Badanie wpływu stężenia na szybkość reakcji chemicznej

Do doświadczenia wykorzystujemy reakcje:

Na₂S₂O₃ + H₂SO₄ → H₂SO₃ + Na₂SO₄

Jest to reakcja bardzo szybko, dopiero później zaczyna się rozpad kwasu tiosiarkowego (VI) według reakcji:

H₂S₂O₃ → H₂SO₃ + S

Jako produkt reakcji wydziela się siarka w postaci bardzo drobnej białej zawiesiny. Pojawienie się tej zawiesiny przyjmuje się jako znak, że zaszła ilościowa reakcja.

Wykonanie ćwiczenia:

Do probówek wlewamy roztwory Na₂S₂O₃ o stężeniach jak w tabelce, a następnie do nich dodajemy po 3 cm³ roztworu kwasu siarkowego o stężeniu 0,25mol/dm³. W momencie wlania kwasu włączamy stoper i mierzymy czas jaki upłynie do pojawienia się białej zawiesiny.

Nr	Objętość roztworu Na2S2O3 C=0,5 mol/dm^3	Objętość wody[cm^3]	Stężenie H2S2O3 [mol/dm^3]	Czas reakcji [s]	Szybkość reakcji [mol/dm^3⋅s]
1 2 3 4 5 6	10 8 6 4 2 1	0 2 4 6 8 9	0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0,05	13,35 16,9 21,5 35,9 62,4 156,9	0,037 0,029 0,023 0,015 0,008 0,003

Obliczenia:

C₁ V₁

Cx

C₂ V₂

V₁/V₂ = (Cx - C₂)/C₁ - Cx)

0,5 8

Cx

0 2

8/2 = (Cx₁ - 0)/(0,5 - Cx₁)

Cx₁ = 0,4 mol/dm³

0,5 6

Cx

0 4

6/4 = (Cx₂ - 0)/(0,5 - Cx₁₂)

Cx₂ = 0,3 mol/dm³

0,5 4

Cx

0 6

4/6 = (Cx₃ - 0)/(0,5 - Cx₃)

Cx₃ = 0,2 mol/dm³

0,5 2

Cx

0 8

2/8 = (Cx₄ - 0)/(0,5 - Cx₄)

Cx₄ = 0,1 mol/dm³

0,5 1

Cx

0 9

1/9 = (Cx₅ - 0)/(0,5 - Cx₅)

Cx₅ = 0,05 mol/dm³

Szybkości reakcji wynoszą więc:

V = C/t

V₁ = 0,5/13,35 = 0,037 mol/dm³⋅s

V₂ = 0,5/16,9 = 0,029 mol/dm³⋅s

V₃ = 0,5/21,5 = 0,023 mol/dm³⋅s

V₄ = 0,5/32,9= 0,015 mol/dm³⋅s

V₅ = 0,5/62,4 = 0,008 mol/dm³⋅s

V₆ = 0,5/156,9 = 0,003 mol/dm³⋅s

Wnioski:

Tak jak się spodziewaliśmy szybkość reakcji maleje wraz ze wzrostem stężenia związku.

Badanie wpływu temperatury na szybkość reakcji chemicznej

Do doświadczenia wykorzystujemy reakcje:

Na₂S₂O₃ + H₂SO₄ → H₂SO₃ + Na₂SO₄

Jest to reakcja bardzo szybko, dopiero później zaczyna się rozpad kwasu tiosiarkowego (VI) według reakcji:

H₂S₂O₃ → H₂SO₃ + S

Jako produkt reakcji wydziela się siarka w postaci bardzo drobnej białej zawiesiny. Pojawienie się tej zawiesiny przyjmuje się jako znak, że zaszła ilościowa reakcja.

Wykonanie ćwiczenia:

Przygotowujemy pięć par probówek po dwie sztuki. Do jednej wlewamy 5 cm³ Na₂S₂O₃ o stężeniu 0,5 mol/dm³, a do drugiej 5 cm³ roztworu kwasu siarkowego o stężeniu 0,25mol/dm³. Kwas dodajemy do tiosiarczanu w temperaturach: 20, 30, 40, 50, 60 ^oC. W tym celu ogrzewa się wcześniej w łaźnie wodnej każdą parę próbek przed reakcją. W momencie wlania kwasu włączamy stoper i mierzymy czas jaki upłynie do pojawienia się białej zawiesiny.

Nr	Stężenie H2S2O3 [mol/dm^3]	Temperatura [^oC]	Czas reakcji [s]	Szybkość reakcji [mol/dm^3⋅s]	Współczynnik temeperaturowy Θ
1 2 3 4 5	0,25 0,25 0,25 0,25 0,25	60 50 40 30 20	2,35 3,5 5 9,5 14,5	0,106 0,071 0,05 0,026 0,017	1,49 1,42 1,92 1,53 xxx

Obliczenia:

Obliczam stężenie tiosiarczanu sodu:

V₁ = 5 cm³ V₂ = 10 cm³ C₁ = 0,5mol/dm³

C = n/V

n = V₁ ⋅ C₁

n = 0,005 dm³ ⋅ 0,5 mol/dm³

n = 0,0025 mol

C H₂S₂O₃ = n/V₂

C H₂S₂O₃ = 0,0025 mol / 0,01 dm³

C H₂S₂O₃ = 0,25 mol/dm³

Obliczam prędkość reakcji

V₁ = 0,25/2,35 = 0,106 mol/dm³⋅s

V₂ = 0,25/3,5 = 0,071 mol/dm³⋅s

V₃ = 0,25/5 = 0,05 mol/dm³⋅s

V₄ = 0,25/9,5= 0,026 mol/dm³⋅s

V₅ = 0,25/14,5 = 0,017 mol/dm³⋅s

Obliczam współczynnik temperaturowy:

