Краткие методические рекомендации
Опыты по определению константы скорости и должны проводиться при постоянной температуре. Поэтому все химические реактивы должны иметь одинаковую температуру. Для этой цели используют водяной термостат или выдерживают все вещества при температуре опыта 2-3 суток. При сливании реактивов колбы и пробирки берутся за верхнюю часть, чтобы избежать случайного подогрева компонентов. Тиосульфат натрия из бюретки добавляются, при возможности, быстро. Перемешивание содержимого колбы проводится непрерывно плавными кругообразными движениями. Опыт повторяется не менее трех раз. После каждого опыта колба, в которой протекала реакция, тщательно моется содовым раствором или посуде могут остаться следы катализатора, который окажет свое действие мыльной водой и ополаскивается. В противном случае в плохо промытой на реакцию и следующий (повторный) опыт будет испорчен. Промежутки времени между окрашиванием раствора отмечаются секундомером с точностью + 0,2 секунды.
Принадлежности для работы
Термостат; бюретка
на 25 мл с делениями для титрования; одна
коническая колба на 150 мл; секундомер
или часы с секундой стрелкой; 0,05 М
растворы
и
;
1 М раствор
;
0,4% раствор КI;
0,5% раствор крахмала; 0,1М раствор молибдата
аммония.
Ход работы
Пользуясь мерным
цилиндром или пипеткой в коническую
колбу на 150 мл последовательно вносят:
10 мл 0,4 % KI
и 1 мл 1М раствора серной кислоты. Колбу
помещают в термостат (
C)
на 10 мин. Если термостат отсутствует,
то колбу ставят на воздух при комнатной
температуре. При этом следует избегать
случайного нагревания колбы, т.е. не
ставить ёё вблизи нагревательных
приборов и не согревать рукой, т.к. всякое
изменение температуры скажется на
скорости реакций.
Реакция 2
+
=
+
2
(1)
протекает практически мгновенно и
сопровождается незначительным тепловым
эффектом, т. К. для реакции взяты очень
малые массы реагирующих веществ.
В отдельную пробирку
помещают 10 мл 0,05 М раствора
имеющего
ту же температуру, что и
и
.
В колбу с раствором, содержащим HI,
из бюретки добавляют 0,5 М раствора
и пять капель крахмала (индикатор на
йод) и 10 мл 0,05 М раствора
,
эквивалентные А мл 0,05 М раствора
тиосульфата натрия (см. ниже). Тщательно
перемешивают содержимое колбы и по
секундомеру или по часам отмечают в
таблице (см. в конце работы) время первого
появления голубого окрашивания
.
Быстро прибавляют из бюретки ещё 1 мл
0,05 М раствора
,
перемешивают (вледствии чего голубое
окрашивание исчезает) и вновь отмечают
время появления голубого окрашивания
и т.д., повторив эти операции 4-5 раз.
Затем прибавляют несколько капель 0,1 М
раствора молибдата аммония (катализатор)
и выделившийся йод титруют 0,05 М раствором
до исчезновения голубой окраски.
Таким образом устанавливают, какому общему числу А мл 0,05 М раствора (считая с самого начала работы) эквивалентны взятые для работы 10 мл 0,05 М раствора .
При добавлении пероксида и тиосульфата идут реакции:
2HI
+
=
+ 2
+ 2
= 2 KI
+
Обе эти реакции протекают значительно медленнее, чем реакции образования HI (реакция 1). Особенно медленно идет реакция (2) , она является лимитирующей. Концентрацию HI можно считать постоянной, а скорость реакции (2) будет определяться лишь концентрацией (в условиях опыта). Таким образом, реакция (2) является фактически реакцией первого порядка.
Промежутки времени
,
и т.д. отсчитывают от момента окрашивания
,
принимаемого за начало опыта. Таким
образом, в начальный момент опыта
содержится А -1 мл 0,05 М раствора
и, следовательно, a
= А-1. К моменту второго появления
окрашивание
прореагирует еще 1 мл 0,05 М раствора
и, следовательно
x
=2 и т.д.
Вычисления.
Для вычисления константы скорости реакции удобнее использовать следующее уравнение:
K
=
Подставив в это уравнение значение А и x в миллилитрах 0,05 М раствора , t – в минутах, вычисляют константу скорости К отдельно для каждого промежутка времени , и т.д. с точностью до третьего десятичного знака.
При тщательной работе разница в найденных для каждого промежутка времени значениях константы не должна превышать несколько тысячных долей. Это указывает на то, что константа скорости не зависит от концентрации пероксида водорода. Берут среднее арифметическое значение константы скорости, указав температуру, при которой проводился опыт. Результаты работы заносятся в таблицу, учитывая, что 10 мл 0,05 М раствора эквивалентны 10 мл 0,05 раствора (А = 10) .
Таблица 6
Появление окрашивания |
Промежутки времени между окрашиваниями |
А-1-x |
lg (А-1-x) |
lg (А-1)- lg (А-1-x) |
|
1 2 3 4 5 |
|
|
|
|
|
Отчет о работ
Рассчитать величину константы для каждого промежутка времени (между окрашиваниями) и сделать вызов о зависимости константы скорости от концентрации реагирующих веществ.
Работа №6. Криоскопия
4 часа
Цель работы:
1. Практически ознакомиться с криоскопическим методом определения молярной массы растворенного вещества.
2. Определить молярную массу неизвестного вещества криоскоическим методом.
План занятия
1. Сдача теоретического минимума (допуска) к работе.
2. Ознакомление с термометром Бекмана и установкой для криоскопических определений молярных масс.
3. Определение молярной массы неизвестного вещества методом криоскопии.
4. Составление отчета о работе.
Основная литература
1. Зимон А.Д. Физическая химия. Изд. 3-е. М.: Агар, 2006. – с. 138-152.
2. Зимон А.Д. Коллоидная химия. Изд. 5-е. М.: Агар, 2007. – с. 180-188.
Дополнительная литература
1. Болдырев А. И. Физическая и коллоидная химия. – М.: Высшая школа, 2003.
2. Физическая химия. / К.С. Краснов, Н. К. Воробьев, И. Н. Годнев и др.; Под. Ред. К. С. Краснова. – М.: Высшая школа, 1995.
Вопросы для самоподготовки:
1. На чем основан криоскопический метод определения молярой массы растворённых веществ?
2. Что называют криоскопической постоянной? Каков её физический смысл?
3. Как влияет электролитическая диссоциация на величину Δ t?
4. Для каких веществ можно определить молярную массу криоскопическим методом?
5. Что называют температурой замерзания раствора? От каких факторов она зависит?
6. Напишите формулу, которая позволяет вычислить относительную молярную массу растворённого вещества по понижению температуры замерзания и поясните входящие в нее члены.