Экспериментальное определение зависимости скорости реакции от концентрации соли (Ск–const; Т–const).

Лабораторная работа № 2 Вариант 1

Кинетика химических реакций

Цель работы:

Изучение кинетики химической реакции: H₂SO₄ + Na₂S₂O₃ ® Na₂SO₄ + SO₂ + H₂O +S¯

1.Выявление зависимости скорости реакции взаимодействия раствора серной кислоты постоянной концентрации и раствора соли [тиосульфат натрия (Na₂S₂O₃)] переменной концентрации от концентрации соли. Определение кинетического порядка реакции по соли.

2.Установление зависимости скорости реакции от температуры. Определение энергии активации (Е_а) и температурного коэффициента (g ) реакции.

Для выполнения и защиты лабораторной работы студент должен знать:

1. Зависимость скорости реакции от концентрации реагирующих веществ при постоянной температуре (ЗДМ – закон действующих масс):

v = k(T)×C_к^x×C_c^y , где

v –скорость реакции;k(T) – константа скорости реакции (постоянная величина при Т= const); C_ки C_c – концентрация кислоты и соли [ ]; x, y – кинетический порядок реакции по кислоте и соли (стехиометрические коэффициенты в молекулярном уравнении); (x + y)- суммарный кинетический порядок реакции

2. Зависимость константы скорости реакции от температуры (уравнение Аррениуса):

, где

Еа – энергия активации реакции [ ]; Т– температура [К]; R = 8,314 [ ] - универсальная газовая постоянная, А – частотный фактор

3. Понятие температурного коэффициента (Вант-Гоффа) реакции g : g=

Выполнение работы

Измерение скорости реакции v: v = 1 / t (с^-1)- скорость реакции

t (с) – время протекания реакции - время между моментом сливания растворов кислоты и соли, и моментом визуальной регистрации образования осадка серы (помутнение раствора). Измеряется секундомером с точностью ±0.5 с.

Поскольку скорость исследуемой реакции является функцией трех параметров (температура, концентрации реагентов - соли и кислоты), то, изучая кинетику реакции, определяют влияние на скорость реакции только одного параметра, два других не меняют, оставляя их постоянными.

Экспериментальное определение зависимости скорости реакции от концентрации соли (Ск–const; Т–const).

- Расчет объемов реагентов. Суммарный объем растворов реагентов во всех опытах равен 25 см³. Объем раствора кислоты во всех опытах равен V_к = 5 см³ (С_к–const).

Для приготовления различных значений концентрации водных растворов соли, остальной объем (20 см³) будут составлять раствор соли V_с, с концентрацией С₀= 0.5 , и объем воды V_в, т.е. V_с + V_в = 20 см³.Из соотношения С_с(V_c + Vв + Vк) = С₀V_cследует, что С_c = 0,02V_c.Зная значение концентрации раствора соли С_cнеобходимое для приготовления и выполнения опыта, объём соли V_cопределяют из соотношения V_c = С_c / 0,02. Объём воды Vв, необходимый для добавления к V_c,чтобы приготовить раствор соли нужной концентрацииС_с, находят из соотношения V_в = 20 - V_c [ см³ ].

- Выполнение измерений. При помощи бюреток с водой, раствором соли и кислоты помещают:

- в измерительный стакан соответствующие объемы воды и раствора соли (V_с + V_в = 20 см³)

- в пробирку раствор кислоты (V_к = 5 см³)

- приливают раствор кислоты из пробирки в измерительный стакан и по секундомеру определяют время протекания реакции.

- результаты измерений и расчетов вносят в таблицу 1

- по экспериментальным точкам строят график v=f(C_c)

- по виду графика определяют кинетический порядок реакции по соли (y)

Таблица 1

№	Сс	Vc = Сc / 0,02	Vв= 20 - Vc	Vк	t	v = 1 / t	v ·102
	моль/л	см3	см3	см3	с	с-1	с-1
	0,09
	0,19
	0,30
	0,38

Пример заполнения данными табл.1

№	Сс	Vc	Vв	Vк	t	v = 1 / t	v ·102
	моль/л	см3	см3	см3	с	с-1	с-1
	0,10					0,01219	1,22

Пример построения графика по данным табл.1

Кинетический порядок реакции по соли y =1.

2. Экспериментальное определение зависимости скорости реакции от температуры [С_к – const; С_с – const, С_с =0,09 моль/л].

- Выполнение измерений. Объем раствора кислоты во всех опытах равен V_к = 5 см³ (С_к–const). Измерение скорости реакции определяют так же, как и в первой части работы, при выполнении следующих условий:

- определение скорости одной и той же реакции (С_к – const; С_с – const) проводят при различных температурах, что приводит к изменению константы скорости реакции k(T). Для этого перед измерением t – времени протекания реакции, стакан с раствором соли(С_с =0,09 моль/л) и пробирку с раствором кислоты помещают в водяной термостат(баню) на 3-5 мин для нагревания или охлаждения реагентов до определенной температуры (диапазон температур трех водяных бань 0°C - 80°C). Температура водяной бани контролируется по термометру;

-после стабилизации температуры растворов соли и кислоты в водяной бане (через 3-5 мин) их сливают и по секундомеру определяют t -время протекания реакции, а температуру реакции t(°C)принимают равной температуре водяной бани.

- результаты измерений и расчетов заносят в таблицу 2;

- по экспериментальным точкам строят график v=f(Т), из которого определяют температурный коэффициент реакции g;

- по экспериментальным точкам строят график lnv=f(1/Т), из которого определяют энергию активации реакции Еа

Таблица 2

№	t	T= t+273	1/T	(1/T)·103	t	v = 1 / t	ln v	v ·102
	°C	K	K-1	K-1	c	с-1	-	с-1

Пример заполнения данными табл.2

№	t	T	1/T	(1/T)·103	t	v = 1 / t	ln v	v ·102
	оC	K	K-1	K-1	c	с-1	-	с-1
			0,003195	3,20		0,03030	-3,50	3,03

Пример построения графиков по данным табл.2