Порядок проведения эксперимента
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Уфимский государственный нефтяной технический университет
Филиал в г. Салавате
Кафедра «Химико-технологических процессов»
ОТЧЁТ
по лабораторной работе по физической химии
Определение порядка реакции окисления йодид-ионов ионами
Трёхвалентного железа
ХТП-ФХ-3-04.00.00.000 ЛР
Выполнил:
Студент гр. ТП-01-21 Д.Х. Файрузов
Проверил:
Ассистент А.В. Ситдикова
Салават 2003 г.
Цель работы: установление частных порядков и общего порядка реакции
. (1)
Краткие теоретические основы:Для определения частных порядков по отношению к Fe3+ и J- используется дифференциальный метод Вант-Гоффа. Допускают, что начальная скорость реакции определяется уравнением
, (2)
где 
- начальная концентрация Fe3+;
- начальная концентрация J-;
n1,n2 – частные порядки.
После логарифмирования уравнения (2) получим
. (3)
Если в серии опытов изменяют начальную концентрацию ионов трехвалентного железа, а начальную концентрацию ионов йода сохраняют постоянной, то уравнение (3) можно записать в виде
, (4)
где А2 – постоянная величина, равная 
.
Если же в серии опытов изменяют начальную концентрацию йода, а концентрацию трехвалентного железа сохраняют постоянной, то уравнение (4) можно преобразовать в вид
, (5)
где А2 – постоянная величина, равная 
.
Уравнения (4) и (5) используются для определения порядков по отношению к ионам трехвалентного железа и ионам йода.
Порядок проведения эксперимента.
Определение частного порядка по отношению к Fe3+:В четыре колбы наливают растворы Fe(NO3)3, HNO3, KNO3 и дистиллированную воду в тех соотношениях, которые указаны в таблице 1.
| Раствор | Объём раствора, мл | |||
| Колба 1 | Колба 2 | Колба 3 | Колба4 | |
| 1/60МFe(NO3)3 | ||||
| 0,1M HNO3 | ||||
| 0,1M KNO3 | ||||
| H2O |
Таблица 1 - Объемы растворов, необходимые для эксперимента
В первую колбу добавляют несколько капель 1 % (масс.) раствора крахмала, 20 мл 0,025М KJ, раствор энергично перемешивают. Момент вливания раствора KJиз пипетки в колбу принимают за начало реакции (включают секундомер и не выключают его, пока не проделают опыт с одной колбой). Выделившийся йод в результате протекания реакции взаимодействует с крахмалом, и реакционная смесь окрашивается в синий цвет. Через 2 минуты после начала реакции в реакционную смесь вливают 0,01 М Na2S2O3до исчезновения синей окраски. Отмечают на бюретке количество добавленного раствора тиосульфата и время повторного появления синей окраски. Через 2 минуты снова добавляют раствор тиосульфата до исчезновения синей окраски. Эту операцию проделывают 5-6 раз.
Аналогичные опыты проделывают со второй, третьей и четвертой колбами. Экспериментальные данные заносят в таблицу.
Обработка экспериментальных данных:В момент появления синей окраски количество добавленного тиосульфата эквивалентно количеству двухвалентного железа:
, (6)
где Сm– концентрация тиосульфата;
Сx– концентрация двухвалентного железа;
Vm– общий объем израсходованного тиосульфата от начала реакции к
моменту времени t;
V– объем реакционной смеси, принимаем равным 100 мл.
Из уравнения (6) следует:
. (7)
Результаты заносят в таблицу.
| , сек | Vm,мл | Сх, моль/л | 1/Сх | 1/ |
| 1,8 | 0,00018 | 5555,55 | 0,005 | |
| 3,9 | 0,00039 | 2564,102 | 0,00212 | |
| 6,4 | 0,00064 | 1562,5 | 0,00153 | |
| 9,3 | 0,00093 | 1075,28 | 0,00121 | |
| 12,6 | 0,00126 | 793,65 | 0,00101 |
Таблица 2 - Результаты кинетических измерений колбы 1.
| , сек | Vm,мл | Сх, моль/л | 1/Сх | 1/ |
| 2,2 | 0,00022 | 4545,45 | 0,00571 | |
| 5,2 | 0,00052 | 1923,02 | 0,0027 | |
| 8,7 | 0,00087 | 1149,42 | 0,0018 | |
| 12,6 | 0,00126 | 793,65 | 0,00139 | |
| 17,1 | 0,00171 | 584,79 | 0,00102 |
Таблица 3 - Результаты кинетических измерений колбы 2.
| , сек | Vm,мл | Сх, моль/л | 1/Сх | 1/ |
| 0,00030 | 3333,33 | 0,0055 | ||
| 6,8 | 0,00068 | 1470,58 | 0,0026 | |
| 11,3 | 0,00113 | 884,95 | 0,00178 | |
| 16,8 | 0,00168 | 595,28 | 0,00132 | |
| 22,6 | 0,00226 | 442,47 | 0,00104 |
Таблица 4 - Результаты кинетических измерений колбы 3.
| , сек | Vm,мл | Сх, моль/л | 1/Сх | 1/ |
| 0,0004 | 0,0052 | |||
| 9,5 | 0,00095 | 1052,63 | 0,00281 | |
| 15,6 | 0,00156 | 641,52 | 0,002 | |
| 22,5 | 0,00225 | 444,41 | 0,00151 | |
| 30,2 | 0,00302 | 331,12 | 0,0011 |
Таблица 5 - Результаты кинетических измерений колбы 4.
Для нахождения скорости реакции в начальный момент времени используется эмпирическое уравнение
, (8)
где и – постоянные величины.
