Sprawozdanie nr 7

Data: 14.04.2014r.

Celem przeprowadzonych doświadczeń jest zbadanie wpływu stężenia roztworu, temperatury oraz obecności katalizatora na szybkości zachodzenia reakcji chemicznej.

Doświadczenie 9.1

Badanie wpływu stężenia na szybkość reakcji chemicznej

Przygotowano roztwory tiosiarczanu (VI) sodu (Na₂S₂O₃) o różnych stężeniach. Do przygotowanych roztworów dodaje kolejno po 3 cm³ roztworu kwasu siarkowego (VI) o stężeniu c = 0,25 mol/dm³. Mierzę czas od momentu dodania kwasu do momentu pojawienia się opalescencji. Wyniki zapisuję w tabeli.

Wyznaczenie wpływu stężenia na szybkość reakcji

Nr	Objętość roztworu Na2S2O3 [cm^3] c = 0,5 mol/dm^3	Objętość wody [cm^3]	Stężenie CH2S2O3 = CNa2S2O3 [mol/dm^3]	Czas reakcji [s]	Szybkość reakcji [mol/dm^3⋅s^-1]
1	10	0	0,5	8	0,06
2	8	2	0,4	9	0,44
3	6	4	0,3	10	0,03
4	4	6	0,2	12	0,016
5	2	8	0,1	40	0,0025
6	1	9	0,05	60	0,0008

1. Dane: Szukane:

V = 10 cm³ = 0,01 dm³ C_H2S2O3 = ?

V_H2O = 0 cm³ V_sr = ?

c = 0,5 mol/dm³

t = 8 s

Wzory:

$$c = \frac{n}{\text{V\ }}\ \Rightarrow n = c \bullet V$$

V_sr = $\frac{C_{A}}{t}$

Obliczenia:

n = 0,5 mol/dm³ ⋅ 0,01 dm³ = 0,005 mol

c = $\frac{0,005\ mol}{0,01\ \text{dm}^{3}}$ = 0,5 mol/dm³

V_sr = $\frac{0,5\ mol/\text{dm}^{3}}{8\ s}$ = 0,06 mol/dm³⋅s^-1

1. Dane: Szukane:

V = 8 cm³ = 0,008 dm³ C_H2S2O3 = ?

V_H2O = 2 cm³ = 0,002 dm³ V_sr = ?

c = 0,5 mol/dm³

t = 8 s

Wzory:

$$c = \frac{n}{\text{V\ }}\ \Rightarrow n = c \bullet V$$

V_sr = $\frac{C_{A}}{t}$

Obliczenia:

n= 0,5mol/dm³ · 0,008dm³ = 0,004 mol

c = $\frac{0,004mol}{0,008\text{dm}^{3} + \ 0,002\text{dm}^{3}}$ = 0,4 mol/dm³

V_sr = $\frac{0,4\ mol/\text{dm}^{3}}{9\ s}$ = 0,044 mol/dm³⋅s^-1

1. Dane: Szukane:

V=6cm³ = 0,006dm³ C_H2S2O3 = ?

V_H2O =4cm³=0,004dm³ V_sr =?

C = 0,5mol/dm³

t= 10s

Wzory:

$$c = \frac{n}{\text{V\ }}\ \Rightarrow n = c \bullet V$$

V_sr = $\frac{C_{A}}{t}$

Obliczenia:

n= 0,5mol/dm³ ·0,006 dm³ = 0,003 mol

c = $\frac{0,003mol}{0,006\text{dm}^{3} + 0,004\text{dm}^{3}}$ = 0,3 mol/dm³

V_sr = $\ \frac{0,3mol/\text{dm}^{3}}{10s}$ = 0,03 mol/dm³⋅s^-1

1. Dane: Szukane:

V=4cm³ = 0,004dm³ C_H2S2O3 = ?

V_H2O =6cm³=0,006dm³ V_sr=?

C = 0,5mol/dm³

t= 12s

Wzory:

$$c = \frac{n}{\text{V\ }}\ \Rightarrow n = c \bullet V$$

V_sr = $\frac{C_{A}}{t}$

Obliczenia:

n= 0,5mol/dm³ ·0,004 dm³ = 0,002 mol

c = $\frac{0,002mol}{0,004\text{dm}^{3} + 0,006\text{dm}^{3}}$ = 0,2 mol/dm³

V_sr = $\frac{0,2mol/\text{dm}^{3}}{12s}$ = 0,016 mol/dm³⋅s^-1

1. Dane: Szukane:

V=2cm³ = 0,002dm³ C_H2S2O3 = ?

