2.1. Цель работы: определить влияние различных факторов на скорость химической реакции, ознакомиться с методами определения средней константы скорости, порядка реакции, энергии активации.
2.2. Объекты и средства исследования: 0.1М растворы тиосульфата натрия и серной кислоты, дистиллированная вода, пробирки, две бюретки, пипетка на 2мл, термостат, секундомер.
2.3. Программа работы
2.3.1. Влияние концентрации на скорость реакции.
В результате реакции между серной кислотой и тиосульфатом натрия образуется сера, выделяющаяся в виде мути. Время от начала реакции до момента помутнения (голубоватой опалесценции) зависит от скорости реакции. Это дает возможность судить о средней скорости реакции.
Реакция идет в три стадии:
1) Na2S2O3 + H2SO4 = Na2SO4 + Н2S2O3
2) Н2S2O3 = H2SO3 + S¯
3) H2SO3 = H2O + SO2
Суммарное уравнение:
Na2S2O3 + H2SO4 = Na2SO4 + SO2 + S¯ + H2O
Самая медленная, скоростьопределяющая, стадия – вторая, следовательно, скорость всего процесса зависит только от концентрации тиосерной кислоты. Так как тиосерная кислота получается в результате реакции ионного обмена, которая идет практически мгновенно, можно считать, что концентрация тиосерной кислоты равна концентрации тиосульфата натрия и скорость всего процесса зависит от концентрации тиосульфата натрия.
Ход работы.
Приготовить четыре раствора тиосульфата натрия разной концентрации согласно таблице 3. Поочередно к каждому раствору прибавить по 2мл 0,1М раствора серной кислоты и измерить время от момента приливания кислоты до момента появления помутнения. Результаты занести в таблицу 3, учитывая что ΔС есть величина постоянная, равная 4×10-3 моль/л.
Таблица 3
| № опыта | Объем, мл | Концентрация Na2S2O3, моль/л | lgC | Температура | ||||||
| Т1, К | Т2, К | |||||||||
| Na2S2O3 0,1 М р-р | H2O | H2SO4 0,1M р-р | Время, τ, с | Средняя скорость реакции, V=ΔC/τ, моль/л·с | lgV | Время, τ, с | Средняя скорость реакции, V=ΔC/τ, моль/л·с | |||
| - |
На основании полученных данных построить график lgV = f (lgC) для определения порядка реакции при температуре T1(К). Графики строятся вручную на миллиметровой бумаге в соответствующем масштабе или в программе Microsoft Excel 2007.
Для построения графиков в программе Microsoft Excel 2007 необходимо занести исходные данные в электронную таблицу.
Затем необходимо выделить диапазон ячеек A2:B5 с данными и выбрать в меню Вставка – Диаграммы – Точечная и, выделив на графике полученные точки, выбрать в контекстном меню Добавить линию тренда – Линейная – Показывать уравнение на диаграмме. В результате получаем график прямолинейной зависимости, в уравнении которой множитель при независимой переменной (x) и есть n – порядок реакции. Например, n = 0,9919 ≈ 1
Для определения константы скорости реакции k1 при комнатной температуре следует построить график зависимости V = f(C) также вручную или с помощью программы Microsoft Excel 2007.
Для построения графиков в программе Microsoft Excel 2007 занести исходные данные в электронную таблицу. Обратите внимание, что для столбца скорость (V) необходимо выбрать формат ячеек экспоненциальный. В результате получаем график прямолинейной зависимости, в уравнении которой множитель при независимой переменной (x) является константой скорости реакции.
Например, k = 1,6· 10-3
2.3.2. Влияние температуры на скорость реакции.
Опыт проводить аналогично предыдущему. Однако растворы тиосульфата натрия и серной кислоты перед смешением предварительно нагреть в термостате в течение 5 минут.
Результаты записать в таблицу 3 (T2).
По результатам расчетов и измерений построить график V = f(C) и определить константу скорости реакции k2 при повышенной температуре (Т2), также используя возможности программы Microsoft Excel 2007. Найти температурный коэффициент скорости реакции:
На основании данных опытов 3.1.1. и 3.1.2. рассчитать энергию активации реакции Еакт. по формуле:
где R = 8,31 Дж/(моль·К) –универсальная газовая постоянная;
Т1 и Т2 -температура, К ;
k1 и k2 - константы скорости реакции при температурах Т1 и Т2, соответственно, с-1.