- •Техника безопасности
- •1. Электропроводность растворов электролитов
- •Электропроводность растворов электролитов
- •Удельная электропроводность
- •Кондуктометрическое титрование
- •Определение растворимости труднорастворимой соли.
- •Работа 1.1. Определение концентрационной зависимости удельной и молярной электропроводности сильного электролита
- •Порядок выполнения работы:
- •Работа 1.2. Определение константы диссоциации слабого электролита методом электропроводности
- •Порядок выполнения работы:
- •Работа 1.3. Кондуктометрическое титрование
- •Порядок выполнения работы:
- •Работа 1.4. Кондуктометрическое определение термодинамических параметров растворения труднорастворимого соединения
- •Порядок выполнения работы:
- •Перед выполнением работы:
- •К защите работы:
- •2. Электродвижущие силы Возникновение потенциалов на границах фаз.
- •Электродный потенциал
- •Водородный электрод
- •Измерение электродных потенциалов
- •Электрохимический (гальванический) элемент
- •Концентрационный гальванический элемент
- •Измерение эдс гальванического элемента компенсационным методом
- •Температурная зависимость эдс.
- •Электроды сравнения
- •Хлорсеребряный электрод
- •Окислительно-восстановительные электроды и их потенциалы
- •Мембранные равновесия. Стеклянный электрод
- •Кислотно-основные буферные системы
- •Механизм буферного действия
- •Буферная емкость
- •Порядок выполнения работы:
- •Порядок выполнения работы:
- •Порядок выполнения работы:
- •Окислительно-восстановительных потенциалов
- •Порядок выполнения работы:
- •Буферной ёмкости буферных систем
- •Порядок выполнения работы:
- •Порядок выполнения работы:
- •Контрольные вопросы Перед выполнением работы:
- •К защите работы:
- •3. Адсорбция
- •Метод полных концентраций
- •Термодинамика адсорбции по Гиббсу
- •Уравнение адсорбции Гиббса
- •Адсорбция из жидких растворов на поверхности твердых адсорбентов
- •Теплоты адсорбции
- •Работа 3.1. Изучение адсорбции паров воды на твердом адсорбенте
- •Порядок выполнения работы:
- •Перед выполнением работы:
- •К защите работы:
- •Работа 3.2. Изучение адсорбции уксусной кислоты из водного раствора на активированном угле
- •Интерферометрический метод анализа концентрации растворов.
- •Технология проведения адсорбции и методика определения равновесных концентраций растворов и расчета адсорбции по результатам эксперимента:
- •Перед выполнением работы:
- •К защите работы:
- •Работа 3.3. Изучение адсорбции поверхностно-активных веществ (пав) на границе воздух-раствор
- •Измерение поверхностного натяжения жидкостей методом Ребиндера.
- •Расчет адсорбции на границе раздела водный раствор – воздух.
- •Порядок выполнения работы:
- •Проверка выполнимости правила Дюкло – Траубе
- •Перед выполнением работы:
- •К защите работы:
- •4. Газовая хроматография
- •Общие сведения о газовом хроматографе
- •Детекторы
- •Детектор по теплопроводности (дтп)
- •Пламенно-ионизационный детектор (пид)
- •Качественный и количественный анализ в газовой хроматографии.
- •Определение мольных теплот растворения газов и паров в жидкостях газохроматографическим методом
- •Порядок работы на хроматографе лхм-80
- •Работа 4.1. Качественный и количественный анализ смеси углеводородов с помощью газовой хроматографии на колонке с апьезоном, нанесенным на хроматон.
- •Определение качественного состава смеси углеводородов по совпадению времен удерживания компонентов контрольной смеси с временами удерживания углеводородов c6 - с9 .
- •Расчет поправочных коэффициентов для углеводородов c6 - с9 и определение количественного состава контрольной смеси углеводородов в мольных процентах.
