WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 9 |

Интегрируя (1.23) при начальном условии: cv = 0 при t = 0, получим cs - cv lg =-kt /2,3. (1.24) cs Уравнение (1.24) описывает диффузионную кинетику растворения сульфата кальция. Экспериментальное изучение кинетики растворения проводим кондуктометрическим методом. Поскольку CaSO4 - малорастворимый сильный 2-2 - электролит, можно без особой погрешности считать, что молярные подвижности ионов не зависят от концентрации раствора. Тогда согласно теории Кольрауша, удельная, электрическая проводимость раствора c. C другой стороны, = К /R, где К – постоянная ячейки для измерения электропроводности, а R – ее сопротивление Объединяя константы, получим, что для.

неконцентрированных сильных электролитов их молярная концентрация с 1/R. Следовательно, в уравнении (1.24) отношение (сs – cv)/cs можно заменить на (1/R – 1/Rt)/(1/R), где 1/Rt – текущая электрическая проводимость ячейки, а 1/R - то же в конце опыта.

Отметим, что в левой части уравнения (1.24) единственным v меняющимся во времени параметром является c, что схематично отражено на рис.1.3, тогда как сs = const. При t значение сv cs и раствор полностью насыщается солью.

ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ В задачу работы входит проверкаприменимости уравнения (1.24) к процессу растворения сульфата кальция и подтверждение диффузионной v кинетики растворения. Это предполагает получение зависимости c - t методом электропроводности с последующей графической обработкой.

Работа состоит из двух этапов:

1. Приготовлениеобразца для растворения.

2. Кондуктометрическое изучение кинетики растворения гипса CaSO4·2H2O в воде.

МЕТОДИКА ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ Этап 1. Приготовление образца На часовое стеклышко насыпают 1-2 см3 чистого жженого гипса (алебастра) CaSO40,5H2O, добавляют несколько капель дистиллированной воды и с помощью стеклянной палочки лепят шарик диаметром около см. Жженый гипс быстро затвердевает в CaSO4 2H2O.

Полученный шарик привязывают к тонкой нити и для удаления гипсовой пыли ополаскивают дистиллированной водой. Затем его подсушивают на фильтровальной бумаге и в потоке теплого воздуха, например, над электроплиткой. Свободный конец нити привязывают к перекладине, которая в опытебудет располагаться нагорловинесосуда для измерения электропроводности. Длину нити регулируют заранее, ориентируясь нарис. 1.4.

Этап 2. Изучение кинетики растворения гипса Схема установки для измерения электропроводности растворов показана на рис. 1.4. Платиновые электроды ячейки (1) подключают к клеммам X мостаУитстона (3). К клеммам Б подводят переменный ток от генератора низкой частоты (4). Осциллографический индикатор нуля (5) соединяют с клеммами Г.

Осциллограф и генератор включают в сеть и прогревают несколько минут. На генераторе устанавливают частоту в пределах 0,5 - 1 кГц, а осциллограф ставят в положениеминимальной чувствительности.

Рис. 1.4. Схема установки для измерения электропроводности растворов Б Г X Г Б После этого:

1. Тщательно промывают ячейку дистиллированной водой, опускают в нее магнитик, заполняют водой на 2/3 объема и ставят на магнитную мешалку.

2. На генераторе устанавливают напряжение2-3 B, замыкают ключи Б и Г и увеличивают чувствительность осциллографа до появления на экранесинусоиды.

3. Регулируют длительность развертки осциллографа, чтобы на экранеумещалось 20-25 колебаний.

4. С помощью штекера устанавливают на колодках А и В моста сопротивление RA = RB = 100 Ом. Включают магнитную мешалку.

Погружают в сосуд шарик (2) из гипса одновременно включают, секундомер или замечают момент начала растворения по часам.

5. Регулировкой ручек магазина сопротивлений моста уменьшают амплитуду сигнала, затем повышают чувствительность осциллографа и снова регулируют мост. Эти операции выполняют до техпор, пока не удастся превратить синусоиду вгоризонтальную прямую намаксимальной чувствительности осциллографа. Если уравновешивание не удается, изменяют отношение длин плеч моста переключателем штепселей в латунных колодках А и В (на рис. 1.4 не показаны) и повторяют процедуру. Величину измеряемого сопротивления отсчитывают по цифрам напанели моста.

6. Регистрируют сопротивлениеячейки Rt во времени (через каждые 2 минуты) до техпор, пока оно не стабилизируется вследствие насыщения раствора. Обычно наэто уходит 30-50 минут. Полученноезначениеесть R.

