3. Вплив концентрації на швидкість реакції розкладу тіосульфату натрію

Ціль роботи: вивчення порядку реакції розкладу тіосульфату натрію.

Цільові задачі: засвоєння розрахунку кінетичних характеристик реакції (порядок реакції).

Проведення досліду:

Під впливом мінеральних кислот тіосульфат натрію розкладається за схемою:

Na₂S₂O₃ + H₂SO₄ = SO₂ + Na₂SO₄ + S + H₂O

Реакція є складною і протікає через ряд послідовних стадій:

S₂O₃^2- + 2Н⁺ = Н₂S₂O₃ (дуже швидко)

Н₂S₂O₃ = Н₂SO₃ + S (повільно)

Н₂SO₃ = SO₂ + H₂O (швидко)

Якщо здійснюється ряд послідовних реакцій, з яких одна є повільною, а інші – швидкими, то швидкість сумарного процесу визначається найповільнішою (в даному випадку другою) стадією реакції, яка є мономолекулярною.

Загальний порядок реакції можна знайти з рівняння V = KCⁿ, де є два невідомих К та n. Логарифмування дає вираз lgV = lgK + lgC, що виражається на графіку в координатах lgV-lgC прямою лінією, тангенс кута нахилу якої до осі абсцис і є порядком реакції.

Хід виконання:

У п’ять пронумерованих пробірок з окремих бюреток наливають розчин тіосульфату натрію (0,1 моль/л) і дистильовану воду в кількостях, що вказані в таблиці. В п’ять інших пробірок (нумерація не обов’язкова) наливають з окремої бюретки по 5 мл розчину сульфатної кислоти (1 моль/л) в кожну.

Зливають попарно приготовлені розчини тіосульфату натрію і сульфатної кислоти і відмічають час від моменту вливання до появи перших ознак каламутності, що вказує на завершення реакції. Знайдений час в секундах обернено пропорційний швидкості реакції: V = 1/ (c^-1). Концентрацію досліджуваного розчину вираховують за формулою:

Результати дослідів і розрахунки заносять в таблицю:

№	Досліджуваний розчин Na2S2O3		V, мл H2SO4	С, моль/л (Na2S2O3)	, сек появи муті	V, с-1	lgV	lgC
	0,1 М Na2S2O3 мл	H2O мл
1	1	4	5	0,01
2	2	3	5	0,02
3	3	2	5	0,03
4	4	1	5	0,04
5	5	0	5	0,05

Будують графік залежності логарифму швидкості (lgV) від логарифму концентрації (lgС). За тангенсом кута нахилу прямої до осі абсцис знаходять порядок реакції (n = tg).

Запитання підсумкового контролю знань студентів і домашнього завдання, ситуаційні задачі:

1. Які існують розходження між молекулярністю та порядком реакції? У яких випадках вони не збігаються, виражаються дробовими числами?

2. Як залежать константи швидкості реакцій різних порядків від одиниць, у яких виражені концентрації?

3. Опишіть методи визначення порядку реакції.

4. Доведіть, що час напіврозпаду речовин у реакції є функцією початкової концентрації, яка залежить від порядку реакції.

5. У певній реакції 35,4% вихідної речовини прореагувало за 60 хв. Вважаючи цю реакцію реакцією першого порядку, обчисліть, яка кількість речовини (у відсотках) прореагує за 5 год.

6. Період напіврозпаду радіоактивного фосфору 14,3 дні. Через скільки днів активність препарату АТФ, міченого по фосфору, зменшиться в 5 разів?

7. В реакції першого порядку за 3 години прореагувала половина речовини. Скільки часу необхідно, щоби реакція у тих же умовах відбулася на 75 %?

8. При певній температурі за 10 годин розклалося 30 % речовини. Вважаючи цю реакцію реакцією першого порядку, розрахуйте, скільки необхідно часу для розкладення 99 % речовини.

9. З 1 кг сахарози при перетворенні її на глюкозу та фруктозу в присутності води і ферменту сахарози за 5 год лишилось 600 г. Яка кількість сахарози залишиться через 2 год 20 хв?

Література:

1. Фізична і колоїдна хімія / за ред. В.І. Кабачного, - Харків: Прапор, 1999. – 368с.

2. Мороз А.С., Яворська Л.П., Луцевич Д.Д та ін. Біофізична та колоїдна хімія. – Вінниця: Нова книга, 2007. – 600с.

3. Красовский И.В., Вайль Е.И., Безуглый В.Д. Физическая и коллоидная химия.- К.: Вища школа, 1983. – 345с.

4. Евстратова К.И., Купина Н.А., Малахова Е.Е. Физическая и коллоидная химия. - М.: Высш. шк., 1990. - 487с

5. Мороз А.С., Ковальова А.Г. Фізична та колоїдна хімія. - Львів.: Світ, 1994. – 280с. – 280с.

6. Фізична та колоїдна хімія. Лабораторний практикум: Навч. посіб. для студ. вищ. фар мац. навч. закладів / В.І. Кабачний, В.П. Колєснік, Л.Д. Грицан та ін..: за ред. В.І. Кабачного. – Х.: Вид-во НФаУ: Золоті сторінки. 2004. – 200с.