1.Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest wyznaczenie szybkości rozkładu wody utlenionej w obecności różnych ilości katalizatora (MnO₂) oraz w roztworze nie zawierającym tego katalizatora, a także jakościowe sprawdzenie wpływu intensywności mieszania roztworu na szybkość reakcji w obecności katalizatora. Wykorzystując uzyskane wyniki pomiarowe należy stwierdzić, czy podane niżej równania opisują zadowalająco kinetykę badanego procesu oraz wyciągnąć wnioski odnośnie do przyjętej hipotezy roboczej. W przypadku stwierdzenia zgodności równań z wynikami pomiarowymi należy wyznaczyć współczynniki równań oraz przeprowadzić dyskusję wyników.

2.Wprowadzenie

W procesach katalizy heterogenicznej katalizator i substraty reakcji tworzą dwie różne fazy. Reakcja jest przyspieszana na granicy faz. Na pierwszy plan wysuwają się problemy struktury powierzchni katalizatora i jego miejsc aktywnych. Katalizator wpływa jedynie na szybkość reakcji chemicznej (przyspiesza lub zwalnia ją), nie posiada natomiast wpływu na równowagę chemiczną. Procesem poprzedzającym zazwyczaj reakcję heterogeniczną jest adsorpcja substancji reagujących.

Tematem niniejszego ćwiczenia jest katalityczny rozkład wody utlenionej. Stechiometrię tej reakcji opisuje równanie:

2 H₂O₂ = 2 H₂O + O₂ (1)

Stwierdzono, że szybkość rozkładu H₂O₂ wzrasta, jeżeli reagujący roztwór pozostaje w kontakcie z metalami, niektórymi tlenkami metali itp. Przyjmijmy jako hipotezę roboczą, że szybkość reakcji rozkładu H₂O₂ na powierzchni katalizatora jest znacznie większa (różnica co najmniej 1 do 2 rzędów wielkości) od szybkości dyfuzji H₂O₂ do powierzchni katalizatora. W takim przypadku szybkość reakcji heterogenicznej będzie determinowana przez dyfuzję H₂O₂. Jeśli jednocześnie założyć, że szybkość reakcji rozpadu w masie roztworu jest zaniedbywalnie mała, to szybkość całego procesu można opisać za pomocą równania (2), które wyprowadzono z pierwszego prawa Ficka:

(2)

gdzie: dc oznacza zmianę stężenia H₂O₂ w czasie dt (-dc/dt jest szybkością rozkładu); D - współczynnik dyfuzji substancji dyfundującej powoli przez nieruchomą warstwę cieczy , przylegającą do powierzchni fazy stałej jest tym mniejsze, im większa intensywność mieszania roztworu; k - współczynnik proporcjonalności jest wielkością stałą w stałej temperaturze; F - oznacza powierzchnię fazową katalizatora pozostającą w kontakcie z roztworem; V - objętość reagującego roztworu; c - stężenie H₂0₂ w dowolnym momencie czasu t. Całkując równanie (2) w granicach od O do t oraz od c₀ do c, otrzymuje się równania (3) oraz (4):

(3)

lub
(4)

Wyniki pomiarów:

1. dla roztworu zawierającego 8 cm³ katalizatora

8cm^3 Katalizatora
T[s]	V KMnO4 [cm^3]	lnVKMnO4
0	0	-
360	4,6	1,53
660	3,1	1,13
1320	2,6	0,96
1620	1,8	0,59
1920	1,1	0,1
2220	1	0
2520	0,5	-0,69
2820	0,45	-0,8

y = -0,00095x + 1,95294

y=ax+b
y=ln(Vt)	a=-k
x=t	b=ln(Vo)

k=0,00095

2. dla roztworu zawierającego 10 cm³ katalizatora

10cm^3 Katalizatora
T[s]	V KMnO4 [cm^3]	lnVKMnO4
0	0	-
223	6	1,79
515	2,9	1,06
720	2,6	0,96
943	1,6	0,47
1123	1,4	0,34
1365	1,2	0,18
1520	1,2	0,18
1730	1	0
1911	0,8	-0,22
2120	0,6	-0,51
2310	0,4	-0,92

y = -0,00110x + 1,75096

y=ax+b
y=ln(Vt)	a=-k
x=t	b=ln(Vo)

k=0,0011

0cm^3 Katalizatora
T[s]	V KMnO4 [cm^3]	lnVKMnO4
0	0	-
840	18,2	2,9
2610	14	2,64
4380	11,6	2,45
6180	9,4	2,24

y = -0,00012x + 2,98467

y=ax+b
y=ln(Vt)	a=-k
x=t	b=ln(Vo)

k=0,00012

Stale szybkosci	Objętość
k	V
0,00012	0
0,00095	8
0,0011	10

Szybkość reakcji wzrasta wraz ze wzrostem ilości katalizatora

Stężenie katalizatora jest proporcjonalne do objętości dodanego roztworu KMnO4

Aby dokładnie sprawdzić czy jest spełnione równanie Ostwalda trzebaby wykonać większą

ilość pomiarów na większej ilości roztworów z różną ilością katalizatora.

Błędy mogły również powstać wskutek naszych błędów pomiarowych.

---