WPŁYW TEMPERATURY I KATALIZATORA NA SZYBKOŚĆ REAKCJI CHEMICZNEJ

ĆW.14.

Cel ćwiczenia

Celem eksperymentu jest zbadanie wpływu wzrostu temperatury i dodatku katalizatora na szybkość rozpadu związku kompleksowego [Fe(S₂O₃)₆]^9-. Kompleks o wzorze [Fe(S₂O₃)₆]^9- tworzy się w bardzo szybkiej reakcji chemicznej roztworów chlorku żelaza(III) i tiosiarczanu(VI) sodu. Po zmieszaniu roztworów natychmiast pojawia się intensywne czerwono-fioletowe zabarwienie, które po pewnym czasie zanika. Powodem zaniku barwy jest powolna reakcja redukcji jonów żelaza(III), Fe³⁺ przez jony tiosiarczanowe(VI), S₂O₃^2-, co prowadzi do rozpadu kompleksu:

1) Fe³⁺ + 6 S₂O₃^2- ↔ [Fe(S₂O₃)₆]^9- czerwono - fioletowe zabarwienie

2) 2Fe³⁺ + 2S₂O₃^2- ↔ 2Fe²⁺ + S₄O₆^2- roztwór bezbarwny

Szybkość reakcji rozpadu barwnego kompleksu można wyrazić jako V=1/t (t - czas reakcji).

.

Odczynniki:

► 1,0 M tiosiarczan(VI) sodu, Na₂S₂O₃

► 1,0 M chlorek żelaza(III), FeCl₃

► 1,0 M siarczan(VI) miedzi(II), CuSO₄

Sprzęt laboratoryjny:

► probówki z podziałką

► zlewka o pojemności 250 cm³

► termometr

► stoper

Wykonanie ćwiczenia:

Ćwiczenie obejmuje cztery pomiary szybkości reakcji rozpadu [Fe(S₂O₃)₆]^9- w różnych warunkach, przy zachowaniu tych samych stężeń substratów.

• Pomiar pierwszy należy wykonać w temperaturze pokojowej. W tym celu do jednej probówki dodaj 3 cm³ 1 M tiosiarczanu(VI) sodu, Na₂S₂O₃, a do drugiej 2 cm³ 1 M chlorku żelaza(III), FeCl₃. Następnie zmieszaj ze sobą roztwory, wlewając szybkim ruchem zawartość pierwszej probówki do roztworu chlorku żelaza(III) i mieszaj przez wstrząsanie. Zmierz czas od chwili zmieszania roztworów do chwili zaniku czerwono-fioletowej barwy.

• Drugi pomiar należy wykonać w temperaturze pokojowej, ale z dodatkiem katalizatora. W tym celu należy napełnić probówki roztworami tiosiarczanu(VI) sodu oraz chlorku żelaza(III), jak w pierwszym doświadczeniu i dodać do probówki zawierającej chlorek żelaza(III) 1-2 kropli roztworu siarczanu(VI) miedzi(II), CuSO₄. Zmieszaj roztwory i zmierz czas do chwili zaniku barwy.

• Pomiar trzeci i czwarty wykonaj analogicznie, jak pomiar pierwszy, lecz temperatura pomiaru trzeciego musi być wyższa o 10˚C, a czwartego - o 20˚C od temperatury otoczenia. W zlewce o pojemności 250 cm³ należy przygotować łaźnię wodną. Dodaj 3 cm³ 1,0 M roztworu tiosiarczanu(VI) sodu do pierwszej probówki, a do drugiej - 2 cm³ 1 M roztworu chlorku żelaza(III). Probówki z roztworami umieść w łaźni wodnej o odpowiedniej temperaturze, odczekaj 15 minut, aby roztwory uzyskały temperaturę kąpieli wodnej. Następnie zmieszaj roztwory i zmierz czas do chwili zaniku barwy.

• W każdym doświadczeniu zanotuj temperaturę i czas reakcji.

Obliczenia:

Za miarę szybkości reakcji przyjmujemy odwrotność czasu jej całkowitego przebiegu V~1/t. Wzór van΄t Hoffa określa wpływ temperatury na szybkość reakcji:

gdzie: V₁- szybkość reakcji w temp. T₁

V₂- szybkość reakcji w temp. T₂

n - współczynnik temperaturowy reakcji.

Najczęściej wzrost temperatury o 10˚C podwaja szybkość reakcji, o ile nie ma odstępstwa od reguły van't Hoffa. Z danych doświadczalnych wylicz współczynnik temperaturowy reakcji biorąc pod uwagę pomiar 1 i 3 oraz 1 i 4. Wylicz wartość średnią współczynnika temperaturowego.

Wyniki:

Próbka	Temp. doświadczenia [˚C]	czas reakcji t [s]	szybkość reakcji V (1/t)	współczynnik temp. reakcji n	wartość średnia n
1				-	-
2 (katalizator)				-	-
3
4

Dyskusja:

1. Wyjaśnij wpływ obecność katalizatora na szybkość reakcji chemicznej?

2. Zdefiniuj pojęcie energii aktywacji. Stała szybkości k pewnej reakcji pierwszego rzędu w temperaturze 18°C wynosi 3,00 s^-1, natomiast w temperaturze 30°C wynosi 4,35 s^-1. Korzystając z równania Arrheniusa oblicz energię aktywacji E_a tej reakcji,

---