Энергия активации: 38 кДж/моль

Кинетика химических реакций

Цель работы.

Изучение кинетики реакции: H₂SO₄ + Na₂S₂O₃ ® Na₂SO₄ + SO₂ + H₂O +S¯

1.Выявление зависимости скорости реакции взаимодействия раствора серной кислоты постоянной концентрации и раствора соли [тиосульфат натрия (Na₂S₂O₃)] переменной концентрации от концентрации соли. Определение кинетического порядка реакции по соли.

2.Установление зависимости скорости реакции от температуры. Определение энергии активации (Е_а) и температурного коэффициента (g ) реакции.

Для выполнения и защиты лабораторной работы студент должен знать:

Зависимость скорости реакции от концентрации реагирующих веществ при постоянной температуре (ЗДМ – закон действующих масс):

v = k(T)×C_к^x×C_c^y , где

v -скорость реакции;k(T) – константа скорости реакции (постоянная величина при Т= const); C_ки C_c – концентрация кислоты и соли [ ]; x, y – кинетический порядок реакции по кислоте и соли (стехиометрические коэффициенты в молекулярном уравнении); (x + y)- суммарный кинетический порядок реакции

Зависимость константы скорости реакции от температуры (уравнение Аррениуса):

, где

Еа – энергия активации реакции [ ]; Т– температура [К]; R = 8,314 [ ] - универсальная газовая постоянная, А – частотный фактор

Температурный коэффициент (Вант-Гоффа) реакции g : g=

Выполнение работы

Измерение скорости реакции v: v = 1 / t (с^-1)- скорость реакции;v ~ ∆С / ∆ t

t (с) – время протекания реакции - время между моментом сливания растворов кислоты и соли, и моментом визуальной регистрации образования осадка серы (помутнение раствора). Измеряется секундомером с точностью ±0.5 с.

Поскольку скорость исследуемой реакции является функцией трех параметров (температура, концентрации реагентов - соли и кислоты), то, изучая кинетику реакции, определяют влияние на скорость реакции только одного параметра, два других не меняют, оставляя их постоянными.

1. Экспериментальное определение зависимости скорости реакции от концентрации соли (С_к–const; Т–const).

- Расчет объемов реагентов. Суммарный объем растворов реагентов во всех опытах равен 25 см³. Объем раствора кислоты во всех опытах равен V_к = 5 см³ (С_к–const).

Для приготовления различных значений концентрации водных растворов соли, остальной объем (20 см³) будут составлять раствор соли V_с, с концентрацией С₀= 0.5 , и объем воды V_в, т.е. V_с + V_в = 20 см³.Из соотношения С_с(V_c + Vв + Vк) = С₀V_cследует, что С_c = 0,02V_c.Зная значение концентрации раствора соли С_cнеобходимое для приготовления и выполнения опыта, объём соли V_cопределяют из соотношения V_c = С_c / 0,02. Объём воды Vв, необходимый для добавления к V_c,чтобы приготовить раствор соли нужной концентрацииС_с, находят из соотношения V_в = 20 - V_c [ см³ ].

- Выполнение измерений. При помощи бюреток с водой, раствором соли и кислоты помещают:

- в измерительный стакан соответствующие объемы воды и раствора соли (V_с + V_в = 20 см³)

- в пробирку раствор кислоты (V_к = 5 см³)

- приливают раствор кислоты из пробирки в измерительный стакан и по секундомеру определяют время протекания реакции.

- результаты измерений и расчетов вносят в таблицу 1

- по экспериментальным точкам строят график v=f(C_c)

- по виду графика определяют кинетический порядок реакции по соли (y)

Таблица 1

Пример заполнения табл.1

Пример построения графика по данным табл.1

Порядок реакции по соли равен 1.

2. Экспериментальное определение зависимости скорости реакции от температуры (С_к–const; С_с –const).

- Выполнение измерений. Измерение скорости реакции определяют так же, как и в первой части работы, при выполнении следующих условий:

- определение скорости реакции проводят при различных температурах, для чего перед измерением стакан с раствором соли и пробирку с раствором кислоты помещают в водяной термостат (10°C - 60°C) на 3-5 мин. Температура растворов контролируется по термометру;

-после стабилизации температуры растворов их сливают и по секундомеру определяют время протекания реакции.

- результаты измерений и расчетов заносят в таблицу 2;

- по экспериментальным точкам строят график v=f(Т), из которого определяют температурный коэффициент реакции g;

- по экспериментальным точкам строят график lnv=f(1/Т), из которого определяют энергию активации реакции Еа

Таблица 2

Пример заполнения табл.2

Пример построения графиков по данным табл.2

Пример нахождения температурного коэффициента реакции γ:(среднее из 3-х значений γ_i).

Из графика v=f(Т)для V₄₀и V₃₀ . Также находятγ для V₃₀ / V₂₀ и V₅₀ / V₄₀,а затемγ,как среднее из 3-х найденных значений.

Пример нахождения энергии активации Е_а :

Из графика lnv=f(1/Т)

lnv₂ = - 4,4, lnv₁ = - 3,5; 1/Т₂ = 3,4∙10^-3, 1/Т₁ = 3,2∙10^-3

Е_а =8,314 ∙│-4,4 – (-3,5)│/│3.4 – 3,2│∙10^-3 =8,314 ∙ 0.9/0.2∙10^-3 = 37900 Дж/моль ≈ 38кДж/моль

Энергия активации: 38 кДж/моль