Определение кинетических характеристик реакции окисления иодид-ионов пероксидом водорода.

Цель работы. Научиться экспериментальным путем определять кинетические параметры: константу скорости реакции.

Задание: Определить константу скорости реакции окисления иодид-ионов пероксидом водорода в кислой среде при комнатной и повышенной (33-38⁰С) температурах. Вычислить энергию активации реакции и температурный коэффициент скорости реакции.

Оборудование и реактивы. Секундомер, бюретка, воронка, мерный цилиндр вместимостью 50 мл, мерная пробирка вместимостью 10 мл, коническая колба вместимостью 250 мл, капельницы, термометр. Растворы пероксида водорода, иодида калия, тиосульфата натрия, серной кислоты, молибдата аммония, крахмала.

Сущность работы. Пероксид водорода в кислой среде медленно окисляет иодид-ионы:

H₂O₂ + 2I^- + 2H⁺ ® I₂ + 2H₂O

Скорость реакции измеряется по количеству выделенного иода, для чего в реакционную смесь периодически добавляют по 1 мл раствора тиосульфата натрия, реагирующего с иодом:

I₂ + 2S₂O₃^2- ® 2I^- + S₄O₆^2-

Каждую новую порцию тиосульфата натрия добавляют после того, как ранее введенный в смесь тиосульфат натрия полностью прореагирует с выделившимся иодом. Для фиксирования момента окончания реакции в смесь добавляют крахмал, образующий с иодом соединение синего цвета.

Иодид калия и серная кислота берутся в большом избытке, в этом случае реакция протекает по первому порядку. Кроме того, концентрация иодид ионов поддерживается практически постоянной за счет постоянного восполнения при окислении тиосульфата.

Для быстрого окончания реакции после проведения заданного числа измерений в раствор добавляется катализатор (насыщ. р-р молибдата аммония).

Опыт 1. Выполнение эксперимента:

1. Готовят реакционную смесь:

- 50 мл раствора иодида калия (цилиндром)

- 5 мл раствора серной кислоты (мерной пробиркой)

- 1,0 мл раствора тиосульфата натрия (из заполненной бюретки)

- 5,0 капель крахмала

- 5,0 мл раствора пероксида водорода (из заполненной бюретки)

Включают секундомер в момент первого появления синей окраски содержимого колбы (время 0 с).

2. Фиксируют время в момент появления синего окрашивания. Проводят 5-6 измерений времени.

3. Измеряют объем раствора тиосульфата натрия, необходимый для реакции со всем выделившимся иодом. Для этого в реакционную смесь добавляют насыщенный раствор молибдата аммония и титруют раствором тиосульфата натрия из бюретки до исчезновения синей окраски. Результат титрования (Vo) заносят в таблицу.

4. Измеряют температуру реакционной смеси (Т₁) и заносят в таблицу.

 

Обработка результатов эксперимента. Для расчета константы скорости реакции (k)

используют формулу: 1 V₀ -1

k = -----ln ---------

t V₀ -1-V_t

где V_t – объем раствора тиосульфата натрия, добавленный к моменту времени t.

Константу скорости рассчитывают для всех проведенных измерений и вычисляют ее среднее значение (k_ср).

Экспериментальные данные:

 

Vt, мл	Т1 = (принятая комнатная температура)	Vо =
Показания секундомера (текущее время) (	t, с	Константа скорости k, с^-1
			-
			kср =

 

Расчеты:

 

 

Опыт 2. Влияние катализатора на скорость реакции.

Цель работы. Изучить влияние катализатора и температуры на скорость реакции окисления иодид-ионов пероксидом водорода в кислой среде.

Задание: Определить константу скорости реакции оксиления иодид-ионов пероксидом водорода в кислой среде в присутствии катализатора.

Оборудование и реактивы. Секундомер, бюретка, воронка, мерный цилиндр вместимостью 50 мл, мерная пробирка вместимостью 10 мл, коническая колба вместимостью 250 мл, капельницы, термометр, водяная баня. Растворы пероксида водорода, иодида калия, тиосульфата натрия, серной кислоты, молибдата аммония, сульфата меди, крахмала.

Сущность работы. См. лабораторную работу к занятию 01-02.

Катализаторы ускоряют только термодинамически возможные реакции. Механизм действия катализатора заключается в изменении пути процесса.

 

ВНИМАНИЕ! В работе используются два раствора катализатора: разбавленный (0,0025 моль/л) для проведения кинетических измерений V_t и t; концентрированный (0,5 моль/л) – для проведения реакции до конца и определения V_о.

 

Ход работы. Работу проводят аналогично описанному в занятии 01-02 с той лишь разницей, что при изучении влияния катализатора на скорость химической реакции в реакционную смесь до добавления пероксида водорода вводят рекомендуемое преподавателем количество катализатора, а при изучении влияния температуры на скорость химической реакции, колбу с реакционной смесью до добавления пероксида водорода помещают на водяную баню и пероксид водорода добавляют по достижении реакционной смесью требуемой температуры. Дальнейшие измерения проводят не вынимая колбу из водяной бани. При этом необходимо следить за постоянством температуры во время всего эксперимента.

Экспериментальные данные:

V, мл	Катализатор	Vо =
	Показания секундомера (текущее время)	t, с	Константа скорости k^1, с^-1
			-
			K^1 ср =

Обработка результатов эксперимента. Для расчета константы скорости реакции

(k ¹)используют формулу: , где V_t – объем раствора тиосульфата натрия, добавленный к моменту времени t.

Константу скорости рассчитывают для всех проведенных измерений и вычисляют ее среднее значение (k ¹_ср).

Расчеты:

 

В выводе указывают полученные результаты: значения констант скорости при комнатной температуре и в присутствии катализатора.

 

Вывод:

 

 

Дата ______ Занятие _______