WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 | 6 |   ...   | 10 |

5. Спустя примерно 10 минут после начала реакции быстро отбирают пипеткой пробу объемом в 2 см реакционной смеси и вводят ее в стаканчик для титрования, куда предварительно налито 20 см охлажденной дистиллированной воды. Момент вливания t точно фиксируют; титрованием находят объем кислоты V(t), затраченной на нейтрализацию щелочи.

6. Повторяют определение текущей концентрации щелочи в смеси, отбирая для титрования пробы по 20 см с периодичностью 10-15 минут в течение 1,5-2 часов. Данные заносят в табл. 3-4.

Таблица 3-t, мин. 0 10 20...

V, см 7. Для установления V оставляют закрытую колбу с реакционной смесью до следующего занятия. Можно принудительно ускорить омыление эфира, нагревая колбу (после завершения опытов) до 50-60 °С в течение минут, после чего провести отбор пробы с последующим титрованием.

8. После заполнения таблицы рассчитывают по (3-16) величину kII для всех t 0, находят среднее значение. Строят также зависимость ln (V(t)/[V(t)-V]) от t, определяют степень ее линейности, что является критерием второго порядка реакции. Из наклона линейного участка также определяют константу скорости омыления эфира kII в щелочной среде.

Анализируют результаты, формулируют выводы, оформляют работу.

Работа 4. Изучение кинетики каталитического разложения диоксида водорода Диоксид водорода в водных растворах самопроизвольно разлагается:

2Н202 ———> 2Н20 + 02. (3-18) При гомогенном протекании реакции (3-18) катализаторами служат ионы Fe+2, Fe*3, Cr2072-, Cr042-, W042-, Мо042- а при гетерогенном - платина, оксиды некоторых металлов. Наиболее эффективным из гетерогенных катализаторов разложения диоксида водорода является платиновая чернь - электролитически осажденная платина с сильно развитой поверхностью.

Задача работы: определение газометрическим методом кинетического порядка реакции, константы скорости и периода полураспада для реакции каталитического разложения диоксида водорода на платиновой черни при комнатной температуре.

Оборудование, реактивы: прибор для измерения объема выделяющегося кислорода, термометр, платиновая пластинка или сетка (~см ), покрытая свежеосажденной платиновой чернью; бюретка для 3 3 титрования на 25 см, две конические колбы на 50 см, пипетка на 10 см, 3 мерный цилиндр на 25 см, колба на 150 см, секундомер, растворы Н202(конц.), 0.5 М H2S04, 0.1 М KMn04, 1,0 М MnS04.

Выполнение работы 1. Проверяют газометр (рис. 3-1) на герметичность. Бюретку (1) и уравнительный сосуд (2) примерно наполовину заполняют подкрашенной дистиллированной водой, после чего пустой высушенный реакционный сосуд (3) с подвешенной в нем платиновой пластиной (4) соединяют с остальной частью прибора при помощи крана (5). Ставят кран в положение "а", соединяя реакционный сосуд и бюретку с атмосферой, и Рис. 3-1.

Устройство газометра для изучения кинетики разложения диоксида водорода.

поднимают уравнительный сосуд до тех пор, пока бюретка почти полностью не заполнится водой. После перевода крана в положение "б" опускают уравнительный сосуд на 30 - 40 см и закрепляют его в штативе. Если прибор герметичен, уровень воды в бюретке не должен изменяться.

3 2. В колбу на 50 см отмеряют пипеткой 5-7 см Н202(конц.) и добавляют с помощью мерного цилиндра 25 см дистиллированной воды. Измеряют температуру приготовленного раствора Н202.

3. Определяют концентрацию этого раствора перманганато-метрическим 3 методом. В колбу на 50 см наливают 20 см 0,5М Н2SO4, добавляют пипеткой 2 см (точно!) раствора Н202 и титруют 0,1М КМn04 до появления устойчивого розового окрашивания, не исчезающего в течение 1-2-минут.

Для автокаталитического ускорения процесса окисления в анализируемый раствор следует добавить 1-2 капли 1,0 М раствора MnS04. На титрование должно расходоваться не менее 13-15 см перманганата калия. Если объем КМn04 окажется намного меньше, следует приготовить более концентрированный раствор Н202.

4. Повторяют титрование 3-4 раза. По величине среднего объема V(КМn04) рассчитывают исходную молярную концентрацию Н202:

VKMnO сН2О2 = 0,1, (3-19) 2 VH2Oучитывая, что VH2O2 = 2 см. Концентрация сН2О2 0( ) отвечает моменту распада t=0.

