Практикум по физической химии. Лабораторные работы: Методическое пособие, страница 6

Перед началом каждого кинетического опыта в маленьком химическом стакане готовят 50 мл водного раствора, содержащего нужные концентрации всех компонентов: H₂O₂, H₂SO₄, Fe²⁺, термостатируют стакан при 25 ⁰С и измеряют pH раствора.

Выполнение опыта

Промывают бюретку и заполняют её раствором перекиси (раствором №1). Из бюретки заливают в реактор 11,3 мл раствора перекиси и добавляют 33,6 мл воды. Затем в реактор помещают якорёк и включают магнитную мешалку. Реактор закрывают пробкой-инжектором и соединяют шлангом с газовой бюреткой заполненной почти доверху водой (путем поднятия уравнительной склянки). Включают циркуляцию воды от термостата через рубашку реактора, дожидаются установления температуры 25 ⁰С.

Перед началом опыта установку проверяют на герметичность: для этого уравнительную склянку опускают так, чтобы уровень воды в ней был ниже (примерно на 30–50 см) уровня воды в бюретке; последний при этом опустится и установится на некотором делении бюретки. Если это положение не изменится в течение 2–3 мин, установку можно считать герметичной; в противном случае уровень воды в бюретке будет непрерывно опускаться.

После проверки герметичности установки уравнивают высоту воды в бюретке и уравнительной склянке, приводя тем самым давление внутри установки к атмосферному. Затем через инжектор шприцем на 5 мл быстро вводят в реактор 1–5 мл 0,25 M раствора Fe(II) (раствор №3) и включают секундомер. Начинают измерять по бюретке объем выделяющегося кислорода (DV, мл) в зависимости от времени (Dt, мин), обычно через каждые 0,5–2,0 мин. При этом по мере понижения уровня воды в бюретке уравнительную склянку опускают так, чтобы в моменты измерений высоты воды в бюретке и уравнительной склянке были одинаковыми. Опыт можно считать законченным, когда объем выделившегося O₂ составит 40–50 мл.

Таблица 1

Условия опытов (в каждом опыте суммарный объём раствора = 50 мл).

Для определения порядков реакции по компонентам (H₂O₂, Fe²⁺ и H⁺) проводят три серии опытов при 25 ⁰С, в которых концентрации двух компонентов фиксированы, а концентрация третьего варьируется. Для определения энергии активации и предэкспонента реакции дополнительно проводят опыты при 35 и 45 ⁰С. Возможный набор условий опытов приведён в табл. 1. При выполнении лабораторной работы в течение одного занятия в полном объёме измерения не проводят, ограничиваются измерением порядка реакции по 1–2 реагентам или определяют порядок реакции по одному реагенту и находят энергию активации.

     Расчёты

      Исходя из предположения, что реакция

                                                              (2)

                                 а–2х                           х

имеет первый порядок по [H₂O₂], получаем:

где {Н₂О₂}= a – 2х – количество молей H₂O₂ в растворе в момент времени t, a – исходное количество H₂O₂ в растворе, x – число молей O₂, образовавшегося к моменту времени t, k_эфф – эффективная константа скорости реакции.

После преобразований имеем

,