Emilia Furtak

Ćwiczenie 43b

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	0,001613	0,0025	0,000887	1127,995
120	0,268	0,001618		0,000882	1133,185
180	0,306	0,001623		0,000877	1139,611
240	0,348	0,001628		0,000872	1146,800
300	0,389	0,001633		0,000867	1153,905
360	0,432	0,001639		0,000861	1161,453
420	0,478	0,001645		0,000855	1169,637
480	0,516	0,001650		0,000850	1176,485
540	0,554	0,001655		0,000845	1183,414
600	0,594	0,001660		0,000840	1190,796
660	0,635	0,001666		0,000834	1198,459
720	0,677	0,001671		0,000829	1206,411
780	0,72	0,001677		0,000823	1214,664
840	0,765	0,001683		0,000817	1223,421
900	0,807	0,001688		0,000812	1231,710
960	0,852	0,001694		0,000806	1240,716
1020	0,897	0,001700		0,000800	1249,855
1080	0,941	0,001706		0,000794	1258,922
1140	0,987	0,001712		0,000788	1268,543
1200	1,033	0,001718		0,000782	1278,312

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	0,001612	0,0015	0,000112	8915,69
240	0,268	0,001618		0,000118	8508,37
360	0,311	0,001623		0,000123	8119,34
480	0,357	0,001629		0,000129	7740,71
600	0,408	0,001636		0,000136	7360,18
720	0,461	0,001643		0,000143	7002,44
840	0,511	0,001649		0,000149	6695,44
960	0,565	0,001656		0,000156	6392,74
1080	0,614	0,001663		0,000163	6140,82
1200	0,667	0,001670		0,000170	5889,77
1320	0,721	0,001677		0,000177	5654,26
1440	0,778	0,001684		0,000184	5425,27
1560	0,829	0,001691		0,000191	5235,55
1680	0,884	0,001698		0,000198	5045,28
1800	0,939	0,001705		0,000205	4868,36
1920	0,994	0,001713		0,000213	4703,43

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

ma postać:

y = 0,131802· x + 75373

k = 0,131802

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

ma postać:

y = -2,32622 · x + 332909

k = -2,32622

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'	t[sec]	x'
60	0,6454	120	1,0748
120	0,6470	240	1,0784
180	0,6490	360	1,0821
240	0,6512	480	1,0861
300	0,6534	600	1,0906
360	0,6556	720	1,0952
420	0,6580	840	1,0996
480	0,6600	960	1,1043
540	0,6620	1080	1,1086
600	0,6641	1200	1,1132
660	0,6662	1320	1,1179
720	0,6684	1440	1,1229
780	0,6707	1560	1,1273
840	0,6730	1680	1,1321
900	0,6752	1800	1,1369
960	0,6776	1920	1,1417
1020	0,6800
1080	0,6823
1140	0,6847
1200	0,6871

2

---