Представление результатов

1. Краткое описание содержания работы с указанием всех уравнений, необходимых для расчетов искомых величин.

2. Таблицы 1.1 и 1.2.

3. Графики зависимости X=f(t) для каждой температуры и выбор участков кинетических кривых для расчета кинетических параметров.

4. Графики для расчета констант скоростей по уравнениям (4) и (10) с результатами обработки на ЭВМ.

5. Графики для расчета энергии активации некаталитической и каталитической стадий

с обработкой на ЭВМ.

З А Д А Ч А № 2.

Иодирование ацетона в кислой среде.

Цель работы – изучение кинетических закономерностей реакции иодирования ацетона в кислой среде ( в присутствии соляной кислоты) – нахождение констант скоростей при разных температурах и энергии активации каталитического процесса.

Методика проведения эксперимента.

В двух колбах на 100 мл (№1 и №2) и в колбе на 50 мл (№3) готовят растворы, согласно данным таблицы 2.1 для каждой из трех температур (комнатная, 25 и 35⁰С).

Таблица 2.1

Состав и количество компонентов исходных рабочих растворов

Тем- пера- тура,0С	Колба №	Объем 1 м рас- твора HCl, мл	Объем 0,1 м раствора иода в 4% раст воре КJ, мл	Объем дисти- лиров. воды, мл	Объем ацетона, мл	[HCl], м/л	[J2], м/л	[ацет.], м/л
комн.	1 2 3	15 15 0	2 0 2	83 55 27	0 1 0
25	1 2 3	10 10 0	2 0 2	88 60 27	0 1 0
35	1 2 3	4 4 0	2 0 2	94 66 27	0 1 0

После приготовления растворов для данной температуры, все три колбы помещаются в термостат ( для комнатной температуры растворы в термостат не помещаются, а ее величина берется по термометру). Через 10-15 минут, когда температуры растворов и термостата сравняются, сначала измеряют оптическую плотность раствора, находящегося в колбе №1, не содержащей ацетона. Это значение оптической плотности принимается за d₀ (t=0). Так как в отсутствие ацетона реакция не идет, то раствор №1 может быть использован для контрольных измерений d₀. Затем содержимое колбы №3 количественно переносится в колбу №2 с одновременным включением секундомера. Колба №2 тщательно закрывается заранее подобранной по размеру пробкой, содержимое ее перемешивается встряхиванием и помещается обратно в термостат (время пребывания рабочего раствора вне термостата должно быть минимальным).

При температуре 20⁰С раствор иода в каждую последующую колбу желательно вносить через одинаковые промежутки времени (1-2 минуты), т.к. это позволяет работать с одним секундомером и избежать заметных ошибок.

Отбор проб на фотоэлектроколориметрический анализ при температуре 20⁰С производится через 5 минут, при 25⁰ и при 35⁰ время экспозиции сокращается до 2-3 минут, при этом одновременно можно вносить раствор иода не более, чем в 3 колбы. Измерение оптической плотности производится в кварцевых кюветах толщиной 1 см при длине волны 490,6 нм, раствором сравнения служит дистиллированная вода. Все результаты измерений заносятся в таблицы 2.2, 2.3. 2.4, соответственно данной температуре.

Таблица 2.2.

Экспериментальные и расчетные данные иодирования ацетона при температуре 35⁰С.

№ измер.	Время экспо- зиции, мин.	Оптическая плотность, (di)	Концентрация иодаце- тона, м/л. Х=[(d0-di)*0.002]:d0	Рассчитанные значения кон- станты скорости
0	0	d0	0	-
1	t1	d1
2	t2	d2
3	t3	d3
4	t4	d4
5	t5	d5

При обработке экспериментальных данных следует помнить, что при всех температурах d₀ – это значение оптической плотности, измеренное из растворов колб под № 1. Концентрации компонентов в исходных рабочих растворах рассчитываются с учетом того, что произошло объединение растворов колб № 2 и № 3. Эти значения концентраций кислоты, ацетона и иода используются затем для вычисления констант скоростей по уравнению (8).

