2013/2014

LABORATORIUM Z CHEMII FIZYCZNEJ

Ćwiczenie nr 8

Katalityczny rozkład wody utlenionej

WIMiC

Technologia Chemiczna

II rok

6/E

SZANIAWSKA Anna

SZCZYGIEŁ Przemysław

ŚWIERCZEK Aleksandra

Data zajęć

Data oddania

sprawozdania

Oceny (pkt)

dr inż. Jarosław DĄBEK

Wtorek 14 IV 2014

12:30 – 17:00

5.05.2014

Kolokwium

Praktyka

Sprawozdanie

Cel ćwiczenia:

Celem ćwiczenia jest wyznaczenie stałej szybkości reakcji rozkładu wody H

2

O

2

w obecności

różnych ilości katalizatora (MnO

2

) oraz w roztworze bez katalizatora.

Wykonanie ćwiczenia:

a) Przygotowanie roztworu boranowego (180 cm

3

H

3

BO

3

+ 20 cm

3

Na

2

B

4

O

7

)

b) Przygotowanie roztworu H

2

O

2

(rozcieńczenie 5 krotnie perhydrolu)

c) Przygotowanie badanych roztworów
d) Badanie szybkości rozpadu wody utlenionej poprzez miareczkowanie jej 0,02M KMnO

4

5 H

2

O

2

+

2 KMnO

4

+

3 H

2

SO4 → MnSO

4

+

K

2

SO

4

+

H

2

O+5 O

2

c

w.utlenionej

=

n

w.utlenionej

V

p

n

w.utlenionej

=

2,5⋅c

m

⋅

V

V

p

=

0,01 dm

3

c

m

=

0,02

mol
dm

3

V

p

– objętość próbki [dm3] ; c

m

– stężenie titrantu [mol/dm

3

] ; V – objętość titrantu [dm

3

]

ROZTWÓR I
150 cm

3

wody destylowanej

50 cm

3

buforu boranowego

5 cm

3

wody utlenionej

10 cm

3

katalizatora

t [s]

V KMnO

4

[cm

3

]

c H

2

O

2

[mol/dm

3

]

ln V KMnO

4

0

6,9

0,0055

1,9315

300

6,9

0,0055

1,9315

600

6,0

0,0048

1,7918

900

5,5

0,0044

1,7047

1200

4,8

0,0038

1,5686

1500

4,0

0,0032

1,3863

1800

3,5

0,0028

1,2528

3000

1,4

0,0011

0,3365

ROZTWÓR II
150 cm

3

wody destylowanej

50 cm

3

buforu boranowego

5 cm

3

wody utlenionej

8 cm

3

katalizatora

t [s]

V KMnO

4

[cm

3

]

c H

2

O

2

[mol/dm

3

]

ln V KMnO

4

0

7,8

0,0062

2,0541

300

7,4

0,0059

2,0015

600

7,1

0,0057

1,9601

900

6,6

0,0053

1,8871

1200

6,4

0,0051

1,8563

1500

6,0

0,0048

1,7918

1800

6,0

0,0048

1,7918

ROZTWÓR III
150 cm

3

wody destylowanej

50 cm

3

buforu boranowego

5 cm

3

wody utlenionej

5 cm

3

katalizatora

t [s]

V KMnO

4

[cm

3

]

c H

2

O

2

[mol/dm

3

]

ln V KMnO

4

0

6,7

0,0054

1,9021

600

6,3

0,0050

1,8405

1200

6,6

0,0053

1,8871

1800

6,2

0,0050

1,8245

2400

6,1

0,0049

1,8083

3000

6,7

0,0054

1,9021

3600

6,6

0,0053

1,8871

4200

6,5

0,0052

1,8718

4800

6,3

0,0050

1,8405

5400

6,1

0,0049

1,8083

ROZTWÓR IV
150+5 cm

3

wody destylowanej

50 cm

3

buforu boranowego

5 cm

3

wody utlenionej

0 cm

3

katalizatora

t [s]

V KMnO

4

[cm

3

]

c H

2

O

2

[mol/dm

3

]

ln V KMnO

4

0

11,3

0,0090

2,4248

1200

11,1

0,0089

2,4069

2400

10,9

0,0087

2,3888

3600

10,8

0,0086

2,3795

4800

11,5

0,0092

2,4423

6000

11,2

0,0090

2,4159

7200

11,3

0,0090

2,4248

ln

V

t

V

0

=

k⋅t

ln V

t

=

ln V

0

−

k⋅t

Równanie doprowadzamy do postaci równania liniowego gdzie a = -k. Do obliczeń korzystamy
z funkcji wbudowanej w OpenOffice.org – regresja liniowa (REGLINP).

Nr roztworu

V

kat

. [cm

3

]

a

u(a)

k [1/s]

u(k)

I

10

-5,37 · 10

-4

4,95 · 10

-5

5,37 · 10

-4

4,95 · 10

-5

II

8

-1,56 · 10

-4

1,12 · 10

-5

1,56 · 10

-4

1,12 · 10

-5

III

5

-6,46 · 10

-6

6,86 · 10

-6

6,46 · 10

-6

6,86 · 10

-6

IV

0

2,67 · 10

-6

3,70 · 10

-6

-2,67 · 10

-6

3,70 · 10

-6

Dla roztworu IV reakcja biegnie tak wolno, że wg naszego doświadczenia stała szybkości ma wartość
ujemną. Do dalszych obliczeń brany pod uwagę będzie moduł z tej wartości.

Wg Ostwalda zależność stałej szybkości od objętości katalizatora jest funkcją liniową, w celu
sprawdzenie tego stwierdzenia wykonano wykres k = f(V

kat.

).

Na podstawie przeprowadzonego doświadczenia nie można stwierdzić słuszności równania Ostwalda,
gdyż poszczególne punkty nie tworzą krzywej prostoliniowej.

Czas połowicznej przemiany :

τ=

ln2

k

Nr roztworu

V

kat

. [cm

3

]

k [1/s]

τ [s]

I

10

5,37 · 10

-4

1291

II

8

1,56 · 10

-4

4443

III

5

6,46 · 10

-6

107298

IV

0

2,67 · 10

-6

259606

Na podstawie powyższego wykresu można stwierdzić istnienie proporcjonalności pomiędzy stężeniem
wody utlenionej a zużytą objętością titrantu przy miareczkowaniu.

Wnioski:

Doświadczenia wykazało wpływ katalizatora na szybkość reakcji rozpadu wody utlenionej.
Przeprowadzone próby nie wskazały słuszności równania Ostwalda, gdyż zależność stałych szybkości
otrzymanych doświadczalnie nie zależą liniowo od ilości dodanego katalizatora. Odstępstwo to może
wynikać z małej ilości przeprowadzonych prób oraz z powodu błędów, które mogły przytrafić się w
trakcie wykonywania prób i pomiarów – niepowtarzalne miareczkowania, błędy ludzkie oraz błędy
przy określaniu czasu.
Naszym zdaniem istotny wpływ miało użycie trzeciej biurety, która nie jest zainstalowana na stałe w
laboratorium. Pomiary wykonane przy jej pomocy szybko ciemniały.