5. Кран (5) газометра ставят в положение "а". Уравнительный сосуд закрепляют таким образом, чтобы уровень воды в бюретке установился на нулевом делении, после чего возвращают кран в положение "б".

6. Отбирают пипеткой 5 см раствора Н202, наливают его в реакционный сосуд (3). Погружают в этот раствор платину и быстро закрывают сосуд пробкой. Одновременно с погружением платины включают секундомер и через каждые 15-20 секунд измеряют объем (V t) Oвыделившегося кислорода. Результаты заносят в табл. 3-5.

Таблица 3-t, с VO2, см сН2О2, моль/дм3 lg с Н2О0 … Для исключения влияния гидростатического давления фиксацию объема производят по делениям бюретки (1) после установления примерно одинаковых уровней жидкости в бюретке и уравнительном сосуде. Это достигается перемещением уравнительного сосуда (2). Поскольку со временем скорость процесса падает, то интервал времени между отсчетами можно увеличить до одной минуты. Опыт прекращают, когда общий объем кислорода составит 60-80 см.

Обработка результатов измерений 1. Рассчитывают молярную концентрацию Н202 по уравнению:



(V t) O сH2O2 t( ) сH2O2 0( ) -= A, (3-20) VH2O занося результаты в табл. 3-5. В данном случае VH2O2 = 5 см, а коэффициент А, учитывающий давление паров воды в воздухе при разных температурах, следует взять из табл. 3-6.

Таблица 3-Температура, 10 15 20 25 °С А, 0,0851 0, 0832 0,0813 0.0793 0, моль/дм2. Если принять, что разложение диоксида водорода подчиняется кинетическим закономерностям реакции первого порядка, то изменение концентрации Н202 в растворе должно подчиняться уравнению:

d сН2О2 (t)/dt = - kI, сН2О2 (t), (3-21) где kI - константа скорости. Интегрирование (4) приводит к выражению:

сН2О2 (t) = сН2О2 0( ) exp(-kI t), (3-22) которое после логарифмирования приобретает линейный по t вид :

lg сН2О2 t( ) = lg сН2О2 0( ) - 0.43 k t. (3-23) I Для проверки предположения о порядке изучаемой реакции экспериментальные данные необходимо представить в координатах lg cH2O2 (t) - t.

3. Вычисляют значения lg cH2O2 (t), заносят их в таблицу. Строят зависимость lg cH2O2 от t. Убеждаются в наличии на ней достаточно протяженного линейного участка, что является подтверждением предположения о первом порядке реакции разложения диоксида водорода.

4. Из наклона полученной зависимости, учитывая (3-23), определяют величину константы скорости реакции:

(lgcH2O2 ). (3-24) = 2k,I t 5. Вычисляют период полураспада диоксида водорода на платине, используя соотношение:

ln = =,0 69 k. (3-25) 1 I 2 k I Привлекая данные таблицы 3-5, оценивают период времени, за который исходная концентрация раствора Н202 снизилась вдвое. Сравнивают эту величину с 1. Оформляют работу, формулируют выводы.

Работа 5. Изучение кинетики окисления иодида водорода пероксидом водорода в присутствии катализатора Реакция окисления иодида водорода в кислой среде в присутствии (NH4)2MoO4 является примером гомогенного катализа. Экспериментально процесс осуществляют следующим образом : к реакционной смеси NaI + H2SO4 при заданной температуре добавляют определенный объем пероксида водорода и тиосульфата натрия одинаковой концентрации. При этом последовательно протекают следующие реакции:

2NaI + H2SO4 = Na2SO4 + 2НI (3-26) 2HI + H2O2 = 2H2O + I2 (3-27) I2 + 2Na2S2O3 = 2NaI+ Na2S4O6 (3-28) Реакции (3-27) и (3-28) протекают очень быстро, поэтому скорость всего процесса в целом определяется скоростью медленной стадии (326). Поскольку иодид натрия регенерируется в ходе взаимодействия иода с тиосульфатом натрия, то содержание NaI и НI практически постоянно и, следовательно, скорость реакции (3-27) определяется только концентрацией пероксида водорода. В этих условиях процесс (3-27) описывается кинетическим уравнением реакции I порядка:

(n 0),2 3 Н2О k = lg. (3-29) I t (n t) Н2О Расход пероксида водорода определяют по количеству выделенного иода (реакция (3-27)), который оттитровывают раствором тиосульфата натрия (реакция (3-28)). Уравнение (3-29) при этом можно представить в форме:

(V 0),2 3 OH kI = lg t ( (V 0) - VNa2S2O3 (t)), (3-30) OH где (V 0) - исходный объем пероксида водорода, взятый для опыта, H2O(V t) - объем тиосульфата натрия добавленный в реакционную смесь Na2S2Oна момент времени t.

Задача работы: определить константу скорости реакции окисления иодида водорода пероксидом водорода без и в присутствии катализатора;

оценить энергию активации реакции.

Оборудование, реактивы: колбы с притертыми пробками на 3 200-250 см ; колбы для титрования вместимостью 50 см ; бюретка;

о секундомер; термометр от 0 до 100 С ; термостат; раствор иодида натрия с массовой долей 0,4 %; раствор серной кислоты с концентрацией с(1/2 Н2SO4) = 1 моль/дм3; растворы пероксида водорода и тиосульфата натрия с концентрацией 0,025 моль/дм3; раствор молибдата аммония с концентрацией 1 моль/дм3; раствор крахмала.

Выполнение работы 3 1. В колбу вместимостью 200-250 см наливают 100 см раствора иодида натрия и 5 см раствора серной кислоты. В другую колбу вместимостью 3 см помещают 15 см раствора пероксида водорода. Колбы помещают в термостат с определенной температурой (от 18 до 40 оС ). Бюретку заполняют раствором тиосульфата натрия. Когда растворы в термостате примут одинаковую температуру (~ 10 минут), их сливают и добавляют из бюретки см раствора Na2S2O3 и 5 капель раствора крахмала. Содержимое колбы перемешивают, включают секундомер и отмечают время появления синего окрашивания раствора (t1). Быстро добавляют еще 1 см раствора Na2S2O3, перемешивают и вновь отмечают время появления синей окраски (t2 - от начала опыта). Не выключая секундомер, операцию добавления Na2S2O3 по см 3 повторяют еще 4 раза.

2. Опыт проводят аналогичным образом при другой температуре (указывает преподаватель).

3. Для каждого момента времени (t1 … tN) и температуры вычисляют константы скорости реакции по уравнению (3-30). Рассчитывают среднее значение константы скорости реакции (3-27) для двух температур kT1 и kT2.

Вычисляют значение энергии активации Еа процесса по уравнению:

kT(TE - T1), 2a lg = kT1,2 3RT T указывают размерность рассчитанной величины.

4. Опыт и расчеты повторяют (п.п. 1 - 3) для этих же температур, но в исходную смесь NaJ + H2SO4 вводят 0,1 см раствора молибдата аммония в качестве катализатора.





Делают вывод о влиянии катализатора на скорость процесса и величину энергии активации. Оформляют работу.

ТЕМА 4. ЭЛЕКТРОХИМИЯ Работа 1. Определение предельной молярной электропроводности сильного электролита Электропроводность растворов находят кондуктометрическим методом, определяя сопротивление Rяч двухэлектродной ячейки с платиновыми электродами, включенной в мостовую схему переменнотоковых измерений (рис. 4-1). В диагонали моста включены Рис. 4.1.

Мостовая схема определения электропроводности осциллографический индикатор И, генератор переменного тока Г, сопротивления R1 и R2 обычно одинаковы. Мост сбалансирован, когда RЯЧ = RМ, что устанавливается по исчезновению периодического сигнала на экране осциллографа. Удельную электропроводность раствора () находят по формуле:

КЯЧ - = (Ом-1 см ), (4-1) RЯЧ где КЯЧ - постоянная данной ячейки. Затем рассчитывают молярную электропроводность () раствора 1-1 валентного электролита с концентрацией с (моль/дм3):

= (см /Ом моль). (4-2) c с Задача работы: ознакомление с кондуктометрическим методом измерения электропроводности, определение молярной электропроводности бесконечно разбавленного раствора сильного электролита.

Оборудование, материалы: установка для кондуктометрических измерений, ячейка, термометр, мерная посуда, 0.02М раствор КС1: 0.1М раствор НС1 (можно HN03, NaOH, KN03 или иной сильный 1-1 электролит по указанию преподавателя).

