2.4. Обработка экспериментальных данных.

Получение зависимости концентрации персульфата от времени.

Файлы с результатами измерений открывают в программе «Excel». В них содержатся два столбца. В первом – время, во втором – значения оптической плотности.

τ	D	CI2	Сисх	Cтекущ	ln Cтекущ	1/Стекущ
1	2	3	4	5	6

Для определения порядка реакции по персульфату на основании формы кинетической кривой необходимо построить зависимость концентрации персульфата от времени. Для этого в третий столбец заносят концентрацию иода, определенную по калибровочному графику на основании данных оптической плотности. В четвертый столбец заносят исходную концентрацию персульфата, рассчитанную по формуле:

С_исх (К₂S₂O₈) = [V(К₂S₂O₈)∙C (К₂S₂O₈)] / V_общ, где V_общ = 100 + V (К₂S₂O₈).

И в пятый столбец заносят текущую концентрацию персульфата, рассчитанную в соответствии со стехиометрией реакции по формуле:

С_{текущ. персульф} = С_{исходн. персульф} - С_{прореагир.персульф} = С_исх - С_иода.

Строят график зависимости текущей концентрации персульфата от времени.

• Если зависимости текущей концентрации персульфата от времени линейная, то реакция имеет нулевой порядок по персульфату.

• Если зависимость нелинейная, то ее линеаризуют либо в координатах ( ln C_текущ - t), либо (1/С – t) (см.рис1).

• В пятом столбце рассчитывают логарифм текущей концентрации персульфата. Если зависимость логарифма текущей концентрации персульфата от времени линейная, то реакция имеет первый порядок по персульфату.

• Если зависимость нелинейная, то в шестом столбце рассчитывают величину 1/С и строят зависимость обратной концентрации персульфата от времени. Если эта зависимость линейная, то реакция имеет второй порядок по персульфату.

Получение зависимости концентрации йодид иона от времени.

1.Файлы с результатами измерений открывают в программе «Excel». В них содержатся два столбца. В первом – время, во втором – значения оптической плотности.

2.Для расчета порядка реакции по йодид иону на основании формы кинетической кривой необходимо построить зависимость концентрации иодид иона от времени. Для этого в третьем столбце по калибровочному графику на основании данных оптической плотности рассчитывают концентрацию йода. В четвертом столбце по разности между исходной концентрацией йодид иона и концентрацией выделившегося йода рассчитывают текущую концентрацию йодид иона (обратите внимание на стехиометрию реакции):

С_{текущ иодид} = С_{исх иодид} – С_{прореаг иодид} = С_исх – 2 С_йода.

С_исх (КI) = [V(KI )∙C (КI )] / V_общ, где V_общ = 100 + V (КI)

Определение частного порядка реакции по йодид иону.

1.Исследуют форму зависимости концентрации йодид иона во времени. Если она линейная, то реакция имеет нулевой порядок по иодид иону.

2. Если зависимость нелинейная, то ее линеаризуют в координатах ln C_текущ - t. Для этого в пятом столбце рассчитывают логарифм концентрации йодид иона от времени и строят соответствующую зависимость. Если эта зависимость прямая, то реакция имеет первый порядок.

3. Если зависимость нелинейная, то ее линеаризуют в координатах 1/С – t.Для этого в шестом столбце рассчитывают величину 1/С и строят зависимость обратной концентрации йодид иона от времени. Если эта зависимость прямая, то реакция имеет второй порядок по йодид иону.

Определение начальной скорости реакции и порядка реакции.

1.Строят графики зависимости концентрации персульфата от времени для разных начальных концентраций K₂S₂O₈ при постоянной концентрации KI в соответствии с полученным заданием. Для расчета начальной скорости аналитически приближают прямой первые 20 точек. Начальная скорость реакции по персульфату будет равна тангенсу угла наклона полученной прямой (соблюдайте размерности!)

2.Строят график зависимости логарифма начальной скорости от логарифма начальной концентрации персульфата. По тангенсу угла наклона определяют порядок реакции по персульфату. Построив такую же зависимость от логарифма концентрации иодид иона, определяют порядок реакции по этому компоненту. Можно также оценить частный порядок реакции, рассчитав, во сколько раз изменяется начальная скорость реакции при изменении концентрации данного компонента в х раз (см. Теоретическую часть).

3.Определяют общий порядок реакции как сумму частных порядков по реагентам.

Определение частных порядков реакции по зависимости относительной скорости реакции от относительных концентраций персульфата и иодида.

1.В данном случае под скоростью реакции будем понимать скорость образования какой-то определенной концентрации йода, при которой оптическая плотность достигает величины а) 0,3 и б) 0,5. Очевидно, что скорость достижения указанной величины обратно пропорциональна времени ее достижения:

v~ 1/τ и v₁/ v₂ = τ₂/τ₁. За единицу принимают меньшую скорость, то есть для случая наибольшего времени и наименьшей концентрации. Остальные скорости считают относительно первой.

2.Относительную концентрацию персульфата определяют при постоянной концентрации иодида и наоборот, принимая наименьшую концентрацию за единицу. Например, если 4 мл K₂S₂O₈ добавили в 100 мл раствора KI, то 4 мл в 104 мл принимают за 1. Тогда концентрация раствора при добавлении 8 мл в 100 мл раствора KI относительно 1-ой составит х = (8/108).(104/4) = 1,93 и т.д.

3.Строят график зависимости относительной скорости от относительной концентрации одного компонента при постоянной концентрации другого. Если полученная зависимость линейная, то реакция имеет 1-й порядок по данному реагенту. Если зависимость нелинейная, то строят график в логарифмических координатах: ln v- ln c и определяют порядок как тангенс угла наклона полученной зависимости.

2.5. Оформление отчета.

1. Привести градуировочный график и уравнение полученной градуировочной кривой.

2. Привести полученный график зависимости концентрации персульфата от времени.

3.Привести полученный график зависимости концентрации иодид-иона от времени.

4. Привести линеаризованные графики зависимостей в соответствующих координатах.

Сделать вывод о порядке реакции по иодид-иону, о порядке реакции по персульфату, сделать вывод об общем порядке реакции.

5. Привести кинетическое уравнение исследованной реакции.