3. Обробка результатів

1. Обчисліть концентрацію тіосульфату натрію в кожній склянці:

0,1a

с(Na₂S₂O₃) = , моль/л.

a + b + c

2. Розрахуйте концентрацію сульфатної кислоти у об’ємі реакційної суміші:

c

с(H₂SO₄) = , моль/л.

a + b + c

3. Розрахуйте відносні швидкості реакцій:

100

v = , c^1.

τ_х

4. Побудуйте графік залежності швидкості реакції від концентрації тіосульфату натрію. На осі абсцис відкладайте концентрацію тіосульфату натрію, а на осі ординат – розраховану відносну швидкість.

5. Розрахуйте умовну константу швидкості реакції (k) та визначте середнє для даної реакції значення (k_сер).

v

k = ;

с(Na₂S₂O₃) с(H₂SO₄)

k₁ + k₂ + k₃

k_сер = .

3

6. Результати обчислень запишіть у таблицю та зробіть висновок про характер залежності швидкості хімічної реакції від концентрації реагентів та поясніть фізичний зміст константи швидкості.

Лабораторна робота 8

Хімічна кінетика.

Вивчення впливу температури на швидкість реакції

Мета роботи: дослідити вплив температури на проходження хімічної реакції:

Na₂S₂O₃ + H₂SO₄ = Na₂SO₄ + S↓ + SO₂ + H₂O.

8.1. Короткі теоретичні відомості

При підвищенні температури швидкість реакції та константа швидкості реакції збільшуються. Згідно з емпіричним правилом Вант-Гоффа, при підвищенні температури на кожні 10 градусів швидкість реакції збільшується приблизно в 2-4 рази. Математично ця залежність визначається співвідношенням:

v₂ k₂

 = γ ^∆T/10 або  = γ ^∆T/10.

v₁ k₁

де v₁ та k₁ – швидкість та константа швидкості реакції при початковій температурі Т₁;

v₂ та k₂ – швидкість та константа швидкості реакції при кінцевій температурі Т₂;

γ – температурний коефіцієнт швидкості, який показує, в скільки разів збільшується швидкість реакції при підвищенні температури на кожні 10 градусів.

За рівнянням Арреніуса константа швидкості реакції:

k = Ae ^{–EА /RT}, (8.1)

де A = pz₀ – передекспоненційний множник, який не залежить від температури;

z₀ – загальне число зіткнень молекул у секунду в одиниці об’єму;

p – стеричний множник, який характеризує ймовірність реалізації сприятливих для взаємодії орієнтацій молекул;

E_А – енергія активації хімічної реакції, кДж/моль;

R – універсальна газова стала (R = 8,3110^3 кДж/(мольК));

T – абсолютна температура, К.

Енергія активації – це мінімальна надлишкова енергія (порівняно з середньою енергією молекул при даній температурі), яка необхідна для здійснення акту хімічної взаємодії. Вона витрачається на послаблення або розрив зв’язків між атомами молекул реагентів і на перехід молекул у активований стан. Чим більша енергія активації реакції, тим меншими є швидкість реакції та константа швидкості.

Після логарифмування рівняння Арреніуса має вигляд:

lnk = lnA – E_A /(RT) (8.2)

Залежність lnk від 1/Т прямолінійна, і тому за тангенсом нахилу прямої tgα можна розрахувати E_A:

E_A /(RT) = tgα = ∆lnk /∆(1/Т) (8.3)

Рівняння Арреніуса дозволяє проводити точні розрахунки зміни швидкості реакції зі збільшенням температури:

lnk₁ = lnA  E_A /(RT₁) (8.4)

lnk₂ = lnA  E_A /(RT₂) (8.5)

Віднімаючи вираз (8.5) від (8.4), одержуємо:

E_A 1 1

ln(k₂ /k₁) =  (    ) = lnγ ^∆T/10 (8.6)

R T₁ T₂

Використавши знайдену формулу (8.6) можна розрахувати значення енергії активації:

RT₁T₂

E_A =  lnγ ^∆T/10 (8.7)

T₂  T₁