7. Останавливают магнитную мешалку, размыкают ключи Б и Г, выключают генератор и осциллограф, измеряют температуру, при которой протекал опыт.

8. Вносят поправку на собственную электрическую проводимость растворителя, для чего измеряют сопротивление ячейки с водой RH 2O (учет "фона Для этого определяют значения 1 Rt =1 Rt -1 RH2O ; и ").

1 R = R - RH2O.

П р и м е ч а н и е. Ввиду малости величин 1 RH2O 1 Rt 1 R, и, обращение к ним может доставить определенные трудности. Чтобы избежать этого, вместо обратных сопротивлений используйте величины 1 R, увеличенные в 105 или 106 раз; результат расчетов по (1.24) от этого неизменится.

ОБОРУДОВАНИЕ, РЕАКТИВЫ, МАТЕРИАЛЫ Установка и сосуд для измерения электропроводности растворов;

магнитная мешалка; секундомер; ртутный термометр; электроплитка;

часовое стеклышко; пипетка; стеклянная палочка; тонкая нитка; проволока диаметром 0,7-1 мм; жженый гипс CaSO4 0,5H2O - "чда";

дистиллированная вода.

ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ Результаты измерений сопротивления ячейки для определения электропроводности во времени при температуре... 0C заносят в таблицу:

-1/ Rt, 1 R 1/ Rt 1/Rt, t, мин lg Ом-Ом-1 1 R Последний по времени отсчет соответствует 1/R. (Вместо 1/R может быть 105/R или 106/R). Вычисляют и, заносят их также в таблицу.

1/ Rt 1/ R -1/ Rt 1 R Строят график в координатах lg - t и по наклону 1 R начального прямолинейного участка находят формальную “константу растворения” k' при температуре опыта.

Формулируя выводы к работе, необходимо ответить на следующие вопросы:

1. Выполняется ли линейность зависимости (1.24) для растворения CaSO4·2H2O при постоянной скорости размешивания раствора О чем это свидетельствует 2. Какова величина“константы скорости” k' 3. Какиеупрощающие допущения лежат в основе модели Нернста строения диффузионного слоя ЛИТЕРАТУРА 1. Физическая химия / К.С. Краснов.К. Воробьев, И.Н. Годнев и, Н др.; Под редК.С. Краснова: В 2-x кн. – М., 1995. – Кн. 2. – С. 201 – 202.

.

Работа НАБЛЮДЕНИЕ ЯВЛЕНИЯ КАТАЛИЗА В РЕАКЦИИ ОКИСЛЕНИЯ ЙОДИДА КАЛИЯ ПЕРСУЛЬФАТОМ АММОНИЯ ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Многие химические и, в частности, окислительновосстановительные реакции идут очень медленно. Причиной тому является высокая энергия активации, обусловленная тем, что в ходе процесса (переходе электронов от восстановителя к окислителю) происходит сложная перестройка реагирующих частиц. Этой же причине обязана и известная многостадийность реакций, возможность участия в ней не только самих реагентов, но и некоторых посторонних веществ. Последние могут ускорять реакцию, т.е. выступать в роли катализаторов. Примером может служить процесс окисления иодидакалия персульфатом аммония в водном растворе 2KI + (NH4)2S2O8 I2 + (NH4)2SO4 + K2SO4, (1.25) который протекает очень медленно. Его можно ускорить введением в реагирующую смесь ионов H3О+, а также Zn2+, Cd2+, Cu2+ и некоторых иных, которые выступают в роли катализаторов. Действительно, эти катионы не входят в уравнение брутто-реакции (1.25), но снижают энергию активации ее лимитирующей стадии.

ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ Цель работы состоит в наблюдении явления катализа в реакции окисления иодида калия персульфатом аммония при комнатной температуре. Катализатором служат ионы водородаили ионы переходных металлов всмеси с ионами водорода.

МЕТОДИКА ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ Об изменении скорости реакции удобно судить по количеству выделившегося йода Оно легко определяется титрованием раствором.

тиосульфатанатрия:

I2 + Na2S2O3 2NaI + Na2S4O6 (1.26) В сухиеколбы на 200-250 мл мерным цилиндром наливают растворы согласно таблице.

Число миллилитров Номер (NH4)2S2O8 H2SO4 ZnSOколбы Н2О 0,1 М 0,5 М 0,1 М 1 85 15 0 2 60 15 25 3 57 15 25 4 54 15 25 Видно, что общий объем реакционной смеси сохраняется постоянным, равным 100 мл.

