Работа  №  26.  измерение скорости разложения пероксида водорода газометрическим методом

Цель работы − определение основных кинетических параметров химической реакции: средней константы скорости, порядка реакции и энергии активации. Ознакомление с газометрическим методом изуче­ния кинетики химических реакций, протекающих с участием газообразных веществ.

Пероксид водорода в водных растворах самопроизвольно разла­гается по уравнению с выделением газообразного кислорода

                               2Н₂О₂ →2Н₂О + О₂.

В присутствии некоторых катионов и анионов разложение заметно ускоряется. Реакция может служить примером гомогенной каталитической реакции. Разложение Н₂О₂сопровождается выделением О₂. За ходом реакции следят по изменениям объема выделившегося кислорода через различные промежутки времени от начала реакции.

Схема прибора для изучения кинетики разложения пероксида водорода представлена на рис. 3.3.

Порядок выполнения работы

1. Налить в реакционный сосуд (1) раствор катализато­ра и при открытом кране (5) поместить сосуд в термостат (4). Вид ка­тализатора и температурный режим процесса определяется преподава­телем.

2. С помощью уравнительного сосуда (3) установить уровень воды в бюретке (2) на нулевом делении или около него. Закрыть кран (5) и проверить прибор на герметичность.

3. Выдержать реакционный сосуд в термостате ~20 мин. и  влить в него по указанию преподавателя определенное количество пероксида водорода. Раствор перемешать, встряхивая реакционный сосуд с закрытой пробкой. кран вверху бюретки держать открытым 1 мин. для вытеснения воздуха, затем его закрыть.

4. Установить на одной отметке уровни жидкости в бюретке (2)и в уравнительном сосуде (3), чтобы привести давление в приборе к атмосферному. Записать исходный уровень  жид­кости в бюретке и время на часах.

5. В ходе реакции делать замеры уровня жидкости в измерительной бюретке  через каждые 2-3 мин. в течение 30-36 мин. Следить, чтобы при измерениях уровни жидкости в бюретке и уравнительном сосуде были  одинаковыми.

6. После того как реакция практически прекратится, реакционный сосуд поместить в кипящую водяную баню на 15 мин. При кипячении на водяной бане уравнительный сосуд поддерживать в самом высоком положении.

7. Охладить   реакци­онный сосуд до температуры термостата, выдержать в те­чение 10-15 мин., после чего замерить уровень жидкости в бюретке (α_∞).

8. Результаты измерений занести в таблицу, записав следующие условия опыта:

Температура опыта …………………………………………...

Катализатор……………………………………………………

Количество Н₂О₂………………………………………………

 

Номер измерения

Время от начала реакции τ, мин

Объем выделившегося О2, мл

Максимальный объем выделивше­гося О2 α∞ , мл

α∞ -ατ

tg(α ∞ -ατ)

Константа скорости, k

 

 

9. Построить кинетическую кривую α_t = f(τ).

10. Рассчитать константу скорости для трех-четырех измерений τ при установившемся режиме (в середине процесса) по кинетическому уравнению первого порядка, где концентрации пероксида водорода заменить пропорциональными им величинами объемов выделившегося кислорода. Сле­дует считать, что максимальный объем выделившегося кислорода про­порционален начальной концентрации пероксида водорода, а объем α_∞- α_τ пропорционален изменению концентрации пероксида водорода к моменту от начала реакции. Тогда

 

                                          .

11. Вычислить среднее значение константы скорости реакции.

12. Построить график зависимости tg(α_∞-α_t) = f(τ), откладывая время в минутах по оси абсцисс. Для реакции первого поряд­ка эта зависимость выражается прямой, тангенс угла наклона которой к оси τесть константа скорости.

13. Определить константу скорости по графику и сравнить с вычисленной. С учетом перевода натурального логарифма в десятич­ный k = 2,3 tgφ.

14. Записать уравнение химической реакции разложения пероксида водорода и кинетическое уравнение реакции.

15. Получив у преподавателя значение константы скорости при другой температуре, рассчитать энергию активации реакции.