Методика выполнения работы и ее обоснование

Для определения порядка реакции необходимо иметь экспериментальные данные об изменении концентрации реагирующих веществ во времени при T = сonst.

Если мы имеем дело с реакцией первого порядка, то кинетическое уравнению имеет вид:

                                    (2.1)

и в координатах  должна наблюдается прямолинейная зависимость, для которой

                                (2.2)

Для реакции второго порядка кинетическое уравнение

                                      

или

.                                           (2.3)

Мы имеем прямую в координатах , для которой

                                       (2.4)

В случае реакции третьего порядка кинетическое уравнение

.                                        (2.5)

Мы имеем прямую в координатах , для которой

                                     (2.6)                                       

Каждое кинетическое уравнение дает прямую линию только в соответствующих координатах. Если, например, опытные точки расположились на прямой линии в координатах , а другие графические зависимости – кривые, то это указывает на то, что рассматриваемая реакция – реакция первого порядка. По угловому коэффициенту наклона этой прямой по отношению к оси t можно определить константу скорости реакции.

В данной работе необходимо графическим методом определить порядок реакции взаимодействия персульфата аммония с йодистым калием

(NH₄)₂S₂O₈ + 2KI = (NH₄)₂SO₄ + I₂ + K₂SO₄.                  (2.7)

При комнатной температуре определяют время, за которое концентрация (NH₄)₂S₂O₈  достигает с _t = 0,85 c ₀; 0,75 c ₀; 0,65 c ₀; 0,5 c ₀; 0,25 c ₀. По этим данным определяют кинетические константы (  и ) графическим методом. Действительно, если взять 0,5 моль Na₂S₂O₃ на каждый моль (NH₄)₂S₂O₈, то по реакции

2Na₂S₂O₃ + I₂ = Na₂S₄O₆ + 2NaI

в соединение свяжется 0,25 моль йода от всего количества, которое образуется по реакции (2.7), и в присутствии крахмала раствор посинеет при с _t = 0,75 c ₀.

При добавлении 1,5 моль Na₂S₂O₃ на каждый моль (NH₄)₂S₂O₈ концентрация за время от начала реакции до посинения раствора изменится от начальной до с _t = 0,25 c ₀.

Таким образом, добавляя к реагентам Na₂S₂O₃ в различной пропорции, фиксируют время, при котором концентрация (NH₄)₂S₂O₈ достигает заданной величины. Графическая обработка экспериментальных данных позволит определить порядок реакции и константу скорости реакции.

 

Порядок выполнения работы

 

1. В сухую пробирку наливают последовательно (см. схему составления растворов) раствор (NH₄)₂S₂O₈, затем добавляют несколько капель крахмала (индикатор), Na₂S₂O₃ и KI. Раствор йодистого калия приливают последним и встряхивают пробирку. Момент после приливания йодистого калия в реакционную смесь и быстрого встряхивания, считают за начало реакции. Промежуток времени от начала вливания йодистого калия в реакционную смесь до момента посинения раствора и есть время изменения концентрации (NH₄)₂S₂O₈ от начальной с ₀ до заданной величины с _t.

2. Время от добавления KI до момента посинения раствора в пробирке и соответствующие концентрации с _t заносят в таблицу.

 

Рекомендуемый вид таблицы

 

    начальная концентрация c ₀ =   

 

Номер пробирки	Концентрация с t, моль/л	Время t, мин
1	с t = 0,85∙ c 0 =
2	с t = 0,75∙ c 0 =
3	с t = 0,65∙ c 0 =
4	с t = 0,5∙ c 0 =
5	с t = 0,25∙ c 0 =

 

3. Определяют порядок реакции и константу скорости графическим методом.

4. Для с _t = 0,5 c ₀ параллельно проводят еще одно определение времени реакции, поместив пробирку в термостат при повышенной температуре (по заданию преподавателя). Величину рассчитывают по половинному времени реакции .

5. Рассчитывают энергию активации по уравнению (1.13) (см. работу №1).

 

Схема  составления растворов (*)

 

Номер пробирки	Концентрация с t, моль/л	Объемы растворов, см^3
		(NH4)2S2O8	Na2S2O3	H2O	KI
1	с t = 0,85 c 0	5,0	1,5	3,5	10,0
2	с t = 0,75 c 0	5,0	2,5	2,5	10,0
3	с t = 0,65 c 0	5,0	3,5	1,5	10,0
4	с t = 0,5 c 0	5,0	5,0	–	10,0
5	с t = 0,25 c 0	4,0	6,0	–	8,0

 

(*) Внимание: в каждую пробирку с реакционной смесью обязательно добавляют 2 капли крахмала.

 

 

Работа № 3