Anna Wróblewska

Ćwiczenie 43

Środa godz. 14⁰⁰

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 = 6712,86 · C_Fe(SCN) - 0,0264

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]
60	0,254	4,1771·10^-5	2,5 ·10^-3	0.002455
120	0,309	4,99638·10^-5		0.00245
180	0,364	5,816·10^-5		0.002442
240	0,425	6,72·10^-5		0.0024328
300	0,484	7,6·10^-5		0.002424
360	0,544	8,497·10^-5		0.002415
420	0,604	9,391·10^-5		0.0024061
480	0,663	1,027·10^-4		0.0023973
540	0,723	1,1164·10^-4		0.0023884
600	0,784	1,207·10^-4		0.0023793
660	0,845	1,298·10^-4		0.0023702
720	0,905	1,387·10^-4		0.0023613
780	0,967	1,4798·10^-4		0.002352
840	1,030	1,5737·10^-4		0.0023426

C Fe³⁺ =

-3-

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]
60	0,129	2,315·10^-5	1,5 ·10^-3	0.0014769
120	0,148	2,59·10^-5		0.0017741
180	0,167	2,88·10^-5		0.0014128
240	0,187	3,18·10^-5		0,001409
300	0,208	3,49·10^-5		0.0014053
360	0,230	3,82·10^-5		0,00140162
420	0,251	4,132·10^-5		0.0013977
480	0,273	4,46·10^-5		0.0013941
540	0,296	4,8·10^-5		0,00139015
600	0,319	5,15·10^-5		0.0013863
660	0,343	5,5·10^-5		0.0013826
720	0,366	5,845·10^-5		0.0013787
780	0,390	6,2·10^-5		0.001375
840	0,414	6,56·10^-5		0.001371
900	0,437	6,9·10^-5		0.001367
960	0,461	7,26·10^-5		0.001363
1020	0,485	7,62·10^-5		0.001359
1080	0,510	7,99·10^-5		0.001355
1140	0,535	8,36·10^-5		0.0013505
1200	0,559	8,72·10^-5		0.0013465
1260	0,584	9,093·10^-5		0.0014201
1320	0,609	9,47·10^-5		0.0014164
1380	0,634	9,838·10^-5		0.0014128
1440	0,660	1,023·10^-4		0,00140907
1500	0,685	1,059·10^-4		0.0014053
1560	0,711	1,0985·10^-4		0,00140162
1620	0,737	1,137·10^-4		0.0013977
1680	0,762	1,174·10^-4		0.0013941
1740	0,788	1,213·10^-4		0,00139015
1800	0,815	1,25·10^-4		0.0013863
1860	0,841	1,29·10^-4		0.0013826
1920	0,868	1,33·10^-4		0.0013787
1980	0,895	1,37·10^-4		0.001375
2040	0,922	1,41·10^-4		0.001371
2100	0,949	1,45·10^-^4		0.001367
2160	0,977	1,495·10^-4		0.001363
2220	1,004	1,535·10^-4		0.001359

-4-

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

ma postać:

y = - 1,47099·10^-7 · x + 0,00246734

k = - 1,47099 · 10^-7

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

ma postać:

y = - 6,07197 · 10^-8 · x + 0,00148422

k = - 6,07161 ·10^-8

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 = 9,90548 · 10^-5 · x +0,021181

a dla stężenia 1.5 · 10^-3 ma postać:

y = 2,42865 · 10^-5 · x + 0,00631539

Dla liczby postępu równej 0.0448 czas dla prostej obrazującej zależność dla stężenia

2.5 · 10^-3 wynosi t₁ = 238,44 s

a dla stężenia 1,5 · 10^-3 wynosi t₂ = 1584,609145

Ze wzoru :

n = 1 +

możemy obliczyć rząd reakcji

n = 1 +
= 3,7077

t [ sec]	x'
60	0.00926
120	0.01036
180	0.01152
240	0.01272
300	0.01396
360	0.01528
420	0.016528
480	0.01784
540	0.0192
600	0.0206
660	0.022
720	0.02338
780	0.0248
840	0.02624
900	0.0276
960	0.02904
1020	0.03048
1080	0.03196
1140	0.03344
1200	0.03488
1260	0.036372
1320	0.03788
1380	0.039352
1440	0.04092
1500	0.04236
1560	0.04394
1620	0.04548
1680	0.04696
1740	0.04852
1800	0.05
1860	0.0516
1920	0.0532
1980	0.0548
2040	0.0564
2100	0.058
2160	0.0598
2220	0.0614

-5-

Dla roztworu pierwszego dla roztworu

C₀ = 1,5 · 10^-3 c₀ = 2,5·10^-3

t [ sec]	x'
60	0.02785
120	0.0333092
180	0.03877
240	0.0448
300	0.05067
360	0.0566467
420	0.0626067
480	0.068467
540	0.0744267
600	0.0804667
660	0.0865333
720	0.0924667
780	0.0986533
840	0.1049133

---