2. Вычислите условную скорость реакции по формуле: r 100 ,

где - время протекания реакции.

3.Сравните каталитическую активность диоксида марганца и диоксида свинца. За меру активности принимается скорость реакции с данным катализатором при одинаковом их количестве.

4.Сделайте вывод о влиянии количества катализатора на скорость разложения пероксида водорода.

Опыт 4. Автокаталитическая реакция перманганата калия с щавелевой кислотой

Эта реакция выражается следующим уравнением:

2 KMnO 4 + 5 H 2 C 2 O 4 + 3 H 2 SO 4 = 2 MnSO 4 + K 2 SO 4 + 10 CO 2 + 8 H 2 O или в ионной форме

2 MnO4 - + 5 H2C2O 4 + 6 H + = 2 Mn 2 + + 10 CO 2 + 8 H 2 O.

Реакция протекает очень медленно. По мере увеличения концентрации ионов

При этом ион Mn 3 + вновь переходит в ион Mn 2 +, поэтому, если в реакционную смесь сразу добавить ионы Mn 2 +, скорость реакции резко увеличивается. Таким образом реакция перманганата калия с щавелевой кислотой является автокаталитической.

Проведение опыта

1.В каждую из двух пробирок налейте по 1 мл 0,02 М раствора перманганата калия и 0,1 М раствора щавелевой кислоты.

2.Прибавьте в каждую пробирку по пять капель 2 М раствора серной кислоты для создания достаточной кислотности.

3.Одну пробирку оставьте для сравнения, а в другую добавьте 3 капли 0,1 М раствора соли двухвалентного марганца (MnCl 2 или MnSO 4) и включите секундомер.

4.Отметьте время, через которое обесцветились растворы в первой и во второй пробирках.

Обработка результатов

1.Результаты измерений, расчетов и выводы занесите в табл. 6.4.

2.Отметьте цвета растворов в начале реакции и после ее завершения.

3.Вычислите условную скорость реакции по формуле:

r 1000 ,

где - время протекания реакции.

4. Сделайте вывод относительно эффективности действия ионов двухвалентного марганца.

Контрольные вопросы и задачи для защиты лабораторной работы

Задачи 1 – 4. Энергия активации реакции разложения пероксида водорода в водной среде при температуре 22 0 С равна 75,6 кДж / моль. При применении данного катализатора энергия активации уменьшается до указанного значения. Оцените, во сколько раз увеличивается константа скорости каталитической реакции при 22 0 С, если предположить, что

предэкспоненциальные множители каталитической и некаталитической реакций равны.

5.Оцените, во сколько раз скорость реакции разложения пероксида водорода, катализируемой ферментом каталаза, больше при 22 0 С чем скорость той же реакции, катализируемой ионами Fe 2 +. Для решения воспользуйтесь данными для задач 1 и 4. Предэкспоненциальные множители реакций равны.

6.Некаталитическое разложение ацетальдегида при 800 К по уравнению:

CH 3 CHO = CH 4 + CO

имеет энергию активации Е 1 = 190,4 кДж / моль. Применение иода в качестве катализатора уменьшает энергию активации до значения Е 2 = 136,0 кДж / моль. Оцените температуру, при которой скорость некаталитической реакции станет равна скорости каталитической реакции при температуре Т = 800 К, если предположить, что предэкспоненциальные множители каталитической и некаталитической реакций равны.

7. Реакция разложения ацетальдегида в газовой фазе: СН3СОН СН4 + СО

имеет энергию активации 190 кДж/моль. При температуре 627 0 С под действием паров йода в качестве катализатора константа скорости увеличивается в 10000 раз. Вычислите энергию активации каталитической реакции, предполагая, что предэкспоненциальные множители каталитической и некаталитической реакций равны.

8. Энергия активации реакции 2 SO2 + O2 = 2 SO3 равна ЕА = 280 кДж / моль. При применении катализатора (V2O5) энергия активации уменьшается до 92 кДж/моль. Оцените, во сколько раз увеличиваются константы скорости

некаталитической реакций и каталитической реакций при повышении температуры от 450 0 С до 500 0 С.

9. Скорость реакции термического распада оксида азота (I) 2 N2O = 2 N2 + O2 резко возрастает в присутствии газообразного брома, который является катализатором. Порядок реакции по N2O равен единице. Установлено, что при увеличении концентрации брома в 2,2 раза скорость реакции возрастает в 1,48 раза. Определите порядок реакции по брому и напишите кинетическое уравнение реакции.

10. Предполагают, что реакция разложения муравьиной кислоты (реакция эндотермическая)

НСООН СО + Н 2 О в водном растворе в присутствии ионов водорода протекает по следующему механизму:

1.НСООН + Н + (НСООН 2 ) + ,

2.(НСООН 2 ) + (НСО ) + + Н 2 О,

3.(НСО ) + СО + Н + .

Изобразите (качественно) диаграмму потенциальной энергии для данной каталитической реакции.

11.Реакция разложения в газовой фазе A B + D катализируется парами вещества К. Известно, что порядок каталитической реакции по веществу А равен 1. Установлено, что при увеличении концентрации К в 2,8 раза скорость реакции возрастает в 1,67 раза. Определите порядок реакции по веществу К и напишите кинетическое уравнение реакции.

12.Энергия активации реакции разложения пероксида водорода, катализируемой ионами йода I – равна Е 1 = 56,5 кДж/моль, а энергия активации той же реакции, катализируемой ионами Fe 2 + равна Е 2 = 42,0 кДж/моль. Определите, константа скорости какой реакции больше и во сколько раз при 22 0 С. Считать, что предэкспоненциальные множители реакций равны.

13. Реакция 2 Н2 + О2 = 2 Н2О на поверхности твердого катализатора CdO при определенных условиях описывается кинетическим уравнением:

r C 0H 2 C O0,5 2 .

Как изменится скорость реакции при увеличении общего давления в системе в 2 раза?

EA , В, K

AK

1

R

Рис. 6.1. Энергетическая диаграмма для гомогенной каталитической реакции, протекающей по стадийному механизму: 1 – некаталитическая реакция; 2 – каталитическая реакция.

AВ - переходное состояние некаталитической реакции;

АК , AВK - переходные состояния каталитической реакции; АК – промежуточное соединение.