Кинетические уравнения реакций первого, второго и нулевого порядка

Порядок реакции	Кинетическое уравнение	Единица измерения константы скорости	Зависимость концентрации от времени	Период полураспада
		с^-1	или
		л×моль^-1×с^-1
		моль×л^-1×с^-1

Изучаемая в данной работе реакция окисления иодид-ионов пероксидом водорода в водном растворе в кислой среде протекает по уравнению:

H₂O₂ + 2I^– + 2H⁺ = I₂ + 2H₂O (1)

Механизм реакции сложный, включает несколько стадий. В целом в реакции участвуют три вида частиц, и в реакционной смеси могут изменяться концентрации всех этих частиц, влияя на скорость реакции. При избытке кислоты (ионов H⁺) концентрация [H⁺] может считаться постоянной. Концентрацию иодид-ионов [I^–] можно поддерживать постоянной. Для этого в ходе опыта к реакционной смеси периодически добавляют одинаковые количества тиосульфата натрия Na₂S₂O₃. Тиосульфат реагирует с выделяющимся при реакции (1) иодом по уравнению

I₂ + 2S₂O₃^2– = 2I^­– + S₄O₆^2– (2)

Таким образом, пероксид водорода расходуется в реакции, а концентрация иодид-ионов остается практически постоянной. Кинетическое уравнение реакции окисления

,

где есть величина постоянная при соблюдении вышеуказанных условий, n – порядок реакции по I^–. k_эксп – экспериментально наблюдаемая константа скорости реакции первого порядка по пероксиду водорода.

Цель работы.

Определить константу скорости реакции окисления иодид-ионов пероксидом водорода в кислой среде.

Реактивы.

· Серная кислота H₂SO₄, раствор 2н.

· Перекись водорода H₂O₂, раствора 0,05 н.

· Тиосульфат натрия Na₂S₂O₃, раствора 0,05 н.

· Иодид калия KI, раствор 0,4 %-ный (либо другой концентрации, по указанию преподавателя)

· Крахмал, раствор 0,5 %-ный (индикатор).

· Молибдат аммония (NH₄)₂MoO₄ (катализатор), раствор.

 

Оборудование и посуда.

· Коническая колба на 250 мл.

· Пипетки на 100 мл, 10 мл, 5 мл.

· Бюретка 25 мл.

· Секундомер.

· Термометр.

 

Выполнение работы.

1. В коническую колбу наливают пипеткой (мерной колбой) 100 мл раствора KI и пипеткой 5 мл раствора H₂SO_4.

2. Бюретку заполняют раствором тиосульфата натрия. В течение опыта раствор тиосульфата в бюретку больше не добавляют!

3. В колбу с подкисленным раствором иодида из бюретки добавляют точно 1 мл раствора тиосульфата. Приливают 5 капель раствора крахмала.

4. В эту же колбу наливают пипеткой 10 мл пероксида водорода, тщательно перемешивают и ставят под бюретку с тиосульфатом.

5. В момент окрашивания реакционной смеси в синий цвет включают секундомер. Немедленно добавляют еще 1 мл тиосульфата и перемешивают, окраска раствора исчезает.

6. Отмечают момент следующего окрашивания раствора (секундомер не выключать!), сразу добавляют следующий мл раствора тиосульфата. Записывают время появления окрашивания по секундомеру.

7. Продолжают наблюдение, производят 6-7 таких отсчетов по секундомеру, соответствующих окрашиванию реакционной смеси, каждый раз приливая по 1 мл раствора тиосульфата.

8. Затем добавляют 3-5 капель раствора молибдата аммония в качестве катализатора. Реакция проходит до конца, т.е. весь пероксид водорода вступает в нее. Выделившийся при этом иод оттитровывают тиосульфатом до исчезновения окраски. Записывают окончательный (общий) объем тиосульфата V₀. Общее количество Na₂S₂O₃ эквивалентно начальному количеству H₂O₂.

9. По ходу опыта результаты измерений заносят в таблицу.

Таблица

 

Объем раствора Vt Na2S2O3, вступившего в реакцию к моменту времени t, мл	Момент появления окраски, t
По секундомеру, мин. сек.	Перевод в секунды
V0

Условия проведения опыта: t = °C

Концентрация KI С(KI), моль/л

Обработка результатов.

1. Рассчитывают константу скорости изучаемой реакции по формуле, приводят три значащих цифры.

2. Рассчитывают среднее значение К по данным таблицы и указывают его в выводе.

Контрольные вопросы и задания.

1. Дайте определение скорости химической реакции. В каких единицах может измеряться скорость химической реакции?

2. Какие факторы влияют на скорость химической реакции?

3. Запишите выражение закона действующих масс. Что называется порядком реакции?

4. Запишите кинетическое уравнение реакции первого порядка. Как экспериментально можно определить константу скорости реакции первого порядка?

5. Что называется временем полупревращения (периодом полураспада)?

 

РАБОТА 8