Химия \ Физическая химия

Практикум по физической химии. Лабораторные работы: Методическое пособие, страница 3

где [P] – концентрация образующегося продукта йодацетона.

Следует отметить, что в уравнении (5) использована начальная концентрация ацетона СА вместо равновесной концентрации (см. уравнение (3)) поэтому эффективная константа скорости (4) заменена на опытную константу – kоп. Более детальное рассмотрение процесса с учетом быстро устанавливающегося равновесия в первой стадии приведено в задаче К-7.2.

Если начальные концентрации реагентов выбраны так, что начальная концентрация йода СI значительно меньше, чем начальные концентрации остальных реагентов, т.е. выполняются условия: СA>>CI и СH>>CI, тогда  и . При этом выражения в скобках в уравнении (5) будут очень близки к единице в широком диапазоне степеней превращения ацетона в йодацетон. В этом случае выражение (5) можно переписать в виде

W = kоп×CA×CH.                               (6)

Отсюда

                                  (7)

Поскольку в ходе реакции происходит расходование йода, то скорость реакции удобно измерять по изменению оптической плотности D раствора на длине волны поглощения йода:

,                           (8)

где e – экстинкция йода, l – толщина кюветы. Следовательно, выражение для опытной константы скорости (7) с учетом уравне-     ния (8) можно переписать в виде:

.                 (9)

Таким образом, для определения kоп нужно изучить зависимость D от t в начальный период реакции и определить угловой коэффициент . Кроме того, нужно знать начальные концентрации ацетона и кислоты и экстинкцию йода на выбранной длине волны.

 Эксперимент и расчеты

Реакцию изучают при строго определенной температуре, при фотометрировании используют длину волны l = 410 нм.

Приготовление растворов

Готовят два исходных раствора:

А – раствор йода с концентрацией 1,1×10–3 М.

B – раствор соляной кислоты концентрацией 1,00 М (этот раствор может быть приготовлен лаборантом).

Раствор йода готовят следующим образом: точно рассчитанную навеску йода растворяют в небольшом количестве (30 % от объема колбы) 10 %-го раствора KI, а затем доводят полученный раствор в колбе до метки водой.

Из раствора A готовят точным разбавлением водой пять рабочих растворов йода с концентрациями

0,5×10–4;    0,75×10–4;    1,0×10–4;    3,0×10–4;    5,0×10–4 М.

Измеряют оптическую плотность этих растворов на l = 410 нм в кювете l = 1 см. Проверяют закон Бугера–Ламберта–Бера. Из наклона прямой D от концентрации йода определяют экстинкцию йода на данной длине волны.

Проводят кинетические эксперименты, выбирая следующие концентрации исходных веществ (в моль/л):

Номер

опыта

Концентрация ацетона, M

Концентрация HCl, M

Концентрация йода, M

1

0.1

0.1

1,1×10–4

2

0.05

0.1

1,1×10–4

3

0.1

0.05

1,1×10–4

4

0.1

0.05

0,7×10–4

5

0.15

0.1

1,1×10–4

6

0.1

0.15

1,1×10–4

Кинетический опыт лучше проводить в такой последовательности:

- в мерную колбу на 100 мл добавляют пипеткой рассчитанные количества растворов A и B (например, по 10 мл),

- заполняют водой большую часть колбы, не доводя ее уровень до метки,

- приливают точно рассчитанное количество чистого ацетона (плотность ацетона r при 20 0С равна 0,7908 г/см3, М.в. = 58 г/моль), быстро перемешивают раствор, включают секундомер,

 - доливают колбу водой до метки, снова перемешивают раствор,

 - переливают раствор в кювету и начинают кинетические измерения оптической плотности в зависимости от времени на длине волны 410 нм.

Реакцию ведут до обесцвечивания раствора: D < 0.1.

После проведения эксперимента строят графики зависимости D от t и определяют величину . Используя уравнение (9), рассчитывают во всех четырех опытах значения kоп. Сводят данные в таблицу и делают выводы о зависимости скорости реакции от концентрации ацетона, кислоты и йода, а также о корректности выбранного механизма. Определяют порядки реакции по ацетону, кислоте и йоду.

Скачать файл