Воспользовавшись уравнением (8), легко показать, что
. (9)
Величина определяется из тангенса угла наклона прямой в координатах 1/ = f (1/Сх). Величина может быть так же рассчитана по способу наименьших квадратов.
Рисунок 1 - 
для определения по отношению к Fe3+
Вычислим значение величины .
(10)
Подставляя числовые значения для первой колбы, получим
Подставляя числовые значения для второй колбы, получим
Подставляя числовые значения для третьей колбы, получим
Подставляя числовые значения для четвёртой колбы, получим
Вычисленные значения 1/ заносят в таблицу 6.
| № колбы | ||||
 моль/л
| 1,67 | 3,34 | 5,01 | 6,68 |
| 1/ | 1193458,64 | 844490,4 | 648174,88 | 528995,12 |
| -2,77 | -2,47 | -2,30 | -2,17 |
| lg1/ | 6,07 | 5,92 | 5,81 | 5,72 |
Таблица 6 - Зависимость 1/ от 
На основании полученных значений [dCx/d] = 1/ в четырех опытах строят график в осях координат 
= f(lg(l/)).
Согласно уравнению (3) тангенс угла наклона прямой будет равен частному порядку по отношению к железу.
Рисунок 2 - 
Вычислим частный порядок по отношению к железу.
(11)
Подставляя числовые значения, получим
Частный порядок по отношению к Fe3+ равен 2.
Определение частного порядка по отношению к I-:В четыре колбы наливают растворы KJ, HNO3, KNO3и дистиллированную воду в тех соотношениях, которые указаны в таблице 7.
| Раствор | Объём раствора, мл | |||
| Колба 1 | Колба 2 | Колба 3 | Колба4 | |
| 0,025 М KJ | ||||
| 0,1M HNO3 | ||||
| 0,1M KNO3 | 32,5 | 27,5 | ||
| H2O | 27,5 | 12,5 |
Таблица 7 - 0бъемы растворов, необходимые для эксперимента
В первую колбу добавляют несколько капель 1 % (масс.) раствора крахмала, 20 мл 1/60 М Fe(NОз)з. Отмечают время начала реакции. В дальнейшем методика работы аналогична работе по определению порядка реакции по отношению к ионам Fe3+.
Опытные и расчетные данные заносят в таблицы, аналогичные таблицам при определении порядка реакции по отношению к Fe3+.
| , сек | Vm,мл | Сх, моль/л | 1/Сх | 1/ |
| 0,0002 | 0,008 | |||
| 4,3 | 0,00043 | 2325,58 | 0,00377 | |
| 5,5 | 0,00055 | 1818,18 | 0,0025 | |
| 6,3 | 0,00063 | 1587,3 | 0,001869 | |
| 7,4 | 0,00074 | 1351,35 | 0,00149 |
Таблица 8 - Результаты кинетических измерений колбы 1.
| , сек | Vm,мл | Сх, моль/л | 1/Сх | 1/ |
| 0,0007 | 1428,57 | 0,00769 | ||
| 9,7 | 0,00097 | 1030,927 | 0,00377 | |
| 11,6 | 0,00116 | 862,068 | 0,00246 | |
| 13,2 | 0,00132 | 757,27 | 0,00181 | |
| 14,3 | 0,00143 | 699,3 | 0,00142 |
Таблица 9 - Результаты кинетических измерений колбы 2.
| , сек | Vm,мл | Сх, моль/л | 1/Сх | 1/ |
| 10,2 | 0,00102 | 980,392 | 0,00689 | |
| 13,4 | 0,00134 | 746,26 | 0,00338 | |
| 15,5 | 0,00155 | 645,16 | 0,0022 | |
| 17,3 | 0,00173 | 578,03 | 0,00163 | |
| 18,8 | 0,00188 | 531,916 | 0,00129 |
Таблица 10 - Результаты кинетических измерений колбы 3.
| , сек | Vm,мл | Сх, моль/л | 1/Сх | 1/ |
| 0,0014 | 714,28 | 0,00625 | ||
| 19,5 | 0,00195 | 512,82 | 0,00243 | |
| 0,0021 | 476,19 | 0,00175 | ||
| 22,5 | 0,00225 | 444,44 | 0,00136 | |
| 23,7 | 0,00237 | 421,94 | 0,00109 |
Таблица 11 - Результаты кинетических измерений колбы 4.
Рисунок 3 - для определения по отношению к I-
Вычислим значение величины .
Подставляя числовые значения для первой колбы, получим
Подставляя числовые значения для второй колбы, получим
Подставляя числовые значения для третьей колбы, получим
Подставляя числовые значения для четвёртой колбы, получим
Вычисленные значения 1/ заносят в таблицу 12.
| № колбы | ||||
  моль/л
| 2,5 | 5,0 | 7,5 | 10,0 |
| 1/ | 560468,51 | 80085,357 | 56655,03 | |
| -2,6 | -2,3 | -2,12 | -2 |
| lg1/ | 5,748 | 5,065 | 4,903 | 4,753 |
Таблица 12 - Зависимость 1/ от 
Порядок реакции по отношению к J- находят из графика 
= f( 
). Согласно уравнению (5) тангенс угла наклона прямой будет равен частному порядку по отношению к йоду.
Рисунок 4 - 
Вычислим частный порядок по отношению к йоду.
(12)
Подставляя числовые значения, получим
Частный порядок по отношению к I-равен 1.
Общий порядок реакции равен сумме частных порядков по отношению к Fe3+и J-.
. (13)
Подставляя числовые значения, получим
n=2+1=3.
Вывод:
Общий порядок реакции мы определили как сумма частных порядков реакций по отношению к Fe3+ и I-; общий порядок равен 3.