1/3 2/3 1,0 С, моль/л

Рис. 6.1

Опыт № 2. Зависимость скорости реакции от температуры

Зависимость скорости реакции от температуры в гомогенной среде изучают на примере реакции

Na₂S₂О_з+H₂SО₄=Na₂SО₄+SО₂+S+H₂О.

При взаимодействии раствора тиосульфата натрия с серной кислотой выпадает в осадок сера, вызывающая при достижении определённой концентрации помутнение раствора. По промежутку времени от начала реакции до заметного помутнения раствора можно судить об относительной скорости этой реакции.

Налить в одну пробирку 5см³ раствора тиосульфата натрия (0,3 М), в другую – 5 см³ раствора серной кислоты (0,3 М). Обе пробирки поместить в стакан с водой на 5–7 мин с тем, чтобы растворы приняли температуру воды, и записать ее в журнал. Слить вместе содержимое обеих пробирок. Точно отметить время от начала реакции до появления помутнения. В две другие пробирки налить по 5 см³ тех же растворов. Поместить пробирки в водяную баню или стакан с водой, нагреть воду на 10°С выше температуры предыдущего опыта. Выдержать пробирки при этой температуре 5–7 мин; слить содержимое пробирок. Измерить время до появления мути. Повторить опыт, повысив температуру ещё на 10°С. Результаты опытов свести в табл. 6.2.

Таблица 6.2

Результаты опыта

№ опыта	Температура опыта Т, К	Время появления помутнения t,, с	Относительная скорость реакции v yсл.=1/ t,, c-1

По полученным данным построить график зависимости модуля логарифма скорости реакции от обратной величины абсолютной температуры в координатах, представленных на рис. 6.2.

Рис.6.2

Сделать вывод о зависимости скорости реакции от температуры. Из графика определяют тангенс угла наклона β и вычисляют энергию активации:

Е = 2,303R • tgβ, Дж/моль

Экстраполировав полученную прямую до пересечения с осью lgх, найти отрезок, равный десятичному логарифму предэкспоненциального множителя в уравнении Аррениуса. Далее рассчитать значения констант скорости реакций для каждой температуры и на их основании – среднее значение температурного коэффициента скорости реакции.

Опыт № 3. Определение константы скорости и порядка реакции каталитического разложения пероксида водорода газометрическим методом

Пероксид водорода в водных растворах самопроизвольно разлагается согласно уравнению

2 Н₂О₂ = 2 Н₂О + О_2.

В присутствии некоторых веществ разложение заметно ускоряется. В данном опыте исследуется пример гетерогенного катализа. Разложение Н₂О₂ сопровождается выделением О₂. Объем его, пропорциональный количеству разложившегося пероксида, измеряют с помощью прибора для определения молярной массы эквивалента металла (рис. 1.1).

Пробирку 2 наполнить 1%-ным раствором пероксида водорода Н₂О₂ на 2–3 см ниже пробки и поместить в термостат, установленный на 25єС. Бюретка и уравнительный сосуд должны быть заполнены водой. Через 20 мин в пробирку с пероксидом внести навеску МnО₂ (около 1 мг). Размешать раствор стеклянной палочкой. Пробирку прочно присоединить к прибору. Установить воду в бюретке на уровне ее верхнего деления путем поднятия уравнительного сосуда. Включить секундомер.

Через определенные промежутки (2–5 мин) отмечать высоту жидкости в бюретке, поддерживая непрерывно одинаковый уровень воды в ней и уравнительном сосуде. Отсчитывать время при включенном секундомере. При более высокой температуре отсчеты проводить через более короткие промежутки времени. После того как реакция практически прекратится, пробирку с пероксидом поместить в стакан с водой при 80єС и выдержать в нем до полного разложения Н₂О₂ (уровень жидкости в бюретке перестанет изменяться). При нагревании пробирки уравнительный сосуд высоко поднять.

По окончании реакции пробирку охладить до температуры опыта, выдержать при этой температуре около 10 мин. После выравнивания уровней жидкостей в бюретке и уравнительном сосуде записать высоту жидкости в бюретке. За начало опыта принять время третьего или четвертого измерения в условиях уже установившегося режима.

По опытным данным построить графики зависимости:

• разности объемов кислорода от времени [б_∞–б_ф= f(t)] (на оси абсцисс откладывать время в минутах);

• скорости реакции от времени х = f(t). Скорость определяется по тангенсу угла наклона касательной к кривой б_∞–б_ф= f(t) к оси времени;

• логарифма скорости реакции через различные промежутки времени от логарифма разности объемов выделенного кислорода

lgх_ф=f[lg(б_∞–б_ф)];

• логарифма разности объемов кислорода от времени lg(б_∞–б_ф)= f(t).

По последним двум графикам определить порядок реакции. Далее рассчитать константу скорости реакции при помощи графика lg(б_∞–б_ф)= f(t) и методом подбора уравнений, где концентрации заменяются разностью объемов кислорода:

где б_∞ – объем кислорода, выделившийся после разложения всего пероксида водорода (определяется как разность уровней в бюретке в момент, принятый за начало реакции, и после кипячения Н₂О₂ до полного разложения). Результаты представить в виде четырех графиков и табл. 6.3:

Таблица 6.3

Катализатор …… Температура опыта…….. Объем Н₂О₂..................

Время измерения по секундомеру	Время от начала реакции, мин	Уровень жидкости в бюретке, см3	Объем выделившегося газа, см3	Скорость реакции	lg(б∞–бф)	lgхф	Константа скорости ki	kср

Из температурной зависимости константы скорости рассчитать энергию активации Е_а по уравнению

.

Опыт № 4. Скорость реакции в гетерогенной системе

Налить в две пробирки по 5 см³ 2,5 М соляной кислоты. Отвесить на технохимических весах две навески по 0,2 г мрамора в кусочках, одну навеску мрамора растереть в ступке в порошок. Затем одновременно в одну пробирку ссыпать порошок, а в другую – бросить кусочки мрамора. Заметить время, которое потребовалось для полного растворения мрамора. Для обоих случаев подсчитать относительную скорость реакции (н=1/т). Определить, в каком случае скорость реакции больше и во сколько раз? Результаты опыта свести в табл. 6.4

Таблица 6.4