- •Перед выполнением работы:
- •К защите работы:
- •Работа 4.2. Определение мольных теплот растворения нормальных углеводородов c6- c9 в апьезоне хроматографическим методом
- •Перед выполнением работы:
- •К защите работы:
- •Работа 4.3. Определение индексов ковача веществ и их температурных коэффициентов на апьезоне
- •Перед выполнением работы:
- •К защите работы:
- •Химическая кинетика
- •Кинетические уравнения реакций различных порядков Реакции нулевого порядка
- •Реакции первого порядка
- •Реакции второго порядка
- •Реакции n-го порядка
- •Способы определения порядков реакции.
- •Зависимость скорости реакции от температуры
- •Сложные реакции
- •Работа 5.1. Кинетика омыления этилацетата в присутствии ионов гидроксила.
- •Порядок выполнения работы:
- •Определение æ0.
- •Определение константы скорости реакции при разных температурах.
- •Определение энергии активации и предэкспоненциального множителя.
- •Перед выполнением работы:
- •К защите работы:
- •Работа 5.2. Изучение кинетики гомогенно-каталитического разложения н2о2 .
- •Порядок подготовки установки к работе и работа на ней.
- •Порядок проведения кинетических опытов:
- •Варианты задания и методика расчетов.
- •Изучение зависимости скорости реакции разложения перекиси водорода от концентрации катализатора.
- •Влияние начальной концентрации н2о2 на период полупревращения. Определение порядка реакции.
- •III. Определение константы равновесия и константы скорости реакции разложения перекиси водорода.
- •Перед выполнением работы:
- •К защите работы:
- •Работа 5.3. Изучение кинетики инверсии сахарозы.
- •Методика измерения угла вращения на поляриметре (сахариметре)
- •Методика измерения угла вращения на автоматическом поляриметре
- •Порядок выполнения работы:
- •Перед выполнением работы:
- •К защите работы:
- •Работа 5.4. Изучение кинетики реакции окисления иодид-ионов ионами трёхвалентного железа фотометрическим методом
- •Порядок выполнения работы:
- •Перед выполнением работы:
- •К защите работы:
Порядок выполнения работы:
Приготовить растворы: 0,03 М Fe(NO3)3, 0,05 М KI, 0,1 М HNO3, 0,1 М KNO3, дистиллированная вода. Для приготовления 100 мл растворов солей взвешивают 0,94 г (Fe(NO3)3 •4 Н2О), 0,83 г (KI), 1,01 г (KNO3). Указанные навески подтвердить расчетом.
Подготовить штатив с 4 бюретками для растворов HNO3, KNO3, KI и Н2О. Раствор Fe(NO3)3 наливают пипеткой из колбы, стараясь избежать попадания в пипетку осадка, который в небольшом количестве может образоваться при растворении нитрата железа.
Включить фотометр и произвести настройку нуля. В ходе реакции измеряют коэффициент пропускания раствора Т%, который уменьшается со временем (образующийся в реакции йод окрашивает бесцветный раствор в желтый цвет). Кинетические зависимости реакции представляют как изменение оптической плотности раствора D, которая связана с коэффициентом пропускания
5.56
В соответствие с законом Бугера-Ламберта-Беера для не слишком концентрированных растворов оптическая плотность есть линейная функция концентрации вещества (С), то есть:
D = ECx 5.57
где Е - молярный коэффициент поглощения или экстинция, х - толщина слоя анализируемого раствора (длина кюветы фотометра х =1 см).
I. Определение порядков реакции по реагентам реакции 2Fe+3 + 2I- → 2Fe+2 + I2.
а) Определение порядка реакции по отношению к Fе+3.
Поскольку на скорость реакции между ионами влияет ионная сила раствора J, то для поддержания постоянной величины J, а также для подавления гидролиза Fe+3 в реакционную смесь добавляют растворы HNO3 и KNO3. Рассчитайте ионную силу реакционных растворов, используя таблицу 5.4.1. и учитывая разбавление. Во всех опытах объем реакционной смеси равен 10 мл. Пример расчета для реакционного раствора №2:
HNO3 KNO3 Fe(NO3)3 KJ
J(№2 )= 0,1x 1/10 + 0,1 x 2/10 + 6 x 0,03 x 1/10 + 0,05 x 2/10.