V_H2O =8cm³=0,008dm³ V_sr =?

C = 0,5mol/dm³

t= 40s

Wzory:

$$c = \frac{n}{\text{V\ }}\ \Rightarrow n = c \bullet V$$

V_sr = $\frac{C_{A}}{t}$

Obliczenia:

n= 0,5mol/dm³ ·0,002 dm³ = 0,001 mol

c = $\frac{0,001mol}{0,002\text{dm}^{3} + 0,008\text{dm}^{3}}\ $ = 0,1 mol/dm³

V_sr = $\frac{0,1mol/\text{dm}^{3}}{40s}$ = 0,0025 mol/dm³⋅s^-1

1. Dane: Szukane:

V=1cm³ = 0,001dm³ C_H2S2O3 = ?

V_H2O =9cm³=0,009dm³ V_sr =?

C = 0,5mol/dm³

t= 60s

Wzory:

$$c = \frac{n}{\text{V\ }}\ \Rightarrow n = c \bullet V$$

V_sr = $\frac{C_{A}}{t}$

Obliczenia:

n= 0,5mol/dm³ ·0,001 dm³ = 0,0005 mol

c = $\frac{0,0005mol}{0,001\text{dm}^{3} + 0,009\text{dm}^{3}}$ = 0,05 mol/dm³

V_sr = $\frac{0,05mol/\text{dm}^{3}}{60s}$ = 0,0008 mol/dm³⋅s^-1

Wykres zależności szybkości reakcji od stężenia substacji.

Wniosek: Szybkość reakcji chemicznej jest zależna od stężenia substancji reagującej (substratów). Im większe stężenie tym szybkość zachodzenia reakcji zwiększa się.

Doświadczenie 9.2

Wpływ temperatury na szybkość reakcji

Przygotowuję w probówkach 5 par jednakowych roztworów. Jedna zawiera 5cm³ tiosiarczanu (VI) sodu (C_H2S2O3 = 0,5 mol/dm³), a druga 5cm³ kwasu siarkowego (VI) (C_H2SO4 = 0,25 mol/dm³). Następnie pary probówek podgrzewam w łaźnio wodnej do temperatury 20°C, 30°C, 40°C, 50°C, 60°C. Po podgrzaniu do odpowiedniej temperatury dodaję kwas siarkowy (VI) do tiosiarczanu (VI) sodu. Mierzę czas od momentu dodania kwasu do momentu pojawienia się opalescencji. Wyniki zapisuję w tabeli.

Badanie wpływu temperatury na szybkość reakcji

Nr pary probówek	Stężenie CH2S2O3=CNa2S2O3 [mol/dm^3]	Temperatura [°C]	Czas reakcji [s]	Szybkość reakcji [mol/dm^3·s^-1]	Współczynnik temperaturowy - Θ
1	0,25	25	10,64	0,023	−
2	0,25	35	6,69	0,037	1,60
3	0,25	45	3,62	0,069	1,86
4	0,25	55	2,30	0,108	1,57
5	0,25	65	1,75	0,14	1,29

Dane: Szukane:

C₁ = 0,5mol/dm³ C­₂ =?

V₁= 5cm³ = 0,005dm³

V₂= 0,005dm³ + 0,005dm³ = 0,01dm³

Wzory:

$$c = \frac{n}{\text{V\ }}\ \Rightarrow n = c \bullet V$$

Obliczenia:

n = 0,5mol/dm³ · 0,005dm³ = 0,0025 mol

$c_{2} = \frac{0,0025mol}{0,01\text{dm}^{3}\ }$ = 0,25 mol/dm³

Szybkość reakcji:

$V_{sr} = \frac{c_{A}}{t}$

V_sr1= $\frac{0,25mol/\text{dm}^{3}}{10,64s}$ = 0,023 mol/dm³·s^-1

V_sr2=$\frac{0,25mol/\text{dm}^{3}}{6,69s}$ = 0,037 mol/dm³·s^-1

V_sr3= $\frac{0,25mol/\text{dm}^{3}}{3,62s}$ = 0,069 mol/dm³·s^-1

V_sr4= $\frac{0,25mol/\text{dm}^{3}}{2,30s}$ = 0,108 mol/dm³·s^-1

V_sr5= $\frac{0,25mol/\text{dm}^{3}}{1,75s}$ = 0,14 mol/dm³·s^-1

Współczynnik temperaturowy:

$= \ \frac{V_{T}}{V_{T - 10}}$

₁ = −

₂ = $\frac{0,037mol/\text{dm}^{3} \bullet s^{- 1}}{0,023mol/\text{dm}^{3} \bullet s^{- 1}}$ = 1,60

₃ = $\frac{0,069mol/\text{dm}^{3} \bullet s^{- 1}}{0,037mol/\text{dm}^{3} \bullet s^{- 1}}$ = 1,86

₄ = $\frac{0,108mol/\text{dm}^{3} \bullet s^{- 1}}{0,069mol/\text{dm}^{3} \bullet s^{- 1}}$ = 1,57

₅ = $\frac{0,14mol/\text{dm}^{3} \bullet s^{- 1}}{0,108mol/\text{dm}^{3} \bullet s^{- 1}}$ = 1,29

Wykres zależności szybkości reakcji od temperatury.

Wnioski: Szybkość reakcji zależna jest od temperatury. Im wyższa temperatura tym szybkość zachodzenia reakcji chemicznej wzrasta.

Doświadczenie 9.3

Badanie wpływu stężenia katalizatora na szybkość redukcji manganianu (VII) potasu przez szczawian potasu w środowisku kwaśnym.

Do przygotowanych siedmiu kolb stożkowych odmierzam kolejno 25 cm³ szczawianu potasu (c_K2C2O4= 0,01 mol/dm³), 25 cm ³ kwasu siarkowego (VI) (c_H2SO4= 2 mol/dm³) oraz kolejno 0,0; 1,0; 2,0; 3,0; 4,0; 5,0; 6,0 cm³ siarczanu (VI) manganu (II) (c_MnSO4= 0,02 mol/dm³). Następnie do każdej z kolb dodaję po 1,0 cm³ roztworu manganianu (VII) potasu (c_KMnO4= 0,02 mol/dm³). Mierzę czas od momentu dodania KMnO₄ do odbarwienia się roztworu.

5 C₂O₄^2- + 2 MnO₄^- + 16 H⁺ →10 CO₂ + 2 Mn²⁺ + 8 H₂O

Badanie wpływu stężenia katalizatora na szybkość reakcji

Nr kolbki	Objętość roztworu MnSO4 [cm^3]	Objętość końcowa mieszaniny reakcyjnej [cm^3]	Stężenie KMnO4 [mol/dm^3] w mieszaninie	Czas reakcji [min]	Szybkość reakcji [mol/dm^3⋅min^-1]
1	0	51	3,9⋅10^-4	1,67	2,33⋅10^-4
2	1,0	52	3,8⋅10^-4	0,4	9,5⋅10^-4
3	2,0	53	3,77⋅10^-4	0,32	1,17⋅10^-3
4	3,0	54	3,7⋅10^-4	0,27	1,37⋅10^-3
5	4,0	55	3,6⋅10^-4	0,25	1,44⋅10^-3
6	5,0	56	3,57⋅10^-4	0,18	1,98⋅10^-3
7	6,0	57	3,5⋅10^-4	0,13	2,69⋅10^-3

Stężenie KMnO₄ w mieszaninach:

C_KMnO4 = 0,02mol/dm³

V = 1cm³ = 0,001dm³

$$c = \frac{n}{\text{V\ }}\ \Rightarrow n = c \bullet V$$

n = 0,02mol/dm³⋅0,001dm³ = 0,00002mol

C_m1 = $\frac{0,00002mol/\text{dm}^{3}}{0,051\text{dm}^{3}}$ = 3,9⋅10^-4 mol/dm³

C_m2 = $\frac{0,00002mol/\text{dm}^{3}}{0,052\text{dm}^{3}}$ = 3,8⋅10^-4 mol/dm³

C_m3 = $\frac{0,00002mol/\text{dm}^{3}}{0,053\text{dm}^{3}}$ = 3,77⋅10^-4 mol/dm³

C_m4 = $\frac{0,00002mol/\text{dm}^{3}}{0,054\text{dm}^{3}}$ = 3,7⋅10^-4 mol/dm³

C_m5 = $\frac{0,00002mol/\text{dm}^{3}}{0,055\text{dm}^{3}}$ = 3,6⋅10^-4 mol/dm³

C_m6 = $\frac{0,00002mol/\text{dm}^{3}}{0,056\text{dm}^{3}}$ = 3,57⋅10^-4 mol/dm³