Θ = V_T / V_{T - 10}

Θ₁ = 0,106/0,071 = 1,49

Θ₁ = 0,071/0,05 = 1,42

Θ₁ = 0,05/0,026 = 1,92

Θ₁ = 0,026/0,017 = 1,53

Badanie wpływu stężenia katalizatora na szybkość redukcji KMnO₄ w środowisku kwaśnym

Wykonanie ćwiczenia:

Do siedmiu kolb stożkowych odmierzamy kolejno: 25 cm³ K₂C₂O₄ o stężeniu 0,1mol/dm³, 25 cm³ H₂SO₄ o stężeniu 2mol/dm³ oraz kolejno: 0; 1,0; 2,0; 3,0; 4,0; 5,0; 6,0 MnSO₄ o stężeniu 0,02mol/dm³. Po dokładnym wymieszaniu do kolejnych kolb z roztworami dodajemy po 1 cm³ roztworu KMnO₄ o stężeniu 0,02mol/dm³. mierzymy czas jaki upłynie od dodania KMnO₄ do odbarwienia się roztworu.

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

Mn⁷⁺ + 5e → Mn²⁺ |x2

C_­2³⁺ - 2e → 2C⁴⁺ | x5

2MnO₄^- + 5C₂O₄^2- + xH⁺ → 10CO₂ + 2Mn²⁺

2⋅(-1) + 5⋅ (-2) + X = 2⋅2

X = 16

Nr	Objętość roztworu MnSO4 [cm^3]	Objętość końcowa mieszaniny[cm^3]	Stężenie KMnO4 [mol/dm^3]	Czas reakcji [min]	Szybkość reakcji [mol/dm^3⋅min]
1 2 3 4 5 6 7	0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0	51 52 53 54 55 56 57	39⋅10^-3 38⋅10^-3 37,7⋅10^-3 37⋅10^-3 36⋅10^-3 35,7⋅10^-3 35⋅10^-3	3,92 2,07 1,41 1,28 1,14 1,1 1,02	0,0099 0,0184 0,0267 0,0289 0,0316 0,0324 0,0343

Obliczenia:

Obliczam stężenie KMnO₄ w mieszaninach:

V₁ = 1 cm³ = 0,001dm³ C = 0,02mol/dm³

C = n / V

n = V₁ ⋅ C₁

n = 0,001 dm³ ⋅ 0,02 mol/dm³

n = 0,00002 mol

C₁ = 0,00002/0,051 = 39⋅10^-3 mol/dm³

C₂ = 0,00002/0,052 = 38⋅10^-3 mol/dm³

C₃ = 0,00002/0,053 = 37,7⋅10^-3 mol/dm³

C₄ = 0,00002/0,054 = 37⋅10^-3 mol/dm³

C₅ = 0,00002/0,055 = 36⋅10^-3 mol/dm³

C₆ = 0,00002/0,056 = 35,7⋅10^-3 mol/dm³

C₇ = 0,00002/0,057 = 35⋅10^-3 mol/dm³

Obliczam stężenie katalizatora MnSO₄:

C = Cm⋅V/Vr

V_1k = 0cm³ , V_r1 = 51cm³ , C_1k = 0,02⋅0/51 = 0mol/dm³

V_2k = 1cm³ , V_r2 = 52cm³ , C_2k = 0,02⋅1/52 = 38,4⋅10^-3mol/dm³

V_3k = 2cm³ , V_r3 = 53cm³ , C_3k = 0,02⋅2/53 = 75⋅10^-3mol/dm³

V_4k = 3cm³ , V_r4 = 54cm³ , C_4k = 0,02⋅3/54 = 0,001111mol/dm³

V_5k = 4cm³ , V_r5 = 55cm³ , C_5k = 0,02⋅4/55 = 0,001454mol/dm³

V_6k = 5cm³ , V_r6 = 56cm³ , C_6k = 0,02⋅5/56 = 0,001785mol/dm³

V_7k = 6cm³ , V_r7 = 57cm³ , C_7k = 0,02⋅6/57 = 0,002105mol/dm³

Obliczam szybkość reakcji:

V₁ = 39⋅10^-3/3,92 = 0,0099mol/dm³min

V₂ = 38⋅10^-3/2,07 = 0,0184mol/dm³min

V₃ = 37,7⋅10^-3/1,41 = 0,0267mol/dm³min

V = 37⋅10^-3/1,28 = 0,0289mol/dm³min

V₅ = 36⋅10^-3/1,14 = 0,0316mol/dm³min

V₆ = 35,7⋅10^-3/1,1 = 0,0324mol/dm³min

V₇ = 35⋅10^-3/1,02 = 0,0343mol/dm³min

Doświadczenie to przedstawia katalizę jednofazową, a MnSO₄ jest katalizatorem dodatnim, gdyż przyspiesza reakcję.

Wpływ katalizatora na szybkość reakcji rozkładu wody utlenionej

Wykonanie ćwiczenia:

Do czterech probówek odmierzamy po 3 cm³ 10% roztworu nadtlenku wodoru. Do jednej dodajemy niewielka ilość ditlenku manganu (MnO₂), do drugiej 1 kroplę FeCl₃ o stężeniu 0,5mol/dm³,do trzeciej 1 kroplę H₃PO₄ o stężeniu 1mol/dm³ oraz kolejno: 0; 1,0; 2,0; 3,0; 4,0; 5,0; 6,0 MnSO₄ o stężeniu 0,02mol/dm³. porównujemy szybkość rozkładu nadtlenku w poszczególnych reakcjach.

2H₂O₂ → 2H₂O + O₂

---