В четыре стаканчика налить растворы Fe(NO3)3 , HNO3 и KNO3 и дистиллированную воду в соотношениях указанных в табл. 5.4.2а. В первый раствор добавить 2 мл 0,05 М KI, раствор быстро перемешать, включить секундомер, заполнить кювету фотометра реакционной смесью и определить пропускание раствора Т % с интервалом в одну минуту в течение 8 минут. Данные записать в таблицу 5.4.2а.
Провести аналогичные кинетические опыты с другими растворами.
Построить кинетические зависимости D=f(t). Эти зависимости криволинейные, поэтому для определения начальной скорости реакции их необходимо представить в линейных координатах 1/D - 1/t , из которых найти тангенс угла наклона, а затем начальную скорость реакции
( см. ниже tg α = a ). Действительно, если форма кинетической кривой удовлетворяет уравнению
5.58,
или 5.58*
то после дифференцирования dD/dt = а / (а+bt)2 находим начальную скорость реакции
5.59
Рассчитанная скорость реакции выражена в условных единицах - W(D). Для нахождения W (моль/л•мин) требуется от кинетических зависимостей D=f(t) перейти к зависимости C=f(t). Это можно сделать, если известна величина экстинции Е из справочника или из специально полученного калибровочного графика, связывающего С (в моль/л) и D. В данной работе такая калибровка не производится.
б) Определение порядка реакции по отношению к I-.
Приготовить четыре смеси с растворами KI, HNO3, KNO3 и дистиллированной водой, взятых в указанных в таблице 5.4.2б количествах.
Добавить в первую смесь 2 мл 0,03 М раствора Fe(NO3)3 , перемешать и отметить начало реакции (включить секундомер). Раствор быстро налить в кювету фотометра и измерять пропускание (Т%) реакционного раствора в течение 8 минут.
Аналогичные опыты провести со всеми растворами 1-4.
Построить кинетические зависимости D = f(t) и зависимости 1/D = f (1/t), из которых рассчитать начальные скорости реакции Wo (в условных величинах) для всех четырех растворов.
Таблица 5.4.2а
Растворы и их состав (объемы электролитов V, мл)
Растворы |
№1 |
№2 |
№3 |
№4 |
|||||||||
Fe(NO3)2 |
0,5 |
1,0 |
1,5 |
2,0 |
|||||||||
HNO3 |
1 |
1 |
1 |
1 |
|||||||||
KNO3 |
3,0 |
2,0 |
1,0 |
0,3 |
|||||||||
Н2О |
3,5 |
3,0 |
4,0 |
4,7 |
|||||||||
Кинетика реакции после добавления 2 мл 0,05 М KI: Со (I-) =……. |
|||||||||||||
t |
1/t |
T |
D |
|
T |
D |
|
T |
D |
|
T |
D |
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
7 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Wo (D) |
|
|
|
|
|||||||||
lnWo |
|
|
|
|
|||||||||
Co (Fe3+) |
|
|
|
|
|||||||||
lnCo |
|
|
|
|
|||||||||
J |
|
|
|
|
|||||||||
Порядок реакции: n (Fe3+) = …… |
По результатам таблиц 5.4.2 построить графики:
а) и
;
б) и
.
Порядки реакции по соответствующему реагенту определить по методу Вант-Гоффа, как тангенс угла наклона зависимостей In Wo - In Co. Порядок реакции в целом равен n = n (Fe+3) + n (I-).
Примечание. Для не слишком концентрированных растворов при расчете ионной силы J вместо моляльнои концентрации можно использовать молярную концентрацию.
