Опыт 2. Влияние температуры на скорость гомогенной химической реакции
В четыре стакана емкостью 100 мл налить по 20 мл раствора сульфита натрия, а в четыре других – по 2,5 мл раствора иодата калия и по 17,5 мл дистиллированной воды (см. опыт 1).
Одну пару разных стаканчиков термостатировать в течение нескольких минут в кристаллизаторе с водой (температуру контролировать термометрами). После этого растворы слить друг с другом и отметить по секундомеру время появления окраски. Аналогично провести опыты еще при трех температурах. Вычислить для каждой температуры относительную среднюю скорость реакции (см. опыт 1) и построить график ее зависимости от температуры. По программе Линия вычислить температурный коэффициент скорости реакции. Согласуется ли результат с правилом Вант-Гоффа? По той же программе оценить аррениусовы параметры температурной зависимости скорости реакции. Сделать общий вывод.
Опыт 3. Влияние величины поверхности на скорость
гомогенной химической реакции
В две пробирки поместить равные по массе (не более 0,3 г) образцы мела: в одну пробирку порошок, в другую – кусочек. В обе пробирки одновременно влить по 1-2 мл 2 н соляной кислоты. Сравнить скорость растворения мела в обеих пробирках. Написать уравнение реакции.
Опыт 4. Гомогенный катализ
Собрать прибор (рис. 3). Бюретку заполнить водой. В одно колено двухколенной пробирки через воронку налить точно отмеренные пипеткой 5 мл 3 %-ного раствора пероксида водорода (субстрат), в другое – 1,5 мл 0,1 М раствора дихромата калия (катализатор) и 3 мл дистиллированной воды. Пробирку присоединить к прибору, проверить его герметичность, совместить уровни воды в бюретке и уравнительной трубке и зафиксировать исходный уровень воды.
Смешать растворы субстрата и катализатора. Уравнительную трубку постоянно перемещать вниз, поддерживая в приборе давление, близкое к атмосферному и через каждые 0,5 мин. отмечать объем выделившегося кислорода. Эксперимент заканчивается, когда разница в отсчетах не превысит цены деления бюретки.
Проделать тот же опыт с 3 и 4,5 мл раствора дихромата калия (в первом случае к 3 мл раствора K2Cr2O7 добавить 1,5 мл дистиллированной воды). Как зависит скорость выделения кислорода от концентрации катализатора?
Для реакции
H 2 O 2 = O 2 + H 2 O
мера средней скорости w на середине данного временного отрезка пропорциональна приросту объема выделившегося кислорода за данный промежуток времени:
Можно показать, что текущая концентрация субстрата С( H2 O2, t) пропорциональна разности предельного и текущего объемов выделившегося кислорода . Поэтому кинетическое уравнение
может быть преобразовано к виду:
Уравнение линеаризуют:
и в результате обработки массива находят формально-кинетические параметры. Константа скорости по существу является мерой активности катализатора. С целью ее уточнения дифференциальное кинетическое уравнение (ДКУ) интегрируют для найденного порядка реакции. Разложение пероксида водорода – реакция первого порядка (а какой порядок реакции получился у Вас?), и интегрирование дает:
Или:
Обработка массива дает из коэффициента регрессии уточненную константу скорости.
Применение метода линейной регрессии позволяет из полученных опытных данных рассчитать не только константу скорости k, но и погрешность ее определения и коэффициент корреляции r, дающий возможность оценить правомерность описания процесса кинетическим уравнением первого порядка.