2020-06-10
372
Часть 1. Исследование зависимости скорости реакции от концентрации тиосульфата натрия при постоянной температуре и постоянной концентрации серной кислоты. Определение порядка реакции по тиосульфату натрия (четыре опыта при разных концентрациях и одной температуре).
1. Получить в препараторской секундомер и термометр.
2. Определить температуру окружающей среды и записать ее значение.
3. Подготовить рабочую табл. 1 (V с, V воды, V к – рабочие объемы соли Na2S2O3, воды и кислоты H2SO4 соответственно.)
Заполнить столбец С с в соответствии с заданным преподавателем вариантом из данных в табл. 2.
Т а б л и ц а 1
Зависимость скорости реакции от концентрации.
Результаты измерений и расчетов
| № | С с | V с | V вода | V к | t | v |
| моль/л | см3 | см3 | см3 | с | с–1 | |
| 1 | ||||||
| 2 | ||||||
| 3 | ||||||
| 4 |
Т а б л и ц а 2
Варианты концентраций соли (С с )
| Вариант 1 | Вариант 2 | Вариант 3 | Вариант 4 | ||||
| № | С с | № | С с | № | С с | № | С с |
| моль/л | моль/л | моль/л | моль/л | ||||
| 1 | 0,09 | 1 | 0,10 | 1 | 0,11 | 1 | 0,12 |
| 2 | 0,19 | 2 | 0,21 | 2 | 0,20 | 2 | 0,22 |
| 3 | 0,30 | 3 | 0,32 | 3 | 0,32 | 3 | 0,30 |
| 4 | 0,38 | 4 | 0,40 | 4 | 0,39 | 4 | 0,38 |
4. Рассчитать объем реагентов. Суммарный объем растворов во всех опытах равен 25 см3. Объем раствора кислоты во всех опытах
V к = 5 см3 (С к – const). Для получения разных значений концентрации соли, остальной объем (20 см3) будут составлять раствор соли V с,
с концентрацией С 0 = 0,5 (моль/л) и объем воды V воды :
.
5. Выполнить измерения.
5.1. Заполнить бюретку для серной кислоты раствором кислоты (H2SO4), бюретку для соли раствором тиосульфата натрия (Na2S2O3), бюретку для воды дистиллированной водой (H2O) из соответствующих препаративных склянок.
5.2. Вымыть рабочие стаканы и пробирки. В стакан из соответствующих бюреток налить заданный объем раствора соли и добавить рассчитанный объем дистиллированной воды. В пробирку из бюретки налить 5 мл кислоты.
5.3. Подготовить секундомер. Быстро вылить раствор кислоты из пробирки в стакан с раствором соли и одновременно включить секундомер. При появлении помутнения объединенного раствора выключить секундомер. Записать измеренное время эксперимента (t) в табл. 1.
Операции повторить для оставшихся трех вариантов концентрации соли.
6. Рассчитать скорость реакции v по формуле 
. Результаты записать в табл. 1.
По экспериментальным точкам построить график зависимости
v = f (C c). По виду графика определить порядок реакции по соли (y).
Часть 2. Исследование зависимости скорости реакции от температуры при постоянных концентрациях реагентов. Определение энергии активации реакции Ea и температурного коэффициента реакции γ (четыре опыта при разных температурах и одной концентрации).
1. Подготовить рабочую табл. 3.
Т а б л и ц а 3
Зависимость скорости реакции от температуры.
Результаты измерений и расчетов
| № | t | T | 1/ T | t | v | ln v |
| °C | K | K–1 | с | с–1 | – | |
| 1 | ||||||
| 2 | ||||||
| 3 | ||||||
| 4 |
2. Выполнить измерения.
2.1. Приготовить в четырех стаканах растворы соли с минимальной концентрацией соли из табл. 1 и четыре пробирки с кислотой 5 мл.
2.2. Термостатировать емкости с раствором соли и кислоты (примерно 2–5 мин). Для опыта 1 используется «холодный» термостат (банки с холодной водой ≈ 10 °С); для опыта 2 – комнатная температура; для опыта 3 – «теплый» термостат (≈ 40 °С); для опыта 4 – «горячий» термостат (≈ 60 °С). Во время термостатирования измерять температуру в стакане с солью.
2.3. По достижения заданной температуры (записать показания термометра в табл. 3), влить раствор из пробирки в стакан, одновременно включить секундомер. При появлении помутнения в объединенном растворе в стакане выключить секундомер и записать время
(t) в табл. 3.
Повторить операции для оставшихся опытов табл. 3.
2.4. Рассчитать скорость (v) реакции, натуральный логарифм скорости реакции (ln v), температуру реакции в (T, К), обратную температуру в (1/ T, K–1). Результаты занести в табл. 3.
2.5. По экспериментальным точкам построить график зави-симости v = f (Т), рассчитать температурный коэффициент реакции 
.
2.6. По экспериментальным точкам построить график зависимости ln v = f (1/ T), из которого определить энергию активации реакции Еа:
,
ln vi; 
− координаты произвольных точек на прямой ln v = f (1/ Т).
На основании полученных результатов сделать выводы о влиянии концентрации соли и температуры на скорость исследованной реакции.
Рекомендации по построениям графиков
и расчетам кинетических параметров
Построение графика для определения порядка реакции
1. По максимальным данным концентрации соли C c, и скорости реакции v из экспериментальной табл. 1 определить верхние значения шкал осей концентрации соли и скорости реакции. Нанести и подписать равномерные деления осей, названия осей, обозначение величин, единицы измерений и, если нужно, масштабные множители. Экспериментальные значения на осях не подписываются, допустимы только засечки.
2. Нанести экспериментальные точки из табл. 1. Провести усредняющую прямую через начало координат и экспериментальные точки v = f (C c).
3. По виду графика определить порядок реакции по соли (y). Прямая, идущая из начала координат, соответствует первому порядку реакции (y = 1), а парабола – второму (y = 2).
Определение температурного коэффициента
по графику зависимости v = f(Т)
1. По максимальному значению скорости реакции v определить верхний предел шкалы скорости v, по минимальному и максимальному значению температуры определить нижний и верхний предел шкалы температур. Нанести и подписать равномерные деления осей, названия осей, обозначение величин, единицы измерений и, если нужно, масштабные множители.
2. Нанести экспериментальные точки из табл. 3.
3. Провести усредняющую экспериментальные точки экспоненту v = f (T). Экспонента не попадает в начало координат.
4. От шкалы температур провести четыре вертикали, разделенные интервалом в 10º, до пересечения с графиком скорости. Из точек пересечения провести горизонтали до шкалы скорости.
5. Со шкалы скорости выписать значения скоростей c указанием единиц: v 1, v 2, v 3, v 4.
6. Рассчитать три значения температурного коэффициента γ: γ1= v 2/ v 1, γ2 = v 3/ v 2, γ3 = v 4/ v 3.
7. Рассчитать среднее значение 
.
Определение энергии активации реакции Ea
1. По максимальному и минимальному значению натурального логарифма скорости реакции ln v определить верхний и нижний предел шкалы логарифма скорости ln v, по минимальному и максимальному значению обратной температуры в обратных кельвинах 1/ T (K–1) определить нижний и верхний предел шкалы температур 1/ T. Нанести и подписать равномерные деления осей, названия осей, обозначение величин, единицы измерений и, если нужно, масштабные множители.
2. Нанести экспериментальные точки из табл. 3.
3. Через экспериментальные точки провести усредняющую прямую ln v = f (1/ T).
4. От оси натурального логарифма скорости из точек –3 и –4 провести горизонтали до пересечения с усредняющей прямой (обозначить точки 1 и 2).
5. Из точек пересечения с усредняющей прямой провести вертикали до оси обратных температур. Выписать координаты точек пересечения: точка 1: (1/ T 1·10–3; –4) , точка 2: (1/ T 1·10–3; –3).
6. Рассчитать энергию активации по формуле
Шаблон отчета
Студент(ка)__________________
Группа________Дата__________
ОТЧЕТ ПО ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ
КИНЕТИКА ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ
Положения, выносимые на защиту (ответы написать рукописно):
Часть 1. Исследование зависимости скорости реакции от концентрации тиосульфата натрия при постоянной температуре и концентрации серной кислоты. Определение порядка реакции по тиосульфату натрия.
1. Скорость реакции (дать определение), особенность гомогенных и гетерогенных реакций.
__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
2. Уравнение скорости реакции (закон действия масс)
____________________________________________________________________________________________________________________________________________
3. Молекулярность и порядок реакции (сходство и отличие)
____________________________________________________________________________________________________________________________________________
4. Графический метод определения порядка
реакции__________________________________________
__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Часть 2. Исследование зависимости скорости реакции от температуры при постоянных концентрациях реагентов. Определение энергии активации реакции и температурного коэффициента Вант-Гоффа.
5. Уравнение Аррениуса
____________________________________________________________________
6. Физический смысл предэкспонента
____________________________________________________________________________________________________________________________________________
7. Физический смысл
экспоненты___________________________________________________________
______________________________________________________________________
8. Физический смысл энергии активации реакции
_____________________________________________
__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
9. Температурный коэффициент Вант-Гоффа
______________________________________________________________________
______________________________________________________________________
10. Способы определения энергии активации реакции и температурного коэффициента, примененные в лабораторной работе _______________________________
______________________________________________________________________
______________________________________________________________________
______________________________________________________________________
Студент(ка)__________________
Группа________Дата__________
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА
