Опыт 1. Сравнение активности различных катализаторов в реакции разложения пероксида водорода

Н₂О₂ ® Н₂О + ½ О₂.

В данном опыте сравнивают эффективность действия катализаторов K₂Cr₂O₇ и FeCl₃. Скорость реакции обратно пропорциональна времени ее протекания. Последнее определяется как разность между временем окончания и начала выделения пузырьков газа.

1. В две мерные конические пробирки налейте по 1 мл 3 % - го водного раствора пероксида водорода.

2. В одну пробирку добавьте две капли 0,3 М раствора дихромата калия (K₂Cr₂O₇), а в другую пробирку – четыре капли. С помощью секундомера измерьте время протекания реакции (от начала и до окончания выделения пузырьков газа) в обеих пробирках, а также окраску раствора.

3. Повторяя операции пп. 1-2, проведите аналогичные эксперименты с 0,3 М раствором FeCl ₃ в качестве катализатора.

Обработка результатов

1. Исходные данные, наблюдения, результаты измерений и расчетов, а также выводы занесите в табл. 1.

Таблица 1

Катализатор	Количество, капли	Время протекания реакции t, с	Условная скорость r i = 1000 / t i	Наблюдения и выводы
K2Cr2O7
K2Cr2O7
FeCl 3
FeCl 3

 

2. Отметьте цвета растворов в начале реакции и после ее завершения.

3. Вычислите условную скорость реакции по формуле:

где t - время протекания реакции.

4. Сделайте вывод относительно эффективности действия различных катализаторов.

5. Как влияет на скорость разложения Н₂О₂ концентрация катализатора?

 

Опыт 2. Гомогенная каталитическая реакция восстановления

Ионов железа (III)

В данном опыте в качестве примера гомогенного катализа рассматривается реакция восстановления ионов Fe ^{3 +} ионами S₂O₃ ^{2 -}

2 Fe (NCS)₃ + 2 Na₂S₂O₃ = Na₂S₄O₆ + 2 Fe (NCS)₂ + 2 NaNCS,

которая ускоряется в присутствии ионов Cu ^{2 +}.

Водные растворы роданида железа (III) имеют кроваво-красную окраску. Реакция его образования используется в аналитической химии для обнаружения ионов Fe ^{3 +}. По времени исчезновения окраски судят о скорости протекания реакции.

1. Приготовьте раствор роданида железа (III) Fe (NCS) ₃, смешав в колбочке 5 мл

0, 1 М раствора хлорида железа (III) FeCl ₃ и 1 мл 0,1 М раствора роданида аммония

NH ₄ NCS.

2. Пипеткой отберите 1 мл приготовленного раствора в другую коническую пробирку.

3. В третью коническую пробирку налейте 1 мл 0,1 М раствора тиосульфата натрия Na₂S₂O₃.

4. Содержимое обеих пробирок объедините, для чего раствор Na₂S₂O₃ быстро перелейте в пробирку с раствором Fe (NCS) ₃, включив при этом секундомер. Наблюдайте за происходящими изменениями.

5. Отметьте по секундомеру время до полного обесцвечивания раствора, которое условно можно считать временем протекания реакции.

6. Проведите аналогичный эксперимент (операции по пп. 2-5), добавив в пробирку с раствором Fe (NCS) ₃ одну каплю 0,05 М раствора CuSO₄.

7. Повторите опыт с тремя каплями 0,05 М раствора CuSO₄.

Обработка результатов

1. Результаты измерений, расчетов и выводы занесите в табл. 2.

2. Приведите уравнения, описывающие появление и исчезновение кроваво-красной окраски у растворов.

3. Рассчитайте условную скорость реакции по формуле:

где t - время протекания реакции.

4. На основании полученных результатов сделайте выводы относительно:

а) влияния на скорость реакции восстановления Fe ^{3 +} присутствия ионов Cu ^{2 +};

б) влияния на скорость этой реакции концентрации ионов Cu ^{2 +}?

Таблица 2

Число капель катализатора	Время протекания реакции t, с	Условная скорость r i = 100 / t i	Наблюдения и выводы

 

 

Опыт 3. Гетерогенная каталитическая реакция разложения пероксида водорода

Изучается влияние гетерогенного катализатора (MnO₂ или PbO₂) на скорость разложения пероксида водорода. Предполагается, что реакция с участием диоксида марганца протекает через следующие стадии:

MnO₂ + H₂O₂ + 2 H ⁺ = Mn ^{2 +} + 2 H₂O + O₂,

Mn ^{2 +} + 2 H₂O = Mn(OH)₂ + 2 H ⁺,

Mn(OH) ₂ + H₂O₂ = MnO₂ + 2 H₂O.

Проведение опыта

1. В две пробирки с помощью мерного цилиндра налейте по 3 мл 3 % - го раствора пероксида водорода.

2. В первую пробирку добавьте немного (на кончике шпателя) порошка диоксида марганца MnO ₂ (или PbO ₂) и одновременно включите секундомер. Отметьте время протекания реакции до окончания выделения пузырьков газа.

3. Проведите аналогичный эксперимент (операции пп. 1-2), добавив в 2 раза больше количествами диоксида марганца (или диоксида свинца).

Обработка результатов

1. Результаты измерений, расчетов и выводы занесите в табл. 3.

Таблица 3

Катализатор	Условное количество катализатора	Время протекания реакции t, с	Условная скорость реакции r i = 100 / t i	Наблюдения и выводы

 

2. Вычислите условную скорость реакции по формуле:

где t - время протекания реакции.

3. Сравните каталитическую активность диоксида марганца и диоксида свинца. За меру активности принимается скорость реакции с данным катализатором при одинаковом их количестве.

4. Сделайте вывод о влиянии количества катализатора на скорость разложения пероксида водорода.