|
UNIWERSYTET ZIELONOGÓRSKI Wydział Inżynierii Lądowej i Środowiska Instytut Inżynierii Środowiska |
|
|
CHEMIA FIZYCZNA LABORATORIUM
|
|
III ROK INŻYNIERII ŚRODOWISKA STUDIA DZIENNE
|
|
|
Kinetyka chemiczna. Wyznaczenie stałej szybkości i rzędu reakcji.
TEMAT 5
|
Metodyka.
Zadanie polega na wyznaczeniu rzędu reakcji utleniania jonów Fe2+ jonami ClO3- w środowisku kwaśnym, zachodzącej według sumarycznego równania:
Stwierdzono, że etapem decydującym o kinetyce jest reakcja:
Stosujemy metodę polegającą na określeniu czasu, w ciągu którego przereagowuje zadany ułamek substratów.
Przebieg reakcji śledzimy przez fotometryczny pomiar stężenia jonów Fe3+ pod postacią kompleksu rodankowego. Pomiar prowadzimy dla dwóch serii roztworów o różnym stężeniu początkowym , przy czym stężenia reagentów są takie same.
Materiały.
Aparatura:
spektrofotometr Spekol; ultratermostat ; szkło laboratoryjne.
Odczynniki:
roztwór soli żelazowej
o stężeniu 0,002 mol/dm3 i 0,004 mol/dm3 ;
roztwór chloranu
o stężeniu 0,002 mol/dm3 i 0,004 mol/dm3 ; 25%-owy roztwór rodanku amonowego; 0,1m
Wykonanie ćwiczenia.
Sporządzić roztwory reagentów w 0,1n HCl i umieścić je w termostacie nastawionym na ustaloną z góry temperaturę. Bezpośrednio przed rozpoczęciem pomiarów mieszać w stosunku 1:1 roztwory jonów
i
o stężeniach 0,002 mol/dm3. Z naczynia reakcyjnego pobrać do kolbki 2 cm3 mieszaniny, rozcieńczyć 18 cm3 0,1 n
i dodać 2cm3 rodanku. Czas odczytu określić w momencie rozcieńczenia - następuje wtedy gwałtowne zahamowanie biegu reakcji. Dalsze pomiary wykonać przy tej samej długości fali w 10-cio minutowych odstępach. Podobnie postępować z roztworem sporządzonym z mieszaniny
i
o stężeniach 0,004 mol/dm3. W międzyczasie sporządzić krzywą cechowania stężenia jonów
dla długości fali λ=480nm na podstawie pomiaru ekstynkcji kompleksu rodankowego. Krzywą cechowania przedstawić na wykresie.
Wykres 1: Krzywa cechowania E( c ) dla jonów
przy λ=480nm
Przedstawienie wyników pomiarów.
Wyniki odczytów ekstynkcji pobieranych próbek w miarę postępu reakcji i znalezionych z krzywej cechowania stężeń x jonów
przedstawić odpowiednio w tabelach nr 1 i 2. Tabele te powinny zawierać także wartości stężenia substratu c oraz liczby postępu reakcji x′, która jest stosunkiem x do stężenia początkowego substratu co.
Na podstawie uzyskanych wyników sporządzić wykres zależności 1/c od czasu, w myśl równania reakcji II rzędu /dla równych ilości substratów, równanie [1]/
równanie [1]
Tabela 1. Wyniki pomiaru szybkości utleniania jonów
przy stężeniu początkowym co=0,001mol/dm3.
t[s]
|
0 |
600 |
1200 |
2400 |
3600 |
E
|
0 |
0,04 |
0,075 |
itd |
itd. |
x • 105 (*) |
|
|
|
|
|
c • 104 |
|
|
|
|
|
(1/c) • 10-4 |
|
|
|
|
|
x′ |
|
|
|
|
|
Z nachylenia prostej : k=0,190dm3 mol x s
(*) Wartości znalezione /metodą najmniejszych kwadratów/ na podstawie zmierzonych ekstynkcji były mnożone przez 11, aby uwzględnić efekt rozcieńczenia, przy czym :
c = co- x
x′ = x/co
Tabela 2. Wyniki pomiaru szybkości utleniania jonów
przy stężeniu początkowym co=0,002mol/dm3.
T[s]
|
0 |
600 |
1200 |
2400 |
3600 |
E
|
0 |
0,02 |
0,0325 |
0,045 |
0,09 |
x • 105 (*) |
|
|
|
|
|
c • 104 |
|
|
|
|
|
(1/c) • 10-4 |
|
|
|
|
|
x′ |
|
|
|
|
|
Z nachylenia prostej k = 0,168dm3/mol x s
Wykres 2: Zależność 1/c od t dla dwu stężeń początkowych
Do określenia rzędu reakcji zastosować jednak należy metodę całkową. W tym celu sporządzić wykresy zależności liczby postępu reakcji od czasu. Przebiegi x′=f(t) dla obu stężeń początkowych przedstawić na wykresie nr 3.
Z wykresu 3 odczytujemy wartości t1 i t2 dla dowolnej wartości liczby postępu reakcji i wstawiamy do poniższego równania [2]
gdzie a1 i a2 - stężenie początkowe substratu.
Wykres 3. Wykres zależności x′od t dla dwu stężeń początkowych.
Zakres wiadomości teoretycznych:
Szybkość reakcji chemicznych; równanie kinetyczne; stała szybkości reakcji; rząd reakcji; wpływ różnych czynników na szybkość reakcji; wyznaczanie stałej szybkości i rzędu reakcji chemicznej.