Anna Bajszczak

Ćwiczenie 40b

Wyznaczanie rzędu reakcji metodą całkową

Celem ćwiczenia jest wyznaczenie przy pomocy metody całkowej rzędu reakcji utleniania jonów Fe²⁺ jonami ClO₃^- w środowisku kwaśnym.

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.

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⁺. Stężenie jonów Fe⁺³ oznaczamy na podstawie krzywej kalibracyjnej podstawiając wartość E zmierzoną po czasie t przebiegu reakcji do równania prostej otrzymanego metodą najmniejszych kwadratów.

Równanie krzywej kalibracyjnej : E = 7653,71 · C_Fe(SCN) + 0,0663

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.

C Fe³⁺ = E - 0,0663 / 7653,71

Dla roztworu o stężeniu początkowym Fe²⁺ równym 2,5 ·10^-3 mamy:

t [ sec]	E	c Fe ^3+	C Fe^2+
				[mol/dm^3]		[mol/dm^3]	C
60	0,237	0,0000397		0,002460	406,458
120	0,268	0,0000438		0,002456	407,130
180	0,306	0,0000488		0,002451	407,956
240	0,348	0,0000543		0,002446	408,874
300	0,389	0,0000596		0,002440	409,774
360	0,432	0,0000653		0,002435	410,721
420	0,478	0,0000713		0,002429	411,740
480	0,516	0,0000763		0,002424	412,586
540	0,554	0,0000812		0,002419	413,434
600	0,594	0,0000865		0,002414	414,332
660	0,635	0,0000918	0,0025	0,002408	415,256
720	0,677	0,0000973		0,002403	416,206
780	0,72	0,0001030		0,002397	417,184
840	0,765	0,0001089		0,002391	418,212
900	0,807	0,0001144		0,002386	419,177
960	0,852	0,0001203		0,002380	420,215
1020	0,897	0,0001262		0,002374	421,258
1080	0,941	0,0001319		0,002368	422,283
1140	0,987	0,0001379		0,002362	423,360
1200	1,033	0,0001440		0,002356	424,443

dla roztworu drugiego o stężeniu początkowym Fe²⁺ = 1,5·10^-3

t[sec]	E	c Fe ^3+	c Fe ^2+	C	1/C
						[mol/dm^3]	[mol/dm^3]
120	0,227	0,0000384	0,0015	0,001462	684,19
240	0,268	0,0000438		0,001456	686,71
360	0,311	0,0000494		0,001451	689,38
480	0,357	0,0000554		0,001445	692,25
600	0,408	0,0000621		0,001438	695,47
720	0,461	0,0000691		0,001431	698,84
840	0,511	0,0000756		0,001424	702,05
960	0,565	0,0000827		0,001417	705,56
1080	0,614	0,0000891		0,001411	708,76
1200	0,667	0,0000960		0,001404	712,27
1320	0,721	0,0001031		0,001397	715,87
1440	0,778	0,0001106		0,001389	719,72
1560	0,829	0,0001173		0,001383	723,20
1680	0,884	0,0001245		0,001376	726,98
1800	0,939	0,0001317		0,001368	730,81
1920	0,994	0,0001389		0,001361	734,68

Równanie prostej dla reakcji, w której stężenie początkowe Fe²⁺ wynosiło c₀ = 2,5·10^-3

ma postać:

y = 0,015814· x + 405,0668

k = 0,015814

Równanie prostej dla reakcji, w której stężenie początkowe Fe²⁺ wynosiło c₀ = 1,5·10^-3

ma postać:

y = 0,02833 · x + 679,0247

k = 0,02833

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' =

t[sec]	x' (C=2.5*10-3)	t[sec]	x' (C=1,5*10-3)
60	0,0159	120	0,02561
120	0,0175	240	0,02919
180	0,0195	360	0,03294
240	0,0217	480	0,03696
300	0,0239	600	0,04141
360	0,0261	720	0,04604
420	0,0285	840	0,05040
480	0,0305	960	0,05512
540	0,0325	1080	0,05940
600	0,0346	1200	0,06402
660	0,0367	1320	0,06874
720	0,0389	1440	0,07372
780	0,0412	1560	0,07817
840	0,0435	1680	0,08297
900	0,0457	1800	0,08777
960	0,0481	1920	0,09257
1020	0,0505
1080	0,0528
1140	0,0552
1200	0,0576

Dla liczby postępu równej 0.04 czas dla prostej obrazującej zależność dla stężenia

2.5 · 10^-3 wynosi t₁ = 737,87 s

a dla stężenia 1,5 · 10^-3 wynosi t₂ = 547,606 s

Ze wzoru :

n = 1 +

możemy obliczyć rząd reakcji

n = 1 + log(t₁:t₂)/log(c₀₂:c₀₁)

n =1+ log(1,347)/log(0,6)

n =1+ 0,5829

n =1,5829

Wnioski:

Na podstawie otrzymanych wyników (n = 1,5829) możemy być prawie pewni że reakcja utleniania jonów żelaza (II) jonami chloranowymi w środowisku kwaśnym jest rzędu drugiego.

1

---