Последовательность выполнения работы

В разные стаканы налить растворы сульфата меди (II) и сульфата цинка с таким расчётом, чтобы ½ поверхности электродов была покрыта жидкостью; погрузить в растворы медный и цинковый электроды, вставить электролитический ключ (солевой мостик) и полученный гальванический элемент включить в измерительную схему.

Полученные данные записать в таблицу 4.1.

Таблица 4.1

Концентрация, моль/л		ЭДС, В	Расчетное значение ЭДС по Нернсту, В	Ошибка измерения, %
CuSO4	ZnSO4
0,025	0,0063
0,025	0,0125
0,025	0,025
0,0125	0,0125
0,0125	0,0063
0,0063	0,0063

Концентрации растворов сульфата меди (II) и сульфата цинка взять в таблице или по указанию преподавателя.

Обработка и оформление результатов.

1. Полученные данные сопоставить с вычисленными по уравнению Нернста:

Для теоретического расчета ЭДС стандартные электродные потенциалы металлов взять из таблицы 3 приложения.

Расчет активности производить по формуле (4.8), а коэффициентов активности ионов по формуле (4.10).

2. Вычислить константу равновесия по формуле (4.7).

Вопросы к работе

1. Электроды первого и второго рода. Электроды, обратимые по отношению к катиону и аниону. Редокс электроды. Устройство, реакция, протекающая на электродах.

2. Вычисление электродного потенциала гальванических элементов, анализ уравнения Нернста.

3. Типы гальванических элементов. Химические и концентраци­онные цепи, вычисление их э.д.с.

4. Компенсационный метод определения э.д.с. гальванических эле­ментов.

5. Связь между э.д.с. гальванического элемента и максимально по­лезной работой.

6. Расчет термодинамических функций гальванического элемента по температурному коэффициенту.

7. Стандартная э.д.с., гальванического элемента, ее связь с констан­той равновесия.

8. Что означает знак температурного коэффициента гальванического элемента?

Литература

1. Зимон А.Д., Зарубин Д.П., Лукина И.Г., Евтушенко А.М., Павлов А.Н., Аксёнов В.Н. Физическая химия. Лабораторный практикум. М.: МГТА, 2003 (лаб. работа 4).

2. Физическая химия: теоретическое и практическое руководство (под ред. Б.П.Никольского) 2-ое изд. Л.: Химия, 1987.

3. Зимон А.Д., Лещенко Н.Ф. Физическая химия. М.: Высшая школа, 2000.

4. Химическая энциклопедия. Том 1. М.: Советская энциклопедия, 1988.

Работа № 5 определение скорости разложения комплексного оксалата марганца.

Цель работы: Изучение кинетики разложения комплексного оксалата марганца в водном растворе спектрофотометрическим методом.

Краткое теоретическое введение

Химическая кинетика изучает скорость химических процессов и зависимость её от различных факторов. Скорость химических реакций вычисляется по изменению концентрации реагирующих или образующихся веществ в единицу времени. Истинная скорость реакции определяется соотношением:

v , (5.1)

где v - скорость реакции,

С - концентрация одного из исходных или получающихся веществ,

t - время.

Скорость реакции всегда положительна, производная же может быть и отрицательной, в зависимости от того, является ли С концентрацией одного из продуктов или исходных веществ реакции.

Различают истинный и формальный порядок реакции.

Истинный порядок или молекулярность реакции определяется числом молекул, принимающих участие в элементарном акте реакции.

Формальный порядок реакции определяется суммой показателей степени при концентрации в кинетическом уравнении реакции. В зависимости от порядка реакции кинетические уравнения реакции различны. Скорость реакции первого порядка выражается уравнением:

v = , (5.2)

где k – константа скорости реакции; скорость реакции при концентрации исходного вещества равной единице.

После интегрирования этого уравнения получают выражение константы скорости для реакции 1 – ого порядка:

; ; ; , (5.3)

где С₀ – начальная концентрация исходного вещества,

С_х – концентрация прореагировавшего вещества за истекший промежуток времени.

Для реакции 2 – ого порядка скорость определяется уравнением:

. (5.4)

После интегрирования получают выражение для константы скорости реакции.

а) В простейшем случае, если исходные вещества взяты в равных концентрациях, т.е. С₁ = С₂ = С₀, то

, (5.5)

С_х – концентрация вещества прореагировавшего за истекший промежуток времени.

б) С₀₁ ¹ С₀₂

(5.6)

Спектрофотометрический способ можно применить в тех случаях, когда исходное вещество или один из продуктов реакции поглощает свет в данной области спектра (окрашены), а остальные вещества, которые участвуют в реакции, бесцветны.

Способ основан на определении оптической плотности раствора связанной с концентрацией реагирующих веществ.

Распад комплексного соединения марганца, изучаемый в данной работе, протекает по реакции первого порядка согласно уравнению:

[Mn(C₂O₄)₃]^3- = Mn₂+ + 5/2C₂O₄^2- + CO₂

Комплексный ион окрашен, а продукты реакции бесцветны. Уравнение для реакции первого порядка имеет вид:

k = ln , (5.7)

Согласно закону Бугера-Ламберта-Бера оптическая плотность:

D=e_lCl, (5.8)

где e_l - молярный коэффициент поглощения при данной длине волны l,

l – толщина поглощающего слоя.

Если e_l , l постоянны, то в уравнении для расчета константы скорости реакции можно использовать следующее соотношение: ,

где D₀,D – оптическая плотность раствора исходного вещества соответственно в начальный момент времени и в мо­мент времени t.

Поэтому

. (5.9)

Следовательно, для вычисления константы скорости реакции необхо­димо измерить оптическую плотность раствора.

По величине константы скорости можно определить период полупрев­ращения – время, в течение которого исходная концентрация вещест­ва уменьшается вдвое, т.е. . Период полупревращения для реакции первого порядка равен:

_1/2 = . (5.10)

Для реакции первого порядка период полупревращения не зависит от начальной концентрации вещества и определяется константой скорости k.

Схема экспериментальной установки

Для выполнения лабораторной работы используется фотоэлектроколориметр КФК-2 (рис. 5.1).