В первую колбу добавляют 25 мл раствора KI (0,02 М), быстро встряхивают колбу и отмечают по часам момент начала опыта. Спустя минут отбирают пипеткой 10 мл реакционной смеси, вливают в отдельную коническую колбу, куда заранее было налито 20-25 мл охлажденной на льду дистиллированной воды. Быстро титруют первую пробу раствором тиосульфата натрия (0,0025 М) для определения количества выделяющегося I2.

Процедура титрования: из бюретки вливают по каплям раствор Na2S2O3 до техпор, пока титруемый раствор не примет светло-желтую окраску. Затем добавляют в него несколько капель раствора крахмала и продолжают титрованиедо исчезновения синей окраски.

Последующиепробы из первой колбы берут через 15, 25, 35, 45 и минут от начала опыта, данные титрования заносят в таблицу. Со второй, третьей и четвертой колбами проделывают теже операции. Для экономии времени все четыре опыта следует проводить параллельно. Поэтому работурекомендуется выполнять вдвоем: один титрует содержимоеколб и 2, а второй – 3 и 4. Момент начала реакции в каждой из колб, естественно, может быть различным.

В качествекатализатора вместо ZnSO4 могут быть взяты CdSO4 или FeSO4 той же концентрации.

ОБОРУДОВАНИЕ, РЕАКТИВЫ, МАТЕРИАЛЫ Четыре конические колбы на 200-250 мл ; две конические колбы на 100 мл ; мерный цилиндр на 100 мл ; две мерных пипетки на 10 мл ; две бюретки для титрования; ледяная баня. Растворы: (NH4)2S2O8 - 0,1 М, KI - 0,02 М, H2SO4 - 0,5 М, ZnSO4, CdSO4, FeSO4 - 0,1 М, Na2S2O3 - 0,0025 М, свежеприготовленный крахмал.

ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ Результаты опытов представляют на одном графике откладывая по, оси ординат объем (в мл ) раствора Na2S2O3, пошедшего на титрование, а по оси абсцисс - время от момента начала соответствующего опыта В.

выводахпо работе необходимо указать, удалось ли наблюдать явление катализа и если да то сравнить действиекатализаторов H3О+ (2 колба) и, смеси H3О+ + Zn2+ (3 и 4 колба).

Формулируя выводы к работе, необходимо ответить на следующие вопросы:

1. К какому типу каталитических реакций относится исследуемый процесс 2. Как меняется во времени скорость реакции 3. Как зависит от концентрации катализатора (Zn2+) скорость данной каталитической реакции 4. С какой целью пробу, отбираемую для титрования, резко охлаждают 5. На что указывает наблюдаемое Вами относительное постоянство объема титранта вконце опыта Достигнуто ли такоепостоянство в опыте без катализатора ЛИТЕРАТУРА 1. Физическая химия / К.С. Краснов Н.К. Воробьев, И.Н. Годнев и, др.; Под редК.С. Краснова: В 2-x кн. – М., 1995. – Кн. 2. – С. 228 – 230.

.

2. Фролов Ю.Г. Физическая химия / Ю.Г. Фролов, В.В. Белик. – М., 1993. – С. 452 – 455.

Работа КИНЕТИКА ОМЫЛЕНИЯ ЭТИЛАЦЕТАТА ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ В разбавленных растворах омылениеэфира CH3COOC2H5 + H2O CH3COOH + C2H5OH (1.27) протекает крайне медленно. Концентрация воды вэтом случае постоянна, поэтому скорость этого процесса будет зависеть только от концентрации эфира, т.е. формально - кинетически реакция (1.27) будет первого порядка.

Ионы H3О+ и OH- катализируют процесс. Поскольку врезультатереакции образуется кислота то в присутствии ионов гидроксония омыление, приобретает автокаталитический характер, что усложняет течение реакции. Однако, если начальная концентрация ионов H3О+ велика то, общее увеличение их концентрации за счет автокатализа будет относительно небольшим. Поэтому реакцию проводят в достаточно концентрированном растворе сильной кислоты.

Реакцию омыления уксусноэтилового эфира в кислой среде можно представить следующим образом:

+ + CH C O C2HH3C C O C2H5 + H CH C O C2H5 (1.28) + O O H O (a) (b) H OH + + C CH C2H5OH + CH C 3 + C2HO O На первом этапе образуется карбкатион, существующий в двух таутомерных формах Кинетически необратимый распад карбкатиона.

может протекать как по мономолекулярному, так и по бимолекулярному механизмам. В первом случае ( cH2O >> cэф ) скорость процесса определяется концентрацией вещества, имеющегося внедостатке. Поэтому можно считать, что гомогенно-каталитическое омыление эфира в кислой среде является мономолекулярной реакцией, кинетикакоторой формально может быть описана уравнением (1.11), отвечающим реакции первого порядка.

