Гомогенный катализ диспропорционирования перекиси водорода аква-ионами Fe2+

Новосибирский Государственный Университет

факультет Естественных Наук

Лабораторная работа по химической кинетике на тему:

ГОМОГЕННЫЙ КАТАЛИЗ ДИСПРОПОРЦИОНИРОВАНИЯ H₂O₂ АКВА-ИОНАМИ Fe²⁺

Выполнили:

Кутузов М.М.

Миньков В.С.

Руководитель:

123

Новосибирск

2006

Цель работы: Определить порядок реакции диспропорционирования перекиси водорода по [H₂O₂].

Теоретический обзор: Разложение перекиси водорода на воду и молекулярный кислород является характерным свойством этого соединения:

2H₂O₂2H₂O+O₂                                                                                                                                                      (1)

Реакция (1) ускоряется  под действием излучений, например, ультрафиолетового света, а так же в присутствии гетерогенных и гомогенных катализаторов.

Диспропорционирование перекиси водорода в системе «аква-ионы Fe²⁺-H₂O₂», включает в общем случае следующие стадии:

1.  Fe²⁺+H₂O₂Fe³⁺+O^*H+OH^-;

2.  Fe²⁺+O^*HFe³⁺+ OH^-;

3.  O^*H+H₂O₂HO^*₂+H₂O;

4.  Fe³⁺+HO^*₂Fe²⁺+O₂+H⁺;

5.  Fe³⁺+O^*₂^-Fe²⁺+O₂;

6.  Fe²⁺+ HO^*₂Fe³⁺+HO₂^-.

Особенностью данного типа механизма является невозможность выделить стадии продолжения цепи, а ответственные за разложение перекиси водорода активные частицы – ионы Fe²⁺, Fe³⁺ и радикалы O^*H, HO^*₂ (O^*₂^-) образуются и расходуются в результате циклического процесса. При этом вся совокупность стадий реализуется только при условии 0,5<[H₂O₂]/[Fe²⁺]<200; при 200<[ H₂O₂]/[Fe²⁺]<10⁴ стадия 2 не протекает, а в случае 0,5>[H₂O₂]/[Fe²⁺] схема механизма включает только реакции 1 и 2, отражающие процесс стехиометрического окисления Fe²⁺в Fe³⁺, при этом Диспропорционирование H₂O₂ не протекает. Поскольку в ходе процесса каталитического диспропорционирования H₂O₂ по брутто-реакции выделяется молекулярный кислород, средством слежения за кинетикой реакции выбран волюмометрический метод. При применении данного метода было установлено, что скорость газовыделения W₂⁰ в системе Fe²⁺-H₂O₂ растет прямо пропорцианально концентрациям Fe²⁺ и H₂O₂. Показано также, что W₂⁰ растет с увеличением pH раствора, что связывают с конкуренцией стадий 4 и 5. Однако следует иметь в виду, что с ростом pH раствора интенсивно начинают протекать процессы гидролиза ионов Fe³⁺; при этом при pH>3.5 можно наблюдать переход от гомогенного течения реакции к гетерогенному с участием слаборастворимых основных солей Fe³⁺ и, как следствие, уменьшение скорости реакции.

Экспериментальная часть:

Для работы приготовили растворы:

Раствор №1. 200мл 0,95М раствора H₂O₂;

Раствор №2. 500мл 0,2N раствора H₂SO₄;

Раствор №3. 100мл 0,25М раствора аква-комплекса Fe²⁺.

Условия опытов:

№	Т,	H2O2		Fe2+		H2SO4
		Конц., М	V,мл	Конц., М	V,мл	Конц., М	V,мл
1	25	0,125	6,579	0,0125	2.5	0.01	5
2	25	0,250	13,158	0.0125	2.5	0.01	5
3	25	0,500	26,316	0.0125	2.5	0.01	5

Для расчета будем считать, что реакция

H₂O₂ H₂O+0.5O₂

Имеет первый порядок по [H₂O₂], тогда , где - эффективная константа скорости. , где x- число молей O₂, - число молей O₂, которое можно получить при полном разложении H₂O_2. Так как при фиксированных температуре и давлении x пропорцианально объему, то: