Monika Grądziel

Ćwiczenie 43

wtorek godz. 15⁰⁰

Wyznaczanie rzędu reakcji metodą całkową

Celem ćwiczenia jest wyznaczenie przy pomocy metody całkowej rzędu reakcji utleniania jonów Fe²⁺ jonami ClO₃^- w środowisku kawśnym.

Światło widzialne białe składa się z fal elektromagnetycznych o długościach ok. 380 nm - ok. 780 nm. Barwa ciała świadczy o tym, że przepuszcza ono lub absorbuje promieniowanie z zakresu widzialnego w sposób zróżnicowany, selektywny.

Obserwowane zabarwienie ciała jest dopełnieniem barwy promieniowania i odwrotnie.

Optyczną charakterystykę substancji stanowi jej krzywa absorbcji, czyli wykres pokazujący zależność absorbcji od długości fali.

Warunkiem absorbcji promieniowania przez daną substancję jest odpowiedniość energii padającego promieniowania i zmian energii możliwych do wywołania w cząsteczce danej substancji.

Prawa Bouguer'a - Lamberta i Beer'a stanowią podstawę spektrofotometrii absorbcyjnej.

Bouguer i Lambert wykazali, że między natężeniem światła przepuszczonego I₁ a grubością warstwy roztworu l istnieje następująca zależność:

I₁ = I₀ · e ^-kl

gdzie:

I₀ - oznacza natężenie światła padającego

k - współczynnik absorbcji

Po zamianie logarytmów naturalnych na dziesiętne mamy:

I₁ = I₀ · 10 ^-Kl

Wielkość K nazywa się współczynnikiem ekstynkcji.

Beer stwierdził w 1852 roku że współczynnik ekstynkcji roztworu jest proporcjonalny do stężenia substancji absorbującej światło:

K = K₁ · C

Po połączeniu obu praw otrzymujemy zależność wyrażającą prawo Bouguer'a - Lambert'a i Beer'a :

I₁ = I₀ · 10^-KCl

lub

= K· C · l = A

gdzie: A oznacza absorbancję.

-2-

Odstępstwa od prawa Lambert'a - Beer'a mogą być spowodowane albo zmianami chemicznymi zachodzącymi w miarę zmian stężenia albo warunkami pomiaru wykonanego za pomocą nie dość dokładnego przyrządu.

Opracowanie wyników:

1. Przy dł. fali λ = 450 nm wykonujemy krzywą kalibracyjną zależności ekstynkcji od stężenia jonów Fe³⁺.

(Ze względu na fakt, że metoda najmniejszych kwadratów jest bardzo czasochłonna, prosimy o uwzględnienie parametrów krzywych wyznaczonych metoda graficzną.)

Metodą graficzną wyznaczyliśmy równanie krzywej kalibracyjnej:

E = 6592,86 · C_Fe(SCN) - 0,0206667

2. Reakcja utleniania jonów Fe²⁺ jonami ClO^-₃ w środowisku kwaśnym zachodzi według równania:

ClO₃^- + 6 H⁺ + 6 Fe²⁺ ↔ Cl^- + 3 H₂O + 6 Fe³⁺

jednak decydującym o kinetyce etapem jest reakcja:

ClO₃^- + H⁺ + Fe²⁺ ↔ Fe³⁺ + HClO₃^-

I właśnie na podstawie tego równania można przypuszczać, że reakcja utleniania jonów żelaza(II) jonami chloranowymi jest reakcją II - rzędu.

Dla roztworu o stężeniu początkowym Fe²⁺ równym 2,5 ·10^-3 mamy:

t [ sec]	E	c Fe ^3+ [mol/dm^3]	C Fe^2+ [mol/dm^3]
120	0,200	3,347·10^-5	2,5 ·10^-3	406.504
240	0,285	4,636·10^-5		407.498
360	0,387	6,183·10^-5		410.172
480	0,503	7,943·10^-5		413.223
600	0,613	9,611·10^-5		416.667
720	0,724	1,1295·10^-4		418.935
840	0,838	1,302·10^-4		421.977
960	0,955	1,4799·10^-4		425.532
1020	1.074	1,660·10^-4		428.449

C Fe³⁺ =

dla roztworu drugiego o stężeniu początkowym Fe²⁺ = 1,5·10^-3

t [ sec]	E	c Fe ^3+ [mol/dm^3]	C Fe^2+ [mol/dm^3]
120	0.092	1.7089·10^-5	1,5 ·10^-3	674.354
240	0.127	2,2398·10^-5		676.5899
360	0.167	2,847·10^-5		679.3478
480	0.210	3,499·10^-5		682.594
600	0.255	4.181·10^-5		685.871
720	0.302	4.894·10^-5		689.655
840	0.350	5.622·10^-5		692.521
960	0.400	6.381·10^-5		696.379
1020	0.452	7.169·10^-5		700.280

-3-

Równanie prostej dla reakcji, w której stężenie początkowe Fe²⁺ wynosiło c₀ = 2,5·10^-3

ma postać:

y = 0.0244943 · x + 402.017

k = 0.0244943

Równanie prostej dla reakcji, w której stężenie początkowe Fe²⁺ wynosiło c₀ = 1,5·10^-3

ma postać:

y = 0.0280936 · x + 669.73

k = 0.0280936

Rząd reakcji sprawdzamy za pomocą metody całkowej Ostwalda - Zawidzkiego

W metodzie tej wykorzystuje się pomiar czasu, w którym przereaguje określony ułamek substratu.

W tym celu sporządzamy wykres zależności liczby postępu reakcji x' od czasu.

x' =

równanie zależności liczby postępu od czasu dla stężenia 2.5 · 10^-3,wyznaczone metodą graficzną ma postać:

y = 5.75599 · 10^-5 · x + 0,00470732

a dla stężenia 1.5 · 10^-3 ma postać:

y = 3.9294 · 10^-5 · x + 0,00523467

Dla liczby postępu równej 0.04 czas dla prostej obrazującej zależność dla stężenia

2.5 · 10^-3 wynosi t₁ = 613,15 s

a dla stężenia 1,5 · 10^-3 wynosi t₂ =884.75 s

Ze wzoru :

n = 1 +

możemy obliczyć rząd reakcji

n = 1 +
= 1.718

Dla roztworu dla roztworu

C₀ = 1,5 · 10^-3 C₀ = 2,5·10^-3

t [ sec]	x'
120	0.01139
240	0.014932
360	0.01898
480	0.02333
600	0.02787
720	0.03263
840	0.03748
960	0.04254
1020	0.04779
t [ sec]	x'
120	0.013388
240	0.018544
360	0.024732
480	0.031772
600	0.038444
720	0.04518
840	0.05208
960	0.059196
1020	0.0664

-4-

Wnioski:

Na podstawie otrzymanych wyników (n = 1,718) możemy być prawie pewni że reakcja utleniania jonów żelaza (II) jonami chloranowymi w środowisku kwaśnym jest rzędu drugiego.

---