Кинетика гомогенных химических реакций

Работа 6 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОРЯДКА РЕАКЦИИ ОКИСЛЕНИЯ ИОДИД-ИОНОВ ИОНАМИ ЖЕЛЕЗА (III)

Для окислительно-восстановительной реакции:

2 Fe³⁺ + 2 I^– → 2 Fe²⁺ + I₂ (68)

предложен механизм:

Fe³⁺ + 2I^- Fe²⁺ + I₂^-,

Fe³⁺ + I₂^- Fe²⁺ + I₂. (69)

Методом маршрутов или квазистационарных концентраций выведите уравнения для скорости реакции по её участникам Fe³⁺, Fe²⁺ и I₂ и запишите полученные выражения для начальной скорости. Укажите теоретические значения частных порядков. Докажите достоверность предложенного механизма реакции, определив экспериментально значения частных порядков дифференциальным методом Вант-Гоффа для начальных скоростей.

Основы метода Вант-Гоффа

Начальную скорость реакции можно оценить по изменению в течение промежутка времени молярной концентрации продукта реакции – ионов Fe²⁺:

(70)

где _о – скорость реакции в начальный момент времени, моль/(дм³с);

c(Fe²⁺) – молярная концентрация ионов железа (II), моль/дм³;

k_i – константа скорости реакции в начальный момент времени, ;

c_о(Fe³⁺) – начальная молярная концентрация ионов железа (III), моль/дм³;

c_о(I^-) – начальная молярная концентрация йодид-ионов, моль/дм³;

n₁ и n₂ – частные порядки реакции по ионам Fe³⁺ и I^-, соответственно.

После логарифмирования уравнения (70) получаем:

(71)

Если в серии опытов изменяют начальную концентрацию ионов Fe³⁺, а I^- сохраняют постоянной, то уравнение (71) можно записать:

(72)

где (73)

Если в серии опытов изменяют начальную концентрацию ионов I^-, а Fe³⁺ сохраняют постоянной, то уравнение (71) можно записать:

(74)

где (75)

Для нахождения скорости реакции в начальный момент времени используют эмпирическое уравнение:

(76)

где с(Fe²⁺) – молярная концентрация иона, по которому оценивают скорость реакции, в момент времени t, моль/дм³;

t – время протекания реакции, с;

 и  – коэффициенты линейной зависимости: .

Из уравнения (76) следует:

(77)

Следовательно:

(78)

при постоянной молярной концентрации йодид-ионов:

(79)

при постоянной молярной концентрации ионов железа (III):

. (80)

Выполнение измерений

1 Определение молярной концентрации ионов железа (III)

В растворе соли железа (III) (с(Fe³⁺) 0.017 моль/дм³) молярную концентрацию Fe³⁺ с точностью до трех значащих цифр устанавливают титрованием раствором динатриевой соли этилендиаминтетрауксусной кислоты (трилон Б).

Аликвотную часть раствора 5 см³ FeCl₃, разбавляют дистиллированной водой до 1520 см³, добавляют по каплям раствор азотной кислоты до рН раствора приблизительного равного 2, контролируя кислотность раствора с помощью универсального бумажного индикатора.

Титруют раствором трилона Б (с(¹/₂Na₂H₂Y) = 0.01 моль/дм³) в присутствии трех капель раствора сульфосалициловой кислоты

((R) = 20 %).

Изменение окраски исследуемого раствора от одной капли раствора трилона Б от красно-коричневой до лимонно-желтой.

При титровании второй и третьей аликвотной части раствора FeCl₃ индикатор вносят в конце титрования (вблизи эквивалентной точки).

Рассчитывают молярную концентрацию эквивалента железа (III) в растворе и молярную концентрацию железа (III).