Методика выполнения работы и ее обоснование

Результаты многочисленных исследований реакции разложения мочевины в водных растворах указывают на то, что первым этапом разложения является изомеризация мочевины, т.е. ее превращение в цианат аммония с последующим переходом из цианата в карбонат и далее – в аммиак и углекислоту:

CO(NH₂)₂ ↔ NH₄CNO

NH₄CNO → (NH₄)₂CO₃ → 2NH₃ + CO₂ + H₂O.

Реакция превращения цианата в карбонат протекает практически необратимо. Такого рода разложение с заметной скоростью происходит лишь в водных растворах и при повышенных температурах (50^оС и более), причем протекает по мономолекулярному механизму. В ходе реакции водный раствор органического вещества CO(NH₂)₂ с ковалентными связями превращается в раствор, диссоциирующей на ионы соли NH₄CNO, поэтому электропроводность его со временем растет. Это дает возможность измерять скорость реакции как приращение электропроводности и ее можно считать пропорциональной концентрации конечного продукта. Влиянием присутствия переменного количества мочевины можно пренебречь.

Исследуемая реакция является реакцией первого порядка, поэтому расчет константы скорости реакции ведется по уравнению

_,                                                    

где c ₀ – начальная концентрация мочевины;

  x – концентрация мочевины, прореагировавшей к данному моменту времени;

    t – время данного замера от начала реакции.

Принимаем, что увеличение электропроводности во времени пропорционально количеству образовавшегося карбоната или количеству прореагировавшей мочевины. Обозначим:

L ₀– электропроводность раствора в момент начала реакции;

L_t – электропроводность в данный момент времени t;

L _∞ – электропроводность, соответствующая последнему измерению, когда процесс разложения мочевины полностью закончен.

Тогда, c ₀ = const(L_∞ - L ₀), (c ₀ – x) = const(L_∞ - L ₀) – const(L_t – L ₀).

Таким образом, расчеты можно проводить по уравнению:

.                                       (3.1)

Величину L ₀ непосредственно экспериментально определить не удается, так как от начала реакции до первого измерения проходит некоторое время. Поэтому, величину L ₀находят экстраполяцией, для чего строят график в координатах ln(L _∞ - L_t) – t и затем вычисляют L ₀.

Вычислив константу скорости реакции для каждого момента времени, определяют среднее значение и сравнивают с величиной k, полученной графическим путем по тангенсу угла наклона прямой к оси t на графике.

По двум константам скорости и двум температурам определяют величину энергии активации по уравнению Аррениуса (1.13).

 

Порядок выполнения работы

 

1. Стакан в термостате наполняют дистиллированной водой (около 100 см³). Термостат закрывают крышкой, устанавливают электроды для измерения электропроводности и термодатчик. Электроды устанавливают так, чтобы они были ниже уровня воды на 0,5 – 1 см. Подключают электроды и термодатчик.

2. Устанавливают термостат на поддержание требуемой температуры (50, 60 или 70°С). Обеспечивают перемешивание воды в стакане и, когда температура в нем установится на требуемом уровне, переходят к выполнению следующего пункта.

3. Растворяют навеску (1г) мочевины. Через 1 минуту после начала растворения мочевины выключают перемешивание и начинают измерение электропроводности.

4. Проводят измерение электропроводности (L) в течение 30 минут с интервалом в 3 минуты.

5. Чтобы довести реакцию практически до конца и определить значение L _∞, температуру в термостате поднимают до 95°С и выдерживают раствор в течение 1 часа. Затем охлаждают до первоначальной температуры и определяют электропроводность L _∞.

6. Проводят опыт при другой температуре (согласно п. 1 – 5).

7. Результаты заносят в таблицу. Строят графики в координатах ln(L _∞ - L_t) – t,из которых находят L ₀.

8. Вычисляют константы скорости реакции и энергию активации.

 

Рекомендуемый вид таблицы

 

Температура опыта T = °С

L _∞ = мСм

L ₀ =  мСм

Время t, мин	Электропроводность Lt, мСм

Работа № 4