WPŁYW KATALIZATORA NA SZYBKOŚĆ REAKCJI CHEMICZNEJ

ĆW. 15.

Cel ćwiczenia

Katalizator jest to substancja, która zwiększa szybkość reakcji chemicznej, lecz sama się nie zużywa. Katalizator może reagować tworząc formy pośrednie, ale odtwarza się w końcowym etapie reakcji. Katalizator przyśpiesza reakcję chemiczną prowadząc ją poprzez etapy o bardziej korzystnej kinetyce niż w jego nieobecności. Z równania Arrheniusa

k = A·e^-Ea/RT

wiemy, że stała szybkości k, a stąd i szybkość reakcji, zależy od częstości zderzeń A oraz od energii aktywacji reakcji E_a, tak więc im większa wartość A oraz im mniejsza wartość E_a tym większa szybkość reakcji chemicznej. W wielu przypadkach katalizator zwiększa szybkość reakcji przez obniżenie jej energii aktywacji.

Celem eksperymentu jest wykazanie, jak dodatek katalizatora zwiększa szybkość reakcji na przykładzie reakcji redukcji manganianu(VII) potasu wodorem, który powstaje w wyniku działania kwasu na cynk. Katalizatorem w tej reakcji jest stały azotan(V) potasu (KNO₃).

Odczynniki:

► 0,1 M manganian(VII) potasu, KMnO₄

► 1,0 M kwas siarkowy(VI), H₂SO₄

► stały azotan(V) potasu, KNO₃

► cynk, Zn

Sprzęt laboratoryjny:

► statyw z probówkami

► probówki miarowe

Wykonanie ćwiczenia:

• Do probówki z podziałką należy wlać 0,5 cm³ 0,1 M roztworu manganianu(VII) potasu, KMnO₄ i dopełnić do 15 cm³ 1 M roztworem kwasu siarkowego(VI), H₂SO₄.

• Otrzymany w ten sposób roztwór wymieszaj i rozlej równo do dwóch probówek.

• Do pierwszej probówki dodaj kilka kryształków KNO₃ i mieszaj, aż do rozpuszczenia soli.

• Następnie do obu probówek dodaj jednocześnie po możliwie równym kawałku cynku.

• Zmierz i zanotuj czas odbarwienia się roztworu manganianu(VII) potasu na skutek redukcji jonów manganianowych(VII), MnO₄^- do jonów manganu(II), Mn²⁺.

Dyskusja:

1. Jakie czynniki wpływają na szybkość reakcji chemicznej?

2. Napisz równanie Arrheniusa i zdefiniuj wszystkie wielkości w nim występujące.

3. Jaką rolę odgrywa energia aktywacji w kinetyce reakcji?

4. Co to jest katalizator i jaki ma wpływ na energię aktywacji reakcji?

5. Podaj definicję katalizatora homogenicznego i heterogenicznego.

6. Wyjaśnij działanie katalizatora samochodowego.

7. Wyjaśnij, czy reakcje enzymatyczne są przykładem homogenicznych czy heterogenicznych reakcji katalizy.

8. Wyjaśnij, który mechanizm katalizy zaproponujesz dla przeprowadzonego przez ciebie eksperymentu.