Работа № 28. Фотохимическое разложение перекиси водорода

Цель работы − изучение кинетики цепной фотохимической реак­ции разложения Н₂О₂ с применением газометрического метода и определение константы нарастания скорости реакции.

Оборудование

Схема установки представлена на рис. 3.4.

Порядок выполнения работы

1. Налить в кварцевую колбу (1) определенное (по указанию препо­давателя) количество дистиллированной воды и перекиси водорода. Соединить колбу с обратным холодильником (5), установив ее против отверстия (6) в защитном щите (7).

2. Пустить воду в холодильник.

3. Открыть кран (8) и с помощью уравнительного сосуда (4) установить уровень жидкости в бюретке (3) на нулевом делении. Повернуть кран (6) таким образом, чтобы бюретка была соединена с холодильником. Проверить герметичность прибора.

4. После включения лаборантом ртутно-кварцевой лампы (2) через 1-2 мин. открыть заслонку (9) и одновременно включить секундомер.

5. Отметить время, за которое выделится 1мл кислорода. Последующие измерения делать через каждые 2 мин. Когда скорость выделения кислорода достигнет 2 мл в 2 мин., делать замеры ежеминутно. Опыт прекратить, когда выде­лится 75−80 мл кислорода.

6. Записать результаты измерений в таблицу:

Номер изме­рения

Время от начала измерения τ, мин.

Объем вы­делившегося кислорода a , мл

Скорость реакции v, мл/мин.

tg v

lnv

7. Вычислить скорость реакции в различные моменты времени c интервалом 2 мин. по формуле:

8. Построить график зависимости v = f(τ), откладывая время в минутах по оси абсцисс. По восходящей ветви построенной кривой взять значение v в различные моменты времени и построить гра­фик зависимости lnv = f(τ)

9. Определить константы А и φ по уравнению (3.14), которое после логарифмирования принимает вид lnv = lnA + φτ.

Это уравнение является уравнением прямой в системе координат lnV−τ Отрезок, отсекаемый прямой на оси ординат при значении τ = 0, дает величину ln A, а тангенс угла наклона прямой к оси τ определяет величину φ.

Работа № 29. Зависимость скорости реакции от концентрации реагирующих веществ

Цель работы − исследование влияния изменения концентрации веществ на скорость химических реакций.

Зависимость скорости реакции от концентрации можно изучить, пользуясь реакцией взаимодействия серноватисто-кислого (тиосульфата) натрия с серной кислотой:

Nа₂ S₂O₃ + Н₂ SO₄ → Nа₂ SO₄ + H₂O + SO₂ + S↓.

Выделившаяся из раствора сера делает раствор мутным. По про­межутку времени от начала реакции до заметного помутнения раство­ра можно судить об относительной скорости этой реакции.

Оборудование

1. Бюретки.

2. Химические стаканы.

3. Метроном.

Порядок выполнения работы

1. Заполнить выше нулевого деления три бюретки, закрепленные в штативе: первую – 2 н раствором тиосульфата, вторую − дистиллированной водой, третью − раствором серной кислоты (см. правила пользования бюреткой).

2. В семи стаканах приготовить растворы Nа₂S₂O₃ в воде в соотношениях, указанных в таблице:

Номер стакана	Раствор Na2S2O3, мл	Н2O, мл
1 2 3 4 5 б 7	1,5 3,0 4,5 6,0 7,5 12,0 16,5	15,0 13,5 12,0 10,5 9,0 4,5 0

3. Налить в стакан № 1 из бюретки 1,5 мл 1 н раствора серной кислоты, перемешать раствор и сразу же включить метроном (момент сливания должен совпадать с моментом удара метронома, который принять за ноль отсчета). При появлении едва заметной мути опыт прекратить. Результаты (число ударов метронома) записать.

4. Повторить опыт со смесями в стаканах № 2−7.

5. По окончании каждого опыта тщательно вымыть стаканы.

6. Результаты свести в таблицу.

7. На миллиметровой бумаге начертить график зависимости v (ось ординат) от C (ось абсцисс).

8. Сделать вывод о зависимости скорости реакции v от концентрации реагирующих ве­ществ. Как согласуются ваши наблюдения с законом действующих масс?

Номер стакана	Объем, мл Nа2S2O3 H2O Н2SO4 (а) (б) (в)	Общий объем смеси, мл	Концентрация Nа2S203	Промежуток времени от начала сче­та до по­мутнения τ	Скорость реакции
2 3 4 5 6 7

Работа № 30. ЗАВИСИМОСТЬ СКОРОСТИ РЕАКЦИИ ОТ ТЕМПЕРАТУРЫ И КАТАЛИЗАТОРА

Опыт № 1. Влияние температуры на скорость реакции

Цель работы − исследование влияния температуры на скорость химической реакции.

Зависимость скорости реакции от температуры можно наблюдать, пользуясь реакцией взаимодействия тиосульфата натрия с серной кислотой:

Na₂S₂O₃ + Н₂SО₄ → Nа₂SO₄ + Н₂O + SO₂ + S↓,

в которой образующаяся твердая сера будет вызывать помутнение раствора.

Оборудование

1. Три стакана емкостью 300−400 мл.

2. Термометры.

3. Метроном (или секундомер).

Порядок выполнения работы

1. Налить воды в три стакана емкостью каждого 300−400 мл на 3/4 объема. Стаканы накрыть картонными крышками с тремя отверстиями, в одно из которых вставить термометр (два других отверстия предназначены для пробирок).

2. Поставить стаканы на асбестовую сетку. Один из них оставить при ком­натной температуре, два других нагреть до определенных темпера­тур, различающихся между собой на 10°С, таким образом, чтобы температу­ра воды в стакане № 1 была комнатной, в стакане № 2 − на 10°С выше комнатной, в стакане № 3 − на 10°С выше, чем в стакане № 2. Тем­пературу поддерживать постоянной в течение всего опыта. Они будут выполнять роль термостатов.

3. В одно из свободных отверстий в крышке каждого стакана вставить пробирку с 2 н раствором кислоты и опущенной в нее пипет­кой. В другое отверстие поместить пробирку с 10 мл 0,5 н раствора тиосульфата натрия.

4. Не выни­мая пробирку с тиосульфатом натрия из стакана № 1, добавить в нее одну каплю 2 н серной кислоты из пробирки, находящейся в том же стакане. По метроному (или по секундомеру) отсчитать время до появления заметной мути.

5. Повторить опыт с растворами тиосульфата и серной кислоты в стаканах

№ 2 и 3, измеряя время течения реакции, как и в первом случае.

6. Данные наблюдений записать в таблицу:

Номер наблюдения	Температура опыта	Время течения реакции, мин. или число ударов метронома	Скорость реакции в условных единицах

7. Сделать вывод о зависимости скорости химической реакции от температуры.

8. По полученным данным построить график зависимости скорости реакции от температуры, откладывая по оси абсцисс температуру, а по оси ординат − относительную скорость реакции.

9. Рассчитать температурный коэффициент скорости реакции γ.