Bartosz Puchalski 4.V.2005

Ćwiczenie nr 6

Wyznaczanie stałej szybkości reakcji

rozkładu nadtlenku wodoru na katalizatorze węglowym

Rozkład nadtlenku wodoru obrazuje równanie:

Przebieg powyższej reakcji można śledzić oznaczając zmiany stężenia nadtlenku wodoru za pomocą miareczkowania próbek mieszaniny reakcyjnej roztworem nadmanganianu potasu w obecności kwasu siarkowego, lub oznaczając ilość wydzielającego się tlenu. Ilość tę można oznaczyć mierząc zmiany objętości fazy gazowej nad reagującą mieszaniną, wywoływane wydzielającym się tlenem. W ćwiczeniu zastosowany został pomiar objętości gazu za pomocą biurety gazowej. Reakcja rozkładu przebiega według równania kinetycznego I rzędu, więc jej stałą szybkości przedstawia równanie:

;gdzie k - stała szybkości, t - czas przebiegu reakcji, a - stężenie początkowe H₂O₂, c - stężenie H₂O₂ w czasie reakcji. Ponieważ objętość mieszaniny reakcyjnej w czasie reakcji jest praktycznie stała, więc stężenia nadtlenku wodoru możemy zastąpić liczbami moli. Po podstawieniu tych liczb do wyrażenia na stałą szybkości otrzymamy:

;gdzie
- początkowa liczba moli nadtlenku wodoru,
- liczba moli wydzielonego tlenu (mnożnik wynika ze stechiometrii reakcji rozkładu), w -
/
.

Reakcja rozkładu nadtlenku wodoru jest reakcją przebiegającą przy udziale katalizatora węgla aktywnego. Zjawiska katalizy mają bardzo duże znaczenie zarówno teoretyczne, jak i praktyczne, stanowiąc podstawę istnienia całych gałęzi przemysłu chemicznego. Aktywność katalizatora bywa niekiedy spotęgowana przez obecność innej substancji, zwanej promotorem, która sama może nie być katalizatorem danej reakcji. Aktywność katalizatora może być również zahamowana w większym lub mniejszym stopniu przez obecność substancji występującej niekiedy w znikomych ilościach. Zjawisko to nosi nazwę zatruwania katalizatora. Działanie katalizatorów może się odbywać zarówno w układach fizycznie jednorodnych, kiedy substancje reagujące tworzą razem z katalizatorem jedną fazę, jak również w układach niejednorodnych, kiedy katalizator stanowi oddzielną fazę stałą. Niektórzy badacze wyodrębnią kinetykę układów fizycznie niejednorodnych w osobny dział chemii fizycznej, nazywając substancje stałe, przyśpieszające bieg reakcji w ośrodkach gazowych lub ciekłych, substancjami kontaktowymi lub kontaktami. Procesy kontaktowe mają niezwykle duże znaczenie w przemyśle chemicznym zarówno nieorganicznym jak i organicznym. Procesy kontaktowe wiążą się ściśle z zjawiskami adsorpcji. Istota ich polega na tym, że reakcja katalizowana przez powierzchnię kontaktu przebiega znacznie szybciej w warstewce adsorpcyjnej niż we wnętrzu układu. Szybkość rozkładu nadtlenku wodoru jest przyśpieszana przez bardzo wiele katalizatorów.

Literatura:

Praca zbiorowa pod redakcją W. Świętosławskiego „Podręcznik do ćwiczeń z chemii fizycznej” PWN Warszawa 1952 str. 195 - 201

Praca zbiorowa „Chemia Fizyczna” PWN Warszawa 1963 str. 565, 613

J.Ceynowa „Podręcznik do ćwiczeń laboratoryjnych z chemii fizycznej dla biologów” Wydawnictwo UMK 1988 str. 85 - 88

Substancje chemiczne stosowane w ćwiczeniu:

• kwas siarkowy 7664-93-9

• nadtlenek wodoru

Oświadczam, że zapoznałem się z kartami charakterystyk w/w substancji i znane mi są właściwości tych substancji, sposoby bezpiecznego postępowania z nimi oraz zasady udzielania pierwszej pomocy w nagłych wypadkach.

Celem tego ćwiczenia jest wyznaczenie na podstawie wykresu stałej szybkości reakcji rozkładu nadtlenku wodoru dzięki pomiarom ilości wydzielonego tlenu za pomocą biurety gazowej.

---