WSTĘP TEORETYCZNY:
Stałą szybkości reakcji nazywamy współczynnik proporcjonalności k w równaniu kinetycznym.
W klasycznej kinetyce przyjmuje się, że stała k jest niezależna od stężenia reagentów i czasu reakcji, natomiast zmienia się z temperaturą i zależy od rodzaju i stężenia katalizatorów. Stała szybkości wyraża liczbowo szybkość reakcji, gdy stężenie każdego z substratów wynosi 1 mol/l. Wymiar stałej zależy od postaci równania kinetycznego i wyraża się ogólnym wzorem:
Jodowanie acetonu jest reakcją autokatalizowaną przez jony wodorowe, będące jednym z jej produktów:
Jest to reakcja dwustopniowa, następcza:
Etap I
Etap II
Etap I jest powolny, odwracalny i decydujący o szybkości całej reakcji. Przebieg jego jest następujący:
postać ketonowa postać enolowa
W rezultacie szybkość całej reakcji zależy od stężenia acetonu (a-x) i kwasu (b+x), a nie zależy od stężenia jodu. Reakcja jodowania acetonu jest reakcją drugiego rzędu i szybkość jej możemy wyrazić następującym wzorem:
lub po scałkowaniu:
gdzie:
k - stała szybkości
a - początkowe stężenie acetonu
b - początkowe stężenie jonów wodorowych
x - ubytek stężenia acetonu (równy przyrostowi stężenia kwasu) po czasie t
Energią aktywacji nazywamy minimum energii jaką powinny być obdarzone cząsteczki, aby mogły przereagować. Można ją obliczyć na podstawie równania Arrheniusa:
A - współczynnik częstotliwości
Energię aktywacji można również obliczyć znając dwie stałe szybkości danej reakcji w dwóch różnych temperaturach ze wzoru:
lub badając nachylenie prostej w układzie współrzędnych lg k = f(1/T).
WYNIKI:
Dla roztworu A 40mlHCl
t |
Vt |
x |
a-x |
b+x |
ln(a(b+x})/(b(a-x)) |
|
0 |
16,2 |
0 |
0,109 |
0,16 |
0 |
|
15 |
15,8 |
1E-04 |
0,1089 |
0,1601 |
0,001543 |
|
30 |
14,1 |
0,000525 |
0,108475 |
0,160525 |
0,008104 |
|
45 |
13,5 |
0,000675 |
0,108325 |
0,160675 |
0,010422 |
|
60 |
13 |
0,0008 |
0,1082 |
0,1608 |
0,012354 |
|
75 |
12,5 |
0,000925 |
0,108075 |
0,160925 |
0,014287 |
|
90 |
10 |
0,00155 |
0,10745 |
0,16155 |
0,023963 |
|
105 |
8,35 |
0,001963 |
0,107038 |
0,161963 |
0,03036 |
|
120 |
7,25 |
0,002238 |
0,106763 |
0,162238 |
0,034629 |
|
135 |
6,5 |
0,002425 |
0,106575 |
0,162425 |
0,037541 |
|
Dla roztworu B:20 ml HCl
t |
Vt |
x |
a-x |
b+x |
ln(a(b+x})/(b(a-x)) |
|
0 |
16 |
0 |
0,109 |
0,08 |
0 |
|
15 |
14,4 |
0,0004 |
0,1086 |
0,0804 |
0,008664 |
|
30 |
13,5 |
0,000625 |
0,108375 |
0,080625 |
0,013533 |
|
45 |
13,3 |
0,000675 |
0,108325 |
0,080675 |
0,014614 |
|
60 |
13,25 |
0,000688 |
0,108313 |
0,080688 |
0,014884 |
|
75 |
12,5 |
0,000875 |
0,108125 |
0,080875 |
0,018938 |
|
90 |
8,35 |
0,001913 |
0,107088 |
0,081913 |
0,041327 |
|
105 |
8,25 |
0,001938 |
0,107063 |
0,081938 |
0,041865 |
|
120 |
8 |
0,002 |
0,107 |
0,082 |
0,043212 |
|
135 |
7,5 |
0,002125 |
0,106875 |
0,082125 |
0,045904 |
|
OPRACOWANIE WYNIKÓW:
I.Obliczenia dla roztworu A
Podstawiając do wzoru kolejno każdą otrzymaną wartość otrzymujemy wykres obrazujący zależność zmian stężenia w czasie
gdzie:
k - stała szybkości
a - początkowe stężenie acetonu
b - początkowe stężenie jonów wodorowych
x - ubytek stężenia acetonu (równy przyrostowi stężenia kwasu) po czasie t
Stężenia początkowe acetonu a i kwasu b, zostały obliczone na podstawie zależności:
Ubytek stężenia acetonu „x” (i równy mu przyrost stężenia kwasu) po upływie czasu t obliczamy w oparciu o równanie reakcji redukcji jodu tiosiarczanem i reakcję jodowania acetonu. Ubytek ten jest dwukrotnie mniejszy od ubytku tiosiarczanu, a więc: od różnicy ilości moli Na2S2O3 zużyte na początku (Vo) i po upływie czasu t (V1) na zmiareczkowanie nadmiaru jodu
gdzie Vo i Vt to ilości Na2S2O3 zużyte na zmiareczkowanie 25 cm3 mieszaninie reagującej na początku reakcji (t=0) i po czasie t, c - stężenie Na2S2O3 w mol/dm3
Analogicznieobliczam ubytek stężenia acetonu dla pozostałych próbek otrzymuje wykres
z powyższego wykresu odczytuje współczynnik kierunkowy prostej: a'=0,00025. Na tej podstawie obliczam stałą szybkości k
y= a'x
Podczas eksperymentu badano stałą szybkości reakcji jodowania acetonu w stałej temperaturze (298,15 K) dla dwu mieszanin reakcyjnych o różnym stężeniu kwasu solnego (35 ml HCl i 25 ml HCl). Wartości tych stałych wynoszą odpowiednio:
II.Obliczenia dla roztworu B
a=0,109[mol/l]
obliczam stężenie kwasu b
obliczam ubytek stężenia acetonu (x) wg wzoru:
z powyższego wykresu odczytuję a' i obliczam k
y = a'x
WNIOSKI:
Stała szybkości procesu jodowania acetonu w roztworze zawierającym 20 ml
1 M HCl wynosi
natomiast stała szybkości tego procesu w roztworze zawierającym 40 ml HCl jest mniejsza i wynosi
Reakcja jodowania acetonu jest reakcją drugiego rzędu i zależy m.in od stężenia jonów wodorowych w roztworze. Szybkość powyższej reakcji wskazuje ,że przebiega ona szybciej , gdy jonów wodorowych jest mniejzatem nie są one katalizatorem tej reakcji są jednym z produktów i wraz ze wzrostem ich stężenia reakcja biegnie wolniej.
2