Задание к работе

С помощью газометрического метода определить скорость процесса растворения алюминия, порядок реакции, энергию активации и лимитирующую стадию процесса.

Оборудование и реактивы

Газометрическая установка (две бюретки на 25 мл, соединённые резиновой трубкой, штатив с лапками, пробирка), образец из алюминия или сплава Д-16, химический стакан, водяная баня или плитка с колбой для подогрева воды, наждачная бумага, фильтры, растворы 0,5 М NaOH и 0,25 М NaOH.

Экспериментальная часть

Опыт 1. Определение скорости реакции v₁ при концентрации с₁ и температуре Т₁

Газометрическая установка представляет собой две бюретки, соединённые резиновой трубкой и наполовину заполненной водой. От одной из бюреток (номер 1) отходит газоотводная трубка с пробкой для присоединения к пробирке. Проверяют герметичность прибора: пробирку закрывают плотно пробкой и поднимают бюретку 2 вверх. Если прибор герметичен, то уровень воды в бюретке после первого изменения в дальнейшем не меняется со временем. Возвращают бюретку 2 в исходное положение. Измеряют площадь поверхности образца s.

В пробирку наливают 10 мл раствора NaOH концентрацией с₁ = 0,25 моль/л. Образец из алюминия или его сплава зачищают наждачной бумагой, промывают водой и осушают фильтровальной бумагой. Затем образец опускают в пробирку, выжидают 1 мин (пока скорость выделения водорода не станет постоянной) и закрывают пробирку пробкой, предварительно смоченной водой.

Записывают начальный уровень воды V_1H мл в бюретке 1 и время начала опыта. Всё время перемещают бюретку 2 так, чтобы вода в бюретках 1 и 2 была на одном горизонтальном уровне. Через 10 мин записывают конечный уровень воды V_1k мл в бюретке 1. Также записывают значения температуры опыта Т₁, атмосферного давления Р_атм и давления водяного пара Р_пар при Т₁ (см. таблицу).

Т, 0С	18	21	24	27	30	35	40	45	50
Рпар, мм.рт.ст.	15.5	18.6	22.3	26.7	31.6	42	55.2	71.7	92.4

Скорость реакции v₁, моль м^-2 с^-1 пропорциональна числу молей выделившегося водорода N_H2, делённому на площадь образца s м² и время опыта t с. N_H2 можно найти, пользуясь уравнением Клапейрона–Менделеева. Таким образом, выражение для v₁ имеет вид:

v₁=(((V_1k-V_1H)(P_атм-Р_пар))/(T₁ t S))(2T₀/(3p₀ V_эк (H₂))), (10)

где Т₁ – температура; t = 600 c;

Т₀=273 К; р₀=760 мм рт. ст.; V_эк (H₂)=11200 мл/моль.

2T₀/(3p₀ V_эк (H₂))=2x273/(3x760x11200)=2,14 10^–5;

Опыт 2. Определение скорости реакции v₂ и порядка реакции n_OH-

Образец зачищают, промывают и осушают. В пробирку наливают раствор щёлочи концентрацией с₂ = 0,5 моль/л. Проводят опыт, аналогично предыдущему. Расчитывают скорость реакции

v₂=v₁((V_2k-V_2H)/(V_1k-V_1H)) (11)

и порядок реакции

n_OH^-= lg (v₂/v₁)/lg (c₂/c₁). (12)

Опыт 3. Определение скорости реакции v₃ и энергии активации Еа

Образец зачищают, промывают и осушают. В пробирку наливают раствор щёлочи концентрацией с₁ = 0,25 моль/л. Пробирку погружают в водяную баню (стакан с подогретой водой), где температура Т₂ = 40–45 ⁰С, через 2 мин опускают образец, через 1 мин проводят опыт, аналогично первому. Так как температура меняется в течениe опыта, то записывают среднюю величину Т₂ или поддерживают температуру опыта постоянной, доливая горячую воду. Рассчитывают скорость реакции v₃, как в опыте 1, затем рассчитывают энергию активации по уравнению:

E_а=(R ln (v₃/v₁))/((1/T₁)-(1/T₂)). (13)