C_m7 = $\frac{0,00002mol/{dm}^{3}}{0,057\text{dm}^{3}}$ = 3,5⋅10^-4 mol/dm³

Szybkość reakcji:

V_śr = $- \frac{C_{\text{KMnO}_{4}}}{t}$

V₁ = $\frac{3,910^{- 4}}{1,67}$ = 2,33⋅10^-4 mol/dm³⋅min^-1

V₂ = $\frac{3,810^{- 4}}{0,4}$ = 9,5⋅10^-4 mol/dm³⋅min^-1

V₃ = $\frac{3,7710^{- 4}}{0,32}$ = 1,17⋅10^-3 mol/dm³⋅min^-1

V₄ = $\frac{3,710^{- 4}}{0,27}$ = 1,37⋅10^-3 mol/dm³⋅min^-1

V₅ = $\frac{3,610^{- 4}}{0,25}$ = 1,44⋅10^-3 mol/dm³⋅min^-1

V₆ = $\frac{3,5710^{- 4}}{0,18}$ = 1,98⋅10^-3 mol/dm³⋅min^-1

V₇ = $\frac{{3,510}^{- 4}}{0,13}$ = 2,69⋅10^-3 mol/dm³⋅min^-1

Stężenie katalizatora MnSO₄:

C = $\frac{C_{\text{KMnO}_{4}\text{\ V}}}{V_{r}}$

V₁ = 0cm³ = 0dm³

V_r1 = 51cm³ = 0,051dm³

C₁ = $\frac{0,02mol/\text{dm}^{3}0\text{dm}^{3}}{0,051\text{dm}^{3}}$ = 0mol/dm³

V₂ = 1cm³ = 0,001dm³

V_r2= 52cm³ = 0,052dm³

C₂ = $\frac{0,02mol/\text{dm}^{3}0,001\text{dm}^{3}}{0,052\text{dm}^{3}}$ = 3,84⋅10^-4

V₃ = 2cm³ = 0,002dm³

V_r3= 53cm³ = 0,053dm³

C₃ = $\frac{0,02mol/\text{dm}^{3}0,002\text{dm}^{3}}{0,053}$ = 7,54⋅10^-4

V₄ = 3cm³ = 0,003dm³

V_r4= 54cm³ = 0,054dm³

C₄ = $\frac{0,02mol/\text{dm}^{3}0,003}{0,054}$ = 1,11⋅10^-3

V₅ = 4cm³ = 0,004dm³

V_r5= 55cm³ = 0,055dm³

C₅ = $\frac{0,02mol/\text{dm}^{3}0,004\text{dm}^{3}}{0,055}$ = 1,45⋅10^-3

V₆ = 5cm³ = 0,005dm³

V_r6= 56cm³ = 0,056dm³

C₆ = $\frac{0,02mol/\text{dm}^{3}0,005\text{dm}^{3}}{0,056}$ = 1,78⋅10^-3

V₇ = 6cm³ = 0,006dm³

V_r7= 57cm³ = 0,057dm³

C₇ = $\frac{0,02mol/\text{dm}^{3}0,006\text{dm}^{3}}{0,057}$ = 2,1⋅10^-3

Wykres zależności szybkości reakcji od stężenia katalizatora.

Wnioski: Szybkość reakcji chemicznej zależy od stężenia katalizatora. Wraz ze wzrostem katalizatora wzrasta szybkość reakcji chemicznej.

Doświadczenie 9.4

Wpływ katalizatora na szybkość reakcji rozkładu nadtlenku wodoru.

Do 3 probówek odmierzam po 3 cm³ 10% roztworu nadtlenku wodoru (H₂O₂). Do jednej niewielką ilość ditlenku manganu (MnO₂), do drugiej jedną kroplę FeCl₃ (C_FeCl3 = 0,5 mol/dm³), do trzeciej 1 kroplę H₃PO₄ (C_H3PO4 = 1 mol/dm³).

Reakcja w pierwszej probówce zaszła błyskawicznie i burzliwie. MnO₂ jest w tej reakcji katalizatorem kontaktowym, który przyspiesza rozkład nadtlenku wodoru. Nieco wolniej, ale też bardzo szybko zaszła reakcja w drugiej probówce. W probówce tej wydziela się ciepło. FeCl₃ w tej reakcji jest katalizatorem homogenicznym dodatnim, który przyspiesza rozkład H_2O2. W probówce 3 nie zaobserwowałam większych zmian; obserwuje się brak reakcji. H₃PO₄ – katalizator homogeniczny ujemny opóźniający rozkład H₂O₂.