I1 = I0 · 10 -Kl 
Monika Grądziel
Ćwiczenie 43
wtorek godz. 1500
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 = 6592,86 · CFe(SCN) - 0,0206667
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/dm3] |
C Fe2+ [mol/dm3] |
|
120 |
0,200 |
3,347·10-5 |
2,5 ·10-3 |
406.504 |
240 |
0,285 |
4,636·10-5 |
|
407.498 |
360 |
0,387 |
6,183·10-5 |
|
410.172 |
480 |
0,503 |
7,943·10-5 |
|
413.223 |
600 |
0,613 |
9,611·10-5 |
|
416.667 |
720 |
0,724 |
1,1295·10-4 |
|
418.935 |
840 |
0,838 |
1,302·10-4 |
|
421.977 |
960 |
0,955 |
1,4799·10-4 |
|
425.532 |
1020 |
1.074 |
1,660·10-4 |
|
428.449 |
C Fe3+ = 
dla roztworu drugiego o stężeniu początkowym Fe2+ = 1,5·10-3
t [ sec] |
E |
c Fe 3+ [mol/dm3] |
C Fe2+ [mol/dm3] |
|
120 |
0.092 |
1.7089·10-5 |
1,5 ·10-3 |
674.354 |
240 |
0.127 |
2,2398·10-5 |
|
676.5899 |
360 |
0.167 |
2,847·10-5 |
|
679.3478 |
480 |
0.210 |
3,499·10-5 |
|
682.594 |
600 |
0.255 |
4.181·10-5 |
|
685.871 |
720 |
0.302 |
4.894·10-5 |
|
689.655 |
840 |
0.350 |
5.622·10-5 |
|
692.521 |
960 |
0.400 |
6.381·10-5 |
|
696.379 |
1020 |
0.452 |
7.169·10-5 |
|
700.280 |
-3-
Równanie prostej dla reakcji, w której stężenie początkowe Fe2+ wynosiło c0 = 2,5·10-3
ma postać:
y = 0.0244943 · x + 402.017
k = 0.0244943
Równanie prostej dla reakcji, w której stężenie początkowe Fe2+ wynosiło c0 = 1,5·10-3
ma postać:
y = 0.0280936 · x + 669.73
k = 0.0280936
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 = 5.75599 · 10-5 · x + 0,00470732
a dla stężenia 1.5 · 10-3 ma postać:
y = 3.9294 · 10-5 · x + 0,00523467
Dla liczby postępu równej 0.04 czas dla prostej obrazującej zależność dla stężenia
2.5 · 10-3 wynosi t1 = 613,15 s
a dla stężenia 1,5 · 10-3 wynosi t2 =884.75 s
Ze wzoru :
n = 1 + 
możemy obliczyć rząd reakcji
n = 1 + 
= 1.718
Dla roztworu dla roztworu
C0 = 1,5 · 10-3 C0 = 2,5·10-3
t [ sec] |
x' |
120 |
0.01139 |
240 |
0.014932 |
360 |
0.01898 |
480 |
0.02333 |
600 |
0.02787 |
720 |
0.03263 |
840 |
0.03748 |
960 |
0.04254 |
1020 |
0.04779 |
t [ sec] |
x' |
120 |
0.013388 |
240 |
0.018544 |
360 |
0.024732 |
480 |
0.031772 |
600 |
0.038444 |
720 |
0.04518 |
840 |
0.05208 |
960 |
0.059196 |
1020 |
0.0664 |
-4-
Wnioski:
Na podstawie otrzymanych wyników (n = 1,718) możemy być prawie pewni że reakcja utleniania jonów żelaza (II) jonami chloranowymi w środowisku kwaśnym jest rzędu drugiego.
