Энергия активации: 38 кДж/моль

Лабораторная работа № 2 Вариант 1

Кинетика химических реакций

Цель работы:

Изучение кинетики химической реакции: H ₂ SO ₄ + Na ₂ S ₂ O ₃ ® Na ₂ SO ₄ + SO ₂ + H ₂ O + S ¯

1. Выявление зависимости скорости реакции взаимодействия раствора серной кислоты постоянной концентрации и раствора соли [тиосульфат натрия ( Na ₂ S ₂ O ₃ )] переменной концентрации от концентрации соли. Определение кинетического порядка реакции по соли.

2. Установление зависимости скорости реакции от температуры. Определение энергии активации (Е_а) и температурного коэффициента (g ) реакции.

Для выполнения и защиты лабораторной работы студент должен знать:

1. Зависимость скорости реакции от концентрации реагирующих веществ при постоянной температуре (ЗДМ – закон действующих масс):

v = k ( T ) × C _к ^x × C_c^y , где

v – скорость реакции; k ( T ) – константа скорости реакции (постоянная величина при Т= const); C _к и C_c – концентрация кислоты и соли [ ]; x, y – кинетический порядок реакции по кислоте и соли (стехиометрические коэффициенты в молекулярном уравнении); (x + y ) - суммарный кинетический порядок реакции

2. Зависимость константы скорости реакции от температуры (уравнение Аррениуса):

, где

Еа – энергия активации реакции [ ]; Т – температура [К]; R = 8,314 [ ] - универсальная газовая постоянная, А – частотный фактор

3. Понятие температурного коэффициента (Вант-Гоффа) реакции g :g =

Выполнение работы

Измерение скорости реакции v : v = 1 / t (с^-1) - скорость реакции

t (с) – время протекания реакции - время между моментом сливания растворов кислоты и соли, и моментом визуальной регистрации образования осадка серы (помутнение раствора). Измеряется секундомером с точностью ±0.5 с.

Поскольку скорость исследуемой реакции является функцией трех параметров (температура, концентрации реагентов - соли и кислоты), то, изучая кинетику реакции, определяют влияние на скорость реакции только одного параметра, два других не меняют, оставляя их постоянными.

1. Экспериментальное определение зависимости скорости реакции от концентрации соли (С_к– const ; Т– const ).

- Расчет объемов реагентов. Суммарный объем растворов реагентов во всех опытах равен 25 см³. Объем раствора кислоты во всех опытах равен V _к = 5 см³ (С_к– const ).

Для приготовления различных значений концентрации водных растворов соли, остальной объем (20 см³) будут составлять раствор соли V _с, с концентрацией С₀= 0.5 , и объем воды V _в, т.е. V _с + V _в = 20 см³. Из соотношения С_с( V_c + V в + V к) = С₀ V_c следует, что С _c = 0,02 V_c . Зная значение концентрации раствора соли С _c необходимое для приготовления и выполнения опыта, объём соли V_c определяют из соотношения V_c = С _c / 0,02. Объём воды V в, необходимый для добавления к V_c , чтобы приготовить раствор соли нужной концентрации С_с, находят из соотношения V _в = 20 - V_c [ см³ ].

- Выполнение измерений. При помощи бюреток с водой, раствором соли и кислоты помещают:

- в измерительный стакан соответствующие объемы воды и раствора соли (V _с + V _в = 20 см³)

- в пробирку раствор кислоты (V _к = 5 см³)

- приливают раствор кислоты из пробирки в измерительный стакан и по секундомеру определяют время протекания реакции.

- результаты измерений и расчетов вносят в таблицу 1

- по экспериментальным точкам строят график v= f( C_c)

- по виду графика определяют кинетический порядок реакции по соли (y)

Таблица 1

№	С_с	V_c = С _c/ 0,02	V_в = 20 - V_c	V_к	t	v = 1 / t	v ·10²
	моль/л	см³	см³	см³	с	с^-1	с^-1
1	0,09			5
2	0,19			5
3	0,30			5
4	0,38			5

Пример заполнения данными табл.1

№	С_с	V_c	V_в	V_к	t	v = 1 / t	v ·10²
	моль/л	см³	см³	см³	с	с^-1	с^-1
1	0,10	5	15	5	82	0,01219	1,22

Пример построения графика по данным табл.1

Кинетический порядок реакции по соли y =1.

2. Экспериментальное определение зависимости скорости реакции от температуры [С_к– const ; С_с– const , С_с=0,09 моль/л].

- Выполнение измерений. Объем раствора кислоты во всех опытах равен V _к = 5 см³ (С_к– const). Измерение скорости реакции определяют так же, как и в первой части работы, при выполнении следующих условий:

- определение скорости одной и той же реакции (С_к– const ; С_с– const ) проводят при различных температурах, что приводит к изменению константы скорости реакции k ( T ). Для этого перед измерением t – времени протекания реакции, стакан с раствором соли(С_с=0,09 моль/л) и пробирку с раствором кислоты помещают в водяной термостат(баню) на 3-5 мин для нагревания или охлаждения реагентов до определенной температуры (диапазон температур трех водяных бань 0°C - 80°C). Температура водяной бани контролируется по термометру;

-после стабилизации температуры растворов соли и кислоты в водяной бане (через 3-5 мин) их сливают и по секундомеру определяют t - время протекания реакции, а температуру реакции t(°C)принимают равной температуре водяной бани.

- результаты измерений и расчетов заносят в таблицу 2;

- по экспериментальным точкам строят график v=f(Т), из которого определяют температурный коэффициент реакции g;

- по экспериментальным точкам строят график ln v=f(1/Т), из которого определяют энергию активации реакции Еа

Таблица 2

№	t	T= t+273	1/T	(1/T)·10³	t	v = 1 / t	ln v	v ·10²
	°C	K	K^-1	K^-1	c	с^-1	-	с^-1
1
2
3
4

Пример заполнения данными табл.2

№	t	T	1/T	(1/T)·10³	t	v = 1 / t	ln v	v ·10²
	^оC	K	K^-1	K^-1	c	с^-1	-	с^-1
3	40	313	0,003195	3,20	33	0,03030	-3,50	3,03

Пример построения графиков по данным табл.2

3.Расчетно-графическая часть

Нахождение температурного коэффициента реакции γ: (среднее из 3-х значений γ _i).

Например,из графика v=f(Т) для V₄₀ и V₃₀ . Также находят γ для V₃₀ / V₂₀ и V₅₀ / V₄₀, а затем γ, как среднее из 3-х найденных значений.

Нахождение энергии активации Е_а:

Например, из графика ln v=f(1/Т)

lnv₂ = - 4,4, lnv₁ = - 3,5; 1/Т₂ = 3,4∙10^-3, 1/Т₁ = 3,2∙10^-3

Е_а = 8,314 ∙│-4,4 – (-3,5)│/│3.4 – 3,2│∙10^-3 =8,314 ∙ 0.9/0.2∙10^-3 = 37900 Дж/моль ≈ 38кДж/моль

Энергия активации: 38 кДж/моль

На основании полученных результатов делают выводы согласно цели проведенной работы.

ПРИМЕР ОФОРМЛЕНИЯ ОТЧЕТА (что должен содержать отчет)

ОТЧЕТ

по лабораторной работе

Дата добавления: 2021-02-10; просмотров: 115; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

12 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!