Изучение скорости разложения пероксида водорода газометрическим методом

 

Цель работы: определить кинетические параметры реакции – скорость реакции, константу скорости реакции, период полупревращения и энергию активации.

Оборудование и реактивы:  газометр (в сборке), кристаллизатор; термометр на 50⁰С; 3 % раствор Н₂О₂; 0, 05 М К₂Cr₂O₇ – катализатор.

 

Последовательность выполнения работы

1. Подготовка газометра к работе.

· Наполнить газометр (рис. 3) водой так, чтобы в градуированном цилиндре 2 её уровень находился бы на нулевом делении. Уравнительный цилиндр 3 при этом должен быть почти пустым. В обоих цилиндрах вода должна остановиться на одинаковом уровне (по закону сообщающихся сосудов). Работу проводят при открытом на атмосферу кране 6.

· Проверить прибор на герметичность. Для этого плотно вставить пробку 5 в реакционный сосуд 1. Кран 6 закрыть, соединив, таким образом, реакционный сосуд с градуированным цилиндром 2 и опустить уравнительный цилиндр 3 на 15 - 20 см ниже его первоначального положения. При опускании уравнительного цилиндра 3 уровень воды в градуированном цилиндре 2 несколько понизится. Если через 1-2 минуты дальнейшего понижения не будет, прибор герметичен. Если не герметичен, надо выявить причину и устранить её – проверить надежность всех соединений или заменить прибор.

· После проверки герметичности прибора, уравнительный цилиндр 3 поднять в первоначальное положение, отсоединить реакционный сосуд и установить уровень воды в градуированном цилиндре 2 на нулевом делении.

 

 

Рисунок 3 – Газометр:   1 – реакционный сосуд; 2 – градуированный цилиндр;

3 – уравнительный цилиндр; 4 – термостат; 5 – резиновая пробка; 6 – кран

 

2.  Определение кинетических параметров реакции

· Настроить на заданную температуру термостат (Т₁), роль которого выполняет химический стакан 4.

· Реакционный сосуд 1, наполненный раствором катализатора, поместить в термостат.

· После термостатирования в сосуд 1 влить определен­ный объем пероксида водорода известной концентрации, раствор тщательно перемешать и сосуд закрыть пробкой 5 при открытом на атмосферу кране 6.

· Переключением крана 6 соединить сосуд 1 и бюретку 2 и включить секундомер. Каждое следующее измерение объема в момент t производить при одинаковых уровнях жидкости в бюретке и уравнительном сосуде. Измерения проводить через 1 минуту в течение 6 минут. Полученные данные занести в таблицу 2.

· Аналогичным образом исследовать скорость разложения пероксида водорода при изменении температуры (Т₂; Т₁< Т₂) проведения опыта. Данные также занести в табл. 2.

 

Форма отчета и расчеты

1. Полученные экспериментальные данные занести в таблицу 2.

 

Табица 2 – Сводные результаты по изучению зависимости скорости реакции от температуры

Номер измерения	Время от начала реакции (t)	Объем выделившегося кислорода Vt, см3	Скорость реакции (υ t), см3/мин	V∞ – Vt		kср, мин–1	Период полупревращения (t1/2), мин	Энергия активации (ЕА), кДж
Т1 =
1	1
2	2
3	3
4	4
5	5
6	6
Т2 =
1	1
2	2
3	3
4	4
5	5
6	6

2. По экспериментальным данным рассчитать кинетические параметры.

а) Скорость реакции рассчитать по формуле: . Данные занести в таблицу 2.

б) Рассчитать теоретический объем кислорода (V_¥ ), выделившийся при полном разложении пероксида водорода объемом 5 см³ с массовой долей 3% и плотностью 1, 0102 г/см³

                                                                                                                                                                                                                                                                                    Кат

2H₂О₂ → 2Н₂О + O₂ 

 

 

Для расчета используем формулы: m = ρ · V; w(в-ва) = ; n = ; V = n· V_m

Вычисляем массу и количество вещества пероксида водорода (M(Н₂О₂) = 34 г/моль):

m_р-ра(Н₂О₂) = ρ _р-ра(Н₂О₂) · V_р-ра(Н₂О₂) =

m(Н₂О₂) = m_р-ра(Н₂О₂) · w(Н₂О₂) = 

 

Определяем химическое количество и объем получившегося кислорода (V_m=22, 4 дм³/моль):

n(O₂) = ½ n(Н₂О₂) =

V_∞ (O₂) = n(O₂) · V_m =

в) Зная теоретический объем кислорода (V_¥ ), выделившийся при полном разложении пероксида водорода найти разницу между этой величиной и объемом кислорода, выделившемся в момент времени t. Данные занести в таблицу 2.

г) Период полупревращения для реакции первого порядка рассчитать по формуле:

    =                               =

д) Рассчитать энергию активации  по ниже приведенной формуле и полученное значение занести в таблицу 2.

Вывод: Т₁ =         ; υ =                 ; k =                   ; t _1/2 =

Т₂ =         ; υ =                 ; k =                   ; t _1/2 =

                                                        Е _А =

Теоретические вопросы

1. Скорость химической реакции. Факторы, влияющие на скорость реакции. Константа скорости. Порядок реакции и молекулярность. Методы определения порядка реакции.

2. Реакции различных порядков. Кинетика простых необратимых гомогенных реакций первого и второго порядка. Уравнения для расчета констант реакций первого и второго порядка. Время полупревращения.

3. Кинетические особенности протекания обратимых, параллельных и последовательных реакциях. Постулат о независимости реакций.

4. Особенности кинетики гетерогенных реакций. Диффузионная и кинетическая области протекания гетерогенной реакции.

5. Зависимость скорости реакции от температуры.Эмпирическое правило Вант–Гоффа и область его применимости. Уравнение Аррениуса. Нахождение энергии активации химической реакции по экспериментальным данным.

6. Кинетика цепных и фотохимических реакций.Цепные реакции, особенности кинетики разветвленные и неразветвленные цепных реакций. Особенности кинетики фотохимических реакций, основные законы фотохимии.

7. Катализ. Особенности и классификация каталитических процессов. Гомогенные и гетерогенные каталитические процессы. Носители и промоторы. Отравление катализаторов. Ферментативный катализ.

Задачи

1. При изучении гомогенно-каталитического разложения перекиси водорода получены следующие данные:

t, с	0	5, 00	8, 40	12, 84	19, 50	31, 08	39, 30
С(Н2О2), моль/дм3	0, 350	0, 227	0, 160	0, 110	0, 061	0, 025	0, 0114

Определите порядок реакции, константу скорости и период полупревращения.

2. При гидролизе пропилацетате CH₃COOC₃H₇ были получены следующие данные:

Время от начала реакции, мин	60	350
Степень превращения, %	18, 17	69, 12

Определите порядок реакции, константу скорости и период полупревращения.

3. Реакция первого порядка протекает на 30% за 7 минут. Через какое время реакция завершится на 99%?

4. В некоторой реакции первого порядка половина вещества распадается за 1000 с. Сколько времени необходимо для разложения 90% первоначального количества вещества?

Занятие 3 «Электрохимия» (4 часа)

Лабораторная работа

Часть 1

⇐ Предыдущая123456789Следующая ⇒

Поделиться: