоты и изобразите графически вид зависимости скорости реакции от концентрации серной кислоты, если .

Методика выполнения опыта

Приготовьте три раствора тиосульфата натрия различной концентрации. Для этого в три пробирки налейте: в первую – 1 мл раствора Na₂S₂O₃ и 2мл Н₂О; во вторую – 2 мл Na₂S₂O₃ и 1 мл Н₂О; в третью – 3 мл того же раствора Na₂S₂O₃. Затем в каждую пробирку добавьте по 1 мл раствора H₂SO₄ и измерьте время в секундах от момента добавления кислоты до появления первых признаков появления голубого окрашивания (помутнения) раствора вследствие образования микрокристаллов серы. Результаты опытов занесите в таблицу 3.2 и постройте график зависимости скорости реакции от концентрации тиосульфата натрия.

Опыт 2. Зависимость скорости реакции от температуры

Исследуется полуэмпирическое правило Вант-Гоффа и уравнение Аррениуса, графическое решение которого позволяет определить величину энергии активации реакции.

Методика выполнения опыта

В три пробирки налейте по 1 мл раствора Na₂S₂O₃ и в каждую добавьте по 2 мл воды. В другие три пробирки налейте по 1 мл раствора H₂SO₄. В большой стакан налейте горячую воду (водяная баня), поставьте в водяную баню одну пробирку с раствором Na₂S₂O₃ и одну пробирку с раствором H₂SO₄. Дайте растворам в пробирках прогреться в течение 1,5 мин, измерьте точно температуру водяной бани, запишите ее в таблицу 3.3. Далее, не вынимая пробирку с раствором Na₂S₂O₃ из бани, вливаете прогретую кислоту в пробирку с раствором Na₂S₂O₃. При сливании растворов включите секундомер и замерьте время появления голубоватого окрашивания (помутнения) раствора. Затем, разбавляя горячую воду в водяной бане холодной водой, понижайте температуру на 10 градусов. Поместите в баню следующую пару пробирок (с раствором Na₂S₂O₃ и с раствором H₂SO₄), прогрейте и проведите те же действия, что и в первом случае. Третью пару пробирок поместите в водяную баню после понижения температуры (разбавлением холодной водой) еще на 10 градусов, прогрейте и проведите те же действия. Результаты опытов внесите в таблицу 3.3 и постройте график, откладывая по оси абсцисс – температуру, а по оси ординат относительную скорость (величину, обратную времени).

Рассчитайте средний температурный коэффициент реакции, используя правило Вант-Гоффа в заданном интервале температур. Расчет температурного коэффициента (коэффициента Вант-Гоффа - γ):

γ₁ = ύ₃/ ύ₂, γ₂ = ύ₂/ ύ₁, γ_сред = (γ₁ + γ₂)/2.

Для графического расчета энергии активации постройте зависимость

 и по тангенсу угла наклона прямой определите энергию активации данной реакции. 

Пример экспериментального определения энергии активации

1) во всех системах исследовался раствор тиосульфата натрия с концентрацией равной 1С и в каждую систему добавлялся раствор серной кислоты объемом 1 мл;

2) по соответствующей методике проводился эксперимент, данные которого приведены в таблице 3.1, интервал температуры между измерениями составлял 10⁰C;

Таблица 7.4.1

Экспериментальные данные υ = f (Т) или ln (ύ) = f (1/Т)

№ системы	Температур		( 1 / T )∙103	Время (τ) появления голубого окрашивания, с	Относительная скорость ύ = 1/τ , с-1	− ln (ύ)
	t,0C	T, K
1	70	343	2,91	3	0,333	1,11
2	60	333	3,00	6	0,166	1,78
3	50	323	3,10	12	10,11	2,45

 

3) на основании экспериментальных данных строится графическая зависимость ln(ύ) = f (1/Т) (рис. 1);

2,9   3,0     3,1     3,2

(1/T)∙103

2,5   2,0   1,5   1,0

2,000

1,5

1,0

α

а

b

−ln(ύ)

Рис. 1. Экспериментальная графическая зависимость ln(ύ) = f (1/Т)

4) тангенс угла наклона (tgα) этой зависимости к оси абсцисс равен множителю перед аргументом (1/Т) в уравнении Аррениуса, т.е. tgα = − Е_А/R

R – газовая постоянная равна 8,31∙10^-3 кДж/моль.

Тангенс α рассчитываем, как отношение противолежащего катета к прилежащему в выделенном на графической зависимости прямоугольном треугольнике: tg α = а/ b, где а и b определяются по графику. В данном примере:

 а = −( ln(ύ)_max − ln(ύ)_min)

 а = −(2,45−1,11) = − 1,34.

b = [(1/Т) _max − (1/Т) _min] = [3,1 – 2,91]∙10^-3 = 0,19∙10^-3, 

tgα = − 1,34/0,19∙10^-3 = −7,05∙10³, − Е_А/R = − 1,34/0,19∙10^-3.

 Энергия активации будет равна: Е_А =7,05∙10³∙8,31∙10^-3=58,58 кДж/моль.

 

---

Дата добавления: 2018-11-24; просмотров: 262; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!