Щелочной гидролиз сложных эфиров – кинетически необратимая бимолекулярная реакция. Механизм этой реакции, протекающей через образованиекарбаниона, следующий:

OH OH (a) (b).

CH C CH C O C2H5 + OH CH C C2H5 [ ] C2H5O 3 3 + O O O O C2H5OH + CH C (1.29) O Такой реакции отвечает случай А + В продукты, кинетически подчиняющийся уравнениям (1.14) или (1.17) в зависимости от соотношения исходных концентраций реагентов.

Работа состоит из двух заданий, заключающихся в исследовании кинетики омыления эфира в водных средах различной кислотности.

Задание 1. ИССЛЕДОВАНИЕ КИНЕТИКИ ОМЫЛЕНИЯ УКСУСНО - ЭТИЛОВОГО ЭФИРА В КИСЛОЙ СРЕДЕ В данном случае расчет константы скорости реакции первого порядкаудобнее вести по формуле:

cэф(t1)c.к. - су.к.(t1) у kI ==, (1.30) lnln t2 - t1 cэф(t2) t2 - t1 у - су.к.(t2) c.к.

которая получается несложным преобразованием из (1.11). Здесь су.к.(t) – концентрация уксусной кислоты, образовавшейся к моменту времени t в ходе реакции (1.28), а – то же, но в конце процесса окисления c.к.

у этилацетата. Эти величины можно определить титрованием реакционной смеси щелочью, и окончательно Vщ - Vщ(t1) 2,kI = lg, (1.31) t2 - t1 - Vщ(t2) Vщ где Vщ – расход NaOH на титрование пробы в конце процесса а Vщ(t1) и, Vщ (t2 ) - в моменты времени t1 и t2.

ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ Определение скорости омыления уксусно-этилового эфира в солянокислом растворе, установление порядкареакции, расчет константы скорости.

МЕТОДИКА ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ В две сухиеколбочки объемом по 100 мл наливают по 40 мл HCl (в одну - 1M HCl, в другую - 0,5M HCl) и, плотно закрыв их пробками, помещают в термостат, обычно при 250С. Примерно через 15-20 минут к каждому раствору кислоты прибавляют по 2 мл этилацетатаи взбалтывают для хорошего перемешивания. Этот момент следует считать началом процесса омыления.

В течение 3-4 часов через каждые полчаса обе реакционные смеси титруют, оставляя по две порции (для определения конечного титра в конце занятия). При этом каждый раз берут пипеткой 2 мл реакционной смеси, приливают к 20 мл охлажденной льдом дистиллированной воды, т.к. вследствие сильного охлаждения пробы омыление в нем практически прекращается, и титруют 0,1M раствором NaOH в присутствии фенолфталеина Временем взятия пробы, которое нужно учесть, считают.

момент вливания реакционной смеси вледяную воду. Вседанные вносят в таблицу:

Время от начала опыта до взятия 30 60 90 120 150 180 210 пробы, мин Vщ, мл СНСl = 0,5 М СНСl = 1 М Внимание! При выполнении работы соблюдайте правила техники безопасности по работе с кислотами и щелочами! ОБОРУДОВАНИЕ, РЕАКТИВЫ, МАТЕРИАЛЫ Две коническиеколбы на 100 мл ; термостат; обратный холодильник (если выбранная температура 300С и выше); кристаллизатор со льдом;

пипетка на 2 мл ; бюретка для титрования. Реактивы: этилацетат, соляная кислота (0,1M и 0,5M), едкий натр (0,1M); фенолфталеин, дистиллированная вода.

ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ Используя результаты измерений, рассчитывают значения константы скорости для двух произвольно выбранных значений t1 и t2. Если исследуемая реакция действительно первого порядка, то полученные значения kI не должны изменяться в зависимости от момента выбора t.

Определяют среднее значение kI.

Проводят и графическоеопределениеконстанты скорости процесса.

Из выражения (1.31) следует, что, если изучаемая реакция действительно Vщ - Vщ (t1) первого порядка, то график зависимости функции lg от Vщ - Vщ (t2) (t2 - t1) будет прямолинейным, причем наклон этой прямой равен kI/2,3.

Величина наклона рассчитывается на ЭВМ с использованием какой-либо программы линеаризации.

Сравнивают средние значения величин kI, полученные для каждого из наблюдений (c 0,5 и 1 М HCl) аналитически (расчет по уравнению (1.31)) и найденные графическим методом.

Формулируя выводы к работе, необходимо ответить на следующие вопросы:

Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 9 |






















© 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.