Выполнение работы 1. Устанавливают частоту генератора тока в интервале 0.3-2 кГц, амплитуду сигнала не более 1.5 В. Проверяют работоспособность мостовой схемы, включая вместо ячейки дополнительный магазин сопротивлений.

2. Заполняют ячейку раствором хлорида калия (0.02 М) с известной удельной электропроводностью (табл. 4-1).

Таблица 4-t, °С 15 17 19 21 23, 2.243*10-3 2.345*10-3 2.449 *10-3 2.532 *10-3 2.659*10-3 2.765*10--Ом-1 см 3. Определяют температуру этого раствора и находят его сопротивление RKCL. Меняя раствор в ячейке, повторяют эксперимент еще 2-3 раза. Находят среднее значение RKCl и, пользуясь данными табл. 4-1, рассчитывают постоянную ячейки КЯЧ.

4. Последовательным разбавлением 0.1М раствора НС1 готовят растворы с концентрацией 0,05; 0,02; 0,01; 0,005; 0,002 и 0,001 М.

5. Ополаскивают ячейку дистиллированной водой и, последовательно заполняя ее растворами НС1 разных концентраций, производят измерение сопротивления ячейки. Данные заносят в табл. 4-2. Две нижние графы заполняют, проводя расчеты по формулам (4-1) и (4-2) с использованием найденного значения КЯЧ.

Таблица 4-сHCl, 0,1 0,05 0,02 0,01 0,005 0,002 0,моль/дмRЯЧ, Ом, Ом-1 см-с, см Оммоль 6. Проверяют справедливость эмпирического соотношения Онзагера:

= 0 - соnst с, (4-3) сс откладывая на графике значения с (по оси у) и сHCl (по оси х). При наличии линейности методом линейной экстраполяции к сHCl 0 находят °с (НС1) - молярную электропроводность раствора соляной кислоты при его бесконечном разбавлении.

7. Сопоставляют полученное значение °с с табличным, найденным по правилу аддитивности Кольрауша:

°с (НС1) = °с (Н+) + °с (С 1-) (4-4) Значения предельных ионных подвижностей ряда однозарядных ионов при 298 К приведены в табл. 4-3.

Таблица 4-Ион Н+ О Н- К+ Na+ С1- N03- NH4+ CH3COO- °с, 73.55 40.349.8 198.3 73.55 50.14 76.30 71.см Ом моль Формулируют выводы, оформляют работу.

Работа 2. Изучение диссоциации слабого электролита кондуктометрическим методом Задача работы: Ознакомление с кондуктометрическим методом измерения электропроводности, нахождение константы и степени диссоциации раствора слабого электролита.

Оборудование, материалы: установка для кондуктометрических измерений, ячейка, термометр, мерная посуда, 0.02 М раствор КС 1, 0.5 М раствор СН3СООН, NH4ОН или иного слабого электролита по указанию преподавателя.

Выполнение работы 1. Используя указания к работе 1, ознакомиться с общим принципом проведения кондуктометрических измерений переменнотоковым методом по мостовой схеме.

2. Определяют постоянную Кяч ячейки для измерений электропроводности, проводя измерения по п.п 1-3 работы 1.

3. Последовательным разбавлением их 0,5 М раствора уксусной кислоты готовят серию растворов с концентрацией 0.25; 0.1; 0.025 и 0.01 моль/дм3.

4. Ополаскивают ячейку дистиллированной водой и, последовательно заполняя ее растворами СН3ООН разных концентраций, производят измерение сопротивления ячейки. Данные заносят в табл. 4-4. Расчет и с осуществляют по (4-1) и (4-2), используя найденное ранее значение Кяч.

Таблица 4-сСН3СООН, моль/дм3 0.01 0.05 0.1 0.25 0.Rяч, Ом -, Ом-1см с, Ом1см2моль- 5. Привлекая табличные данные для предельных молярных ионных подвижностей (табл. 4-3), рассчитывают молярную электропроводность уксусной кислоты, используя правило аддитивности Кольрауша:

°С(СН3СООН) = °С(Н+) + °С(СН3СОО-). (4-5) 6. Определяют степень диссоциации растворов разных концентраций:

= с / °с (4-6) 7. Используя закон разбавления Оствальда:

2с Кс =, (4-7) 1 - вычисляют концентрационную константу диссоциации для каждого раствора уксусной кислоты, находят среднее значение, сопоставляют его с табличным, равным 1,75 *10-5 моль/дм3.

Формулируют выводы, оформляют работу.

Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 | 6 |   ...   | 10 |










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.