UNIWERSYTET ZIELONOGÓRSKI Wydział Inżynierii Lądowej i Środowiska Instytut Inżynierii Środowiska
		CHEMIA FIZYCZNA LABORATORIUM
III ROK INŻYNIERII ŚRODOWISKA STUDIA DZIENNE
Kinetyka chemiczna. Wyznaczenie stałej szybkości i rzędu reakcji. TEMAT 5

1. Metodyka.

Zadanie polega na wyznaczeniu rzędu reakcji utleniania jonów Fe²⁺ jonami ClO₃^- w środowisku kwaśnym, zachodzącej według sumarycznego równania:

Stwierdzono, że etapem decydującym o kinetyce jest reakcja:

Stosujemy metodę polegającą na określeniu czasu, w ciągu którego przereagowuje zadany ułamek substratów.

Przebieg reakcji śledzimy przez fotometryczny pomiar stężenia jonów Fe³⁺ pod postacią kompleksu rodankowego. Pomiar prowadzimy dla dwóch serii roztworów o różnym stężeniu początkowym , przy czym stężenia reagentów są takie same.

2. Materiały.

Aparatura:

spektrofotometr Spekol; ultratermostat ; szkło laboratoryjne.

Odczynniki:

roztwór soli żelazowej
o stężeniu 0,002 mol/dm³ i 0,004 mol/dm³ ;

roztwór chloranu
o stężeniu 0,002 mol/dm³ i 0,004 mol/dm³ ; 25%-owy roztwór rodanku amonowego; 0,1m

3. Wykonanie ćwiczenia.

Sporządzić roztwory reagentów w 0,1n HCl i umieścić je w termostacie nastawionym na ustaloną z góry temperaturę. Bezpośrednio przed rozpoczęciem pomiarów mieszać w stosunku 1:1 roztwory jonów
i
o stężeniach 0,002 mol/dm³. Z naczynia reakcyjnego pobrać do kolbki 2 cm³ mieszaniny, rozcieńczyć 18 cm³ 0,1 n
i dodać 2cm³ rodanku. Czas odczytu określić w momencie rozcieńczenia - następuje wtedy gwałtowne zahamowanie biegu reakcji. Dalsze pomiary wykonać przy tej samej długości fali w 10-cio minutowych odstępach. Podobnie postępować z roztworem sporządzonym z mieszaniny
i
o stężeniach 0,004 mol/dm³. W międzyczasie sporządzić krzywą cechowania stężenia jonów
dla długości fali λ=480nm na podstawie pomiaru ekstynkcji kompleksu rodankowego. Krzywą cechowania przedstawić na wykresie.

Wykres 1: Krzywa cechowania E( c ) dla jonów
przy λ=480nm

4. Przedstawienie wyników pomiarów.

Wyniki odczytów ekstynkcji pobieranych próbek w miarę postępu reakcji i znalezionych z krzywej cechowania stężeń x jonów
przedstawić odpowiednio w tabelach nr 1 i 2. Tabele te powinny zawierać także wartości stężenia substratu c oraz liczby postępu reakcji x′, która jest stosunkiem x do stężenia początkowego substratu c_o.

Na podstawie uzyskanych wyników sporządzić wykres zależności 1/c od czasu, w myśl równania reakcji II rzędu /dla równych ilości substratów, równanie [1]/

równanie [1]

Tabela 1. Wyniki pomiaru szybkości utleniania jonów
przy stężeniu początkowym c_o=0,001mol/dm³.

t[s]	0	600	1200	2400	3600
E	0	0,04	0,075	itd	itd.
x • 10^5 (*)
c • 10^4
(1/c) • 10^-4
x′

Z nachylenia prostej : k=0,190dm³ mol x s

(*) Wartości znalezione /metodą najmniejszych kwadratów/ na podstawie zmierzonych ekstynkcji były mnożone przez 11, aby uwzględnić efekt rozcieńczenia, przy czym :

c = c_o- x

x′ = x/c_o

Tabela 2. Wyniki pomiaru szybkości utleniania jonów
przy stężeniu początkowym c_o=0,002mol/dm³.

T[s]	0	600	1200	2400	3600
E	0	0,02	0,0325	0,045	0,09
x • 10^5 (*)
c • 10^4
(1/c) • 10^-4
x′

Z nachylenia prostej k = 0,168dm³/mol x s

Wykres 2: Zależność 1/c od t dla dwu stężeń początkowych

Do określenia rzędu reakcji zastosować jednak należy metodę całkową. W tym celu sporządzić wykresy zależności liczby postępu reakcji od czasu. Przebiegi x′=f(t) dla obu stężeń początkowych przedstawić na wykresie nr 3.

Z wykresu 3 odczytujemy wartości t₁ i t₂ dla dowolnej wartości liczby postępu reakcji i wstawiamy do poniższego równania [2]

gdzie a₁ i a₂ - stężenie początkowe substratu.

Wykres 3. Wykres zależności x′od t dla dwu stężeń początkowych.

5. Zakres wiadomości teoretycznych:

Szybkość reakcji chemicznych; równanie kinetyczne; stała szybkości reakcji; rząd reakcji; wpływ różnych czynników na szybkość reakcji; wyznaczanie stałej szybkości i rzędu reakcji chemicznej.