Представление результатов включает:

1. Краткое описание содержания задачи с указанием всех необходимых для расчетов величин.

2. Таблицы 2.1 – 2.4 со всеми заполненными графами.

3. Графики зависимости Х=f(t) для всех исследуемых температур.

4. Вычисленные по уравнению (8) значения констант скоростей с результатами обработки на ЭВМ.

5. График и определенное по нему значение энергии активации каталитической реакции с обработкой на ЭВМ.

З А Д А Ч А № 3.

Иодирование ацетона в кислой среде в присутствии минеральных солей

(солевой эффект).

Цель работы – изучение влияния ионной силы раствора и температуры на скорость реакции иодирования ацетона в кислой среде в присутствии минеральной соли высокой концентрации, нахождение констант скоростей реакции при совместном присутствии кислоты и соли, определение энергии активации процесса.

Количественная зависимость константы скорости от ионной силы раствора рассматривается на основе теории активированного комплекса для реакции типа А+В⁺= (АВ⁺)^* ,

где А – ацетон, В – ион гидроксония, (АВ⁺)^* - активированный комплекс.

Константа скорости реакции записывается через концентрации реагирующих веществ:

k = (kT/h)_*K^*_C = (kt/h)_*(C*_AB/C_A*C_B) [1.11]

При протекании реакции с участием растворов электролитов константа равновесия выражается через активности. Если выразить отношение концентраций через термодинамическую константу равновесия К^*= а_АВ/а_А*а_В)=(С^*_АВ/С_А*С_В)_*(g_АВ*/g_{А* g В}) и подставить его в уравнение [1.11], получим следующее выражение:

k = (kt/h)_*K^*(g_AgB/g^*_AB) [1.12]

Обычно это уравнение представляют в виде:

k = k_o*(g_AgB/g^*_AB) [1.13]

Здесь к_о принимается за константу скорости реакции при активности всех веществ, равных единице (т.е. для бесконечно разбавленных растворов). Последние два уравнения известны в химии, как уравнения Бренстеда-Бьеррума.

Примем для коэффициентов активности ионов в водном растворе при температуре 25⁰С

выражение по третьему приближению Дебая-Гюккеля с поправкой Гюнтельберга [6].

lgg_i = -[0.5 Z_i²_*J^0..5/(1 + J^0..5)] + biJ [1.14]

Здесь - Zi – заряд иона, b_i – эмпирическая константа, примерно обратно пропорциональная размеру частицы. Такое уравнение позволяет работать с растворами 1,1- зарядных электролитов, имеющих ионную силу до m = 1 – 5.

Для незаряженных частиц в теории Бренстеда-Бьеррума коэффициент активности записывается выражением lgg = bJ. После подстановки его в уравнение [1.13], имеем:

k = k_0*exp{b_А.*J – [0.5Z²_В+*J^0.5/(1+J^0.5 + b_B+*J + [0.5Z²_(AB*)+*J^0.5/(1+J^0.5)]-(b_(AB*)+J) [1.15]

Заряды ионов в данном случае одинаковы, поэтому выражения в квадратных скобках сокращаются и в окончательном виде зависимость константы скорости от ионной силы раствора принимает вид:

k = k_0*exp[(b_A + b_B+ - b_(AB*)+ )_*J] [1.16]

Как отмечалось выше, величины b являются эмпирическими константами. Их численные значения неизвестны, но в соответствии с теорией они являются положительными величинами. Поэтому их полное значение ( в круглых скобках) должно быть положительным. В таком случае при малых значениях ионной силы раствора (показатель экспоненты меньше 0.5) экспоненту можно разложить в ряд и получить линейную зависимость константы скорости от ионной силы раствора:

k=k_0*[1+(b_A+b_B+-b_(AB*)+)J] [1.17]

При больших значениях ионной силы раствора зависимость константы скорости от ионной силы раствора должна иметь экспоненциальный характер, с небольшими отклонениями от линейности.