Frankiewicz Waldemar

III rok chemii inf.

Wyznaczanie rzędu reakcji metodą całkową

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

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⁺.

(Ze względu na fakt, że metoda najmniejszych kwadratów jest bardzo czasochłonna, prosimy o uwzględnienie parametrów krzywych wyznaczonych metoda graficzną.)

Metodą graficzną wyznaczyliśmy równanie krzywej kalibracyjnej:

E = 6712,86 · C_Fe(SCN) - 0,0264

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⁺ =

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

t [ sec]	E	c Fe ^3+ [mol/dm^3]	C Fe^2+ [mol/dm^3]	C
60	0,143	2,52351E-05	2,5 ·10^-3	0,002475	404,0788
120	0,181	3,08959E-05			0,002469	405,0052
180	0,215	3,59608E-05			0,002464	405,8377
240	0,257	4,22175E-05			0,002458	406,8708
300	0,299	4,84741E-05			0,002452	407,9092
360	0,345	5,53266E-05			0,002445	409,0526
420	0,394	6,26261E-05			0,002437	410,2776
480	0,442	6,97765E-05			0,00243	411,4848
540	0,493	7,73739E-05			0,002423	412,7752
600	0,544	8,49712E-05			0,002415	414,0737
660	0,596	9,27176E-05			0,002407	415,4062
720	0,650	0,000100762			0,002399	416,799
780	0,705	0,000108955			0,002391	418,2272
840	0,762	0,000117446			0,002383	419,7177
900	0,819	0,000125937			0,002374	421,2189
960	0,877	0,000134578			0,002365	422,7575
1020	0,935	0,000143218			0,002357	424,3073
1080	0,994	0,000152007			0,002348	425,8956
1140	1,054	0,000160945			0,002339	427,523

Zależność wartości E od stężenia jonów Fe⁺³

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

t[sec]	E	c Fe ^3+ [mol/dm^3]	c Fe ^2+ [mol/dm^3]	C	1/C
60	0,148	2,6E-05	1,5*10^-3	0,001474	678,4168
120	0,161	2,79E-05			0,001472	679,3093
180	0,176	3,02E-05			0,00147	680,342
240	0,191	3,24E-05			0,001468	681,3779
300	0,211	3,54E-05			0,001465	682,7639
360	0,231	3,83E-05			0,001462	684,1557
420	0,251	4,13E-05			0,001459	685,553
480	0,271	4,43E-05			0,001456	686,9562
540	0,292	4,74E-05			0,001453	688,4356
600	0,314	5,07E-05			0,001449	689,9924
660	0,336	5,4E-05			0,001446	691,5562
720	0,358	5,73E-05			0,001443	693,1271
780	0,383	6,1E-05			0,001439	694,921
840	0,403	6,4E-05			0,001436	696,3627
900	0,425	6,72E-05			0,001433	697,9556
960	0,449	7,08E-05			0,001429	699,7016
1020	0,471	7,41E-05			0,001426	701,3098
1080	0,493	7,74E-05			0,001423	702,9254
1140	0,515	8,07E-05			0,001419	704,5484
1200	0,54	8,44E-05			0,001416	706,4019
1260	0,564	8,8E-05			0,001412	708,1905
1320	0,588	9,15E-05			0,001408	709,9882
1380	0,612	9,51E-05			0,001405	711,795
1440	0,636	9,87E-05			0,001401	713,611
1500	0,66	0,000102			0,001398	715,4363
1560	0,683	0,000106			0,001394	717,1943
1620	0,707	0,000109			0,001391	719,038
1680	0,731	0,000113			0,001387	720,8912
1740	0,756	0,000117			0,001383	722,8319
1800	0,78	0,00012			0,00138	724,7047
1860	0,805	0,000124			0,001376	726,6659
1920	0,83	0,000128			0,001372	728,6378
1980	0,854	0,000131			0,001369	730,5409
2040	0,878	0,000135			0,001365	732,454
2100	0,903	0,000138			0,001362	734,4574
2160	0,928	0,000142			0,001358	736,4719
2220	0,952	0,000146			0,001354	738,4162
2280	0,977	0,000149			0,001351	740,4524
2340	1,002	0,000153			0,001347	742,4999

Wyrysowuje zależność między 1/C a czasem t

1) dla stężenia początkowego Fe⁺² wynosiło c₀ = 2,5·10^-3:

2) dla stężenia początkowego Fe⁺² wynosiło c₀ = 1,5·10^-3:

Równanie funkcji: y-y₁=
(x - x₁)

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

ma postać:

y = 0,0248 * x + 399,2

k = 0,0248

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

ma postać:

y = 0,0281 * x + 676.72

k = 0,0281

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' =

równanie zależności liczby postępu od czasu dla stężenia 2.5 · 10^-3,wyznaczone metodą graficzną ma postać:

y = 5,8 · 10^-5 · x - 0,00178

a dla stężenia 1.5 · 10^-3 ma postać:

Y = 3,72 · 10^-5 · x + 0.0151

Dla liczby postępu równej 0.0448 czas dla prostej obrazującej zależność dla stężenia

2.5 · 10^-3 wynosi t₁ = 788 s

a dla stężenia 1,5 · 10^-3 wynosi t₂ = 900 s

Ze wzoru :

n = 1 +

możemy obliczyć rząd reakcji

n = 1 +
= 1,46

t[sec]	x'	t[sec]	x'
60	0,0173	60	0,0017
120	0,0186	120	0,0124
180	0,0201	180	0,0144
240	0,0216	240	0,0169
300	0,0236	300	0,0194
360	0,0256	360	0,0221
420	0,0275	420	0,0251
480	0,0295	480	0,0279
540	0,0316	540	0,0309
600	0,0338	600	0,0340
660	0,0360	660	0,0371
720	0,0382	720	0,0403
780	0,0407	780	0,0436
840	0,0426	840	0,0470
900	0,0448	900	0,0504
960	0,0472	960	0,0538
1020	0,0494	1020	0,0573
1080	0,0516	1080	0,0608
1140	0,0538	1140	0,0644
1200	0,0563
1260	0,0586
1320	0,0610
1380	0,0634
1440	0,0658
1500	0,0682
1560	0,0705
1620	0,0728
1680	0,0752
1740	0,0777
1800	0,0801
1860	0,0826
1920	0,0851
1980	0,0874
2040	0,0898
2100	0,0923
2160	0,0948
2220	0,0972
2280	0,0996
2340	0,1021

1

---