Таблица 5.4.2б
Растворы и их состав (объемы электролитов V, мл)
Растворы |
№1 |
№2 |
№3 |
№4 |
|||||||||
KI |
1 |
2 |
3 |
4 |
|||||||||
HNO3 |
1 |
1 |
1 |
1 |
|||||||||
KNO3 |
2,5 |
2,0 |
1,5 |
1,0 |
|||||||||
Н2О |
3,5 |
3,0 |
2,5 |
2,0 |
|||||||||
Кинетика реакции после добавления 2мл 0,03М Fe(NO3)3 : Со (Fe3+) =……. |
|||||||||||||
t |
1/t |
T |
D |
|
T |
D |
|
T |
D |
|
T |
D |
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
7 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Wo (D) |
|
|
|
|
|||||||||
lnWo |
|
|
|
|
|||||||||
Co (Fe3+) |
|
|
|
|
|||||||||
lnCo |
|
|
|
|
|||||||||
J |
|
|
|
|
|||||||||
Порядок реакции: n (I-) = …… |
Анализ механизма реакции. Сравнить экспериментальные порядки реакции с порядками кинетического уравнения, полученного теоретически в предположении следующего механизма реакции :
1) ;
2) 5.60
Реакция протекает в две стадии с константами (константа равновесия стадии 1) и k2 - для стадии 2.
Кинетическое уравнение реакции можно получить двумя способами. В первом способе можно предположить, что стадия 2 - лимитирующая. Такой анализ приведен в лабораторной работе №5.2 «Изучение кинетики гомогенного каталитического разложения перекиси водорода на К2Сг2О7». Получите кинетическое уравнение по аналогии.
Часто промежуточное вещество находится не в равновесии с исходными веществами, а устанавливается лишь стационарное состояние, при котором скорость образования промежуточного продукта равна скорости его расходования. По второму способу анализа реакции к промежуточному веществу I2- можно применить условие стационарности , то есть dI2-/dt =0.
II. Определение зависимости константы скорости реакции от ионной силы раствора.
Приготовить четыре смеси растворов Fe(NO3)3, HNO3 и KNO3 в соотношениях указанных в табл.5.4.3. После добавления в смесь 2 мл KI раствор перемешать, включить секундомер, быстро заполнить кювету фотометра и измерить пропускание.
Получить зависимости D = f(t) и 1/D = f(l/t), из которых определить начальные скорости реакции Wo.
Рассчитать ионную силу реакционных растворов J.
По уравнению (5.8) с учетом порядков реакции по реагентам, полученных в задании №1, найти константы скорости реакции k и Ink.
Построить зависимость Ink от . Эта зависимость должна быть линейной с тангенсом угла наклона, равным 1,02 zAzB (см. уравнение 5.55). Сравнить рассчитанный и полученный графически тангенс. Линейная зависимость Ink - , как правило, хорошо выполняется. При высоких концентрациях реагентов возможно расхождение между теоретическими и опытными данными, что связано с отклонениями от закона Бутера-Ламберта-Беера (5.56).
Таблица 5.4.3
Влияние ионной силы раствора на константу скорости реакции 2 Fe(NO3)3 + 2 KI = 2 Fe(NO3)2 + 2 KNO3 + I2
Растворы и их состав (объемы электролитов V, мл)
Растворы |
№1 |
№2 |
№3 |
№4 |
|||||||||
Fe(NO3)3 |
1 |
1 |
1 |
1 |
|||||||||
HNO3 |
1 |
1 |
1 |
1 |
|||||||||
KNO3 |
2,5 |
2,0 |
3,5 |
5,0 |
|||||||||
Н2О |
5,5 |
4,0 |
2,5 |
1,0 |
|||||||||
Кинетика реакции после добавления 2мл 0,05 М KI : Со (Fe3+) =……. Со (I-) =……. |
|||||||||||||
t |
1/t |
T |
D |
|
T |
D |
|
T |
D |
|
T |
D |
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
7 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Wo (D) |
|
|
|
|
|||||||||
lnWo |
|
|
|
|
|||||||||
k |
|
|
|
|
|||||||||
lnk |
|
|
|
|
|||||||||
J |
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
Примечание: Если порядки реакции по Fe3+ и I- не определены, то проверяют зависимость начальной скорости реакции от ионной силы раствора по графику In Wo - . В этом случае уравнение (5.55) можно представить как
или
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ К РАБОТЕ 5.4