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]	C
60	0,254	4,1771·10^-5	2,5 ·10^-3	0.002455	407,33
120	0,309	4,99638·10^-5		0.00245	408,16
180	0,364	5,816·10^-5		0.002442	409,50
240	0,425	6,72·10^-5		0.0024328	411,049
300	0,484	7,6·10^-5		0.002424	412,541
360	0,544	8,497·10^-5		0.002415	414,079
420	0,604	9,391·10^-5		0.0024061	415,610
480	0,663	1,027·10^-4		0.0023973	417,136
540	0,723	1,1164·10^-4		0.0023884	418,690
600	0,784	1,207·10^-4		0.0023793	420,292
660	0,845	1,298·10^-4		0.0023702	421,905
720	0,905	1,387·10^-4		0.0023613	423,442
780	0,967	1,4798·10^-4		0.002352	425,170
840	1,030	1,5737·10^-4		0.0023426	426,876

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	674.816
120	0,148	2,59·10^-5		676.1073
180	0,167	2,88·10^-5		677.472
240	0,187	3,18·10^-5		678.9108
300	0,208	3,49·10^-5		680.4248
360	0,230	3,82·10^-5		681.8762
420	0,251	4,132·10^-5		683.4034
480	0,273	4,46·10^-5		685.0074
540	0,296	4,8·10^-5		686.6189
600	0,319	5,15·10^-5		688.3085
660	0,343	5,5·10^-5		689.9357
720	0,366	5,845·10^-5		691.6417
780	0,390	6,2·10^-5		693.3562
840	0,414	6,56·10^-5		695.0073
900	0,437	6,9·10^-5		696.7386
960	0,461	7,26·10^-5		698.4785
1020	0,485	7,62·10^-5		700.3001
1080	0,510	7,99·10^-5		702.1313
1140	0,535	8,36·10^-5		703.8983
1200	0,559	8,72·10^-5		705.7484
1260	0,584	9,093·10^-5		707.6082
1320	0,609	9,47·10^-5		709.4779
1380	0,634	9,838·10^-5		711.4329
1440	0,660	1,023·10^-4		713.3228
1500	0,685	1,059·10^-4		715.2991
1560	0,711	1,0985·10^-4		717.2863
1620	0,737	1,137·10^-4		719.2075
1680	0,762	1,174·10^-4		721.2166
1740	0,788	1,213·10^-4		723.3148
1800	0,815	1,25·10^-4		725.3468
1860	0,841	1,29·10^-4		727.4692
1920	0,868	1,33·10^-4		729.604
1980	0,895	1,37·10^-4		731.7513
2040	0,922	1,41·10^-4		733.9114
2100	0,949	1,45·10^-4		736.165
2160	0,977	1,495·10^-4		738.3512
2220	1,004	1,535·10^-4		674.816

-4-

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

ma postać:

Y = 0.0255235 * X + 405.07

k = 0.0255235

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

ma postać:

Y = 0.0301968 * X + 670.624

k = 0.0301968

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 = 5,94335 · 10^-5 · x +0,0127082

a dla stężenia 1.5 · 10^-3 ma postać:

Y = 4,04767· 10^-5 · x + 0.0105249

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

2.5 · 10^-3 wynosi t₁ = 539,96 s

a dla stężenia 1,5 · 10^-3 wynosi t₂ = 846,79 s

Ze wzoru :

n = 1 +

możemy obliczyć rząd reakcji

n = 1 +
= 1,8808

-5-

Dla roztworu pierwszego dla roztworu

C₀ = 1,5 · 10^-3 c₀ = 2,5·10^-3

t [ sec]	x'
60	0.01543
120	0,01726
180	0,0192
240	0,0212
300	0,023267
360	0,025467
420	0,027547
480	0,02973
540	0,032
600	0,03433
660	0,03667
720	0,038967
780	0,041333
840	0,04373
900	0,046
960	0,0484
1020	0,0508
1080	0,053267
1140	0,05573
1200	0,05813
1260	0,06062
1320	0,06313
1380	0,06559
1440	0,0682
1500	0,0706
1560	0,07323
1620	0,0758
1680	0,078267
1740	0,08087
1800	0,0833
1860	0,086
1920	0,088667
1980	0,09133
2040	0,094
2100	0,096667
2160	0,099667
2220	0,102333
t [ sec]	x'
60	0.016708
120	0.01998552
180	0.023264
240	0.02688
300	0.0304
360	0.033988
420	0.037564
480	0.04108
540	0.044656
600	0.04828
660	0.05192
720	0.05548
780	0.059192
840	0.062948

---