Порядок проведения эксперимента

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Уфимский государственный нефтяной технический университет

Филиал в г. Салавате

Кафедра «Химико-технологических процессов»

ОТЧЁТ

по лабораторной работе по физической химии

Определение порядка реакции окисления йодид-ионов ионами

Трёхвалентного железа

ХТП-ФХ-3-04.00.00.000 ЛР

Выполнил:

Студент гр. ТП-01-21 Д.Х. Файрузов

Проверил:

Ассистент А.В. Ситдикова

Салават 2003 г.

Цель работы: установление частных порядков и общего порядка реакции

 

. (1)

 

Краткие теоретические основы: Для определения частных порядков по отношению к Fe³⁺ и J^- используется дифференциальный метод Вант-Гоффа. Допускают, что начальная скорость реакции определяется уравнением

 

, (2)

 

где - начальная концентрация Fe³⁺;

- начальная концентрация J^-;

n₁,n₂ – частные порядки.

 

После логарифмирования уравнения (2) получим

 

. (3)

 

Если в серии опытов изменяют начальную концентрацию ионов трехвалентного железа, а начальную концентрацию ионов йода сохраняют постоянной, то уравнение (3) можно записать в виде

 

, (4)

где А₂ – постоянная величина, равная .

 

Если же в серии опытов изменяют начальную концентрацию йода, а концентрацию трехвалентного железа сохраняют постоянной, то уравнение (4) можно преобразовать в вид

 

, (5)

 

где А₂ – постоянная величина, равная .

 

Уравнения (4) и (5) используются для определения порядков по отношению к ионам трехвалентного железа и ионам йода.

 

Порядок проведения эксперимента.

Определение частного порядка по отношению к Fe³⁺: В четыре колбы наливают растворы Fe(NO₃)₃, HNO₃, KNO₃ и дистиллированную воду в тех соотношениях, которые указаны в таблице 1.

 

Раствор	Объём раствора, мл
Колба 1	Колба 2	Колба 3	Колба4
1/60МFe(NO3)3
0,1M HNO3
0,1M KNO3
H2O

 

Таблица 1 - Объемы растворов, необходимые для эксперимента

В первую колбу добавляют несколько капель 1 % (масс.) раствора крахмала, 20 мл 0,025М KJ, раствор энергично перемешивают. Момент вливания раствора KJиз пипетки в колбу принимают за начало реакции (включают секундомер и не выключают его, пока не проделают опыт с одной колбой). Выделившийся йод в результате протекания реакции взаимодействует с крахмалом, и реакционная смесь окрашивается в синий цвет. Через 2 минуты после начала реакции в реакционную смесь вливают 0,01 М Na₂S₂O₃до исчезновения синей окраски. Отмечают на бюретке количество добавленного раствора тиосульфата и время повторного появления синей окраски. Через 2 минуты снова добавляют раствор тиосульфата до исчезновения синей окраски. Эту операцию проделывают 5-6 раз.

Аналогичные опыты проделывают со второй, третьей и четвертой колбами. Экспериментальные данные заносят в таблицу.

 

Обработка экспериментальных данных: В момент появления синей окраски количество добавленного тиосульфата эквивалентно количеству двухвалентного железа:

 

, (6)

 

где С_m– концентрация тиосульфата;

С_x– концентрация двухвалентного железа;

V_m– общий объем израсходованного тиосульфата от начала реакции к

моменту времени t;

V– объем реакционной смеси, принимаем равным 100 мл.

 

Из уравнения (6) следует:

 

. (7)

 

Результаты заносят в таблицу.

 

τ, сек	Vm,мл	Сх, моль/л	1/Сх	1/τ
	1,8	0,00018	5555,55	0,005
	3,9	0,00039	2564,102	0,00212
	6,4	0,00064	1562,5	0,00153
	9,3	0,00093	1075,28	0,00121
	12,6	0,00126	793,65	0,00101

 

Таблица 2 - Результаты кинетических измерений колбы 1.

 

τ, сек	Vm,мл	Сх, моль/л	1/Сх	1/τ
	2,2	0,00022	4545,45	0,00571
	5,2	0,00052	1923,02	0,0027
	8,7	0,00087	1149,42	0,0018
	12,6	0,00126	793,65	0,00139
	17,1	0,00171	584,79	0,00102

 

Таблица 3 - Результаты кинетических измерений колбы 2.

 

τ, сек	Vm,мл	Сх, моль/л	1/Сх	1/τ
		0,00030	3333,33	0,0055
	6,8	0,00068	1470,58	0,0026
	11,3	0,00113	884,95	0,00178
	16,8	0,00168	595,28	0,00132
	22,6	0,00226	442,47	0,00104

 

Таблица 4 - Результаты кинетических измерений колбы 3.

 

τ, сек	Vm,мл	Сх, моль/л	1/Сх	1/τ
		0,0004		0,0052
	9,5	0,00095	1052,63	0,00281
	15,6	0,00156	641,52	0,002
	22,5	0,00225	444,41	0,00151
	30,2	0,00302	331,12	0,0011

 

Таблица 5 - Результаты кинетических измерений колбы 4.

 

Для нахождения скорости реакции в начальный момент времени используется эмпирическое уравнение

 

, (8)

 

где α и β – постоянные величины.

 

Воспользовавшись уравнением (8), легко показать, что

 

. (9)

 

Величина β определяется из тангенса угла наклона прямой в координатах 1/τ = f (1/С_х). Величина β может быть так же рассчитана по способу наименьших квадратов.

Рисунок 1 - для определения по отношению к Fe³⁺

Вычислим значение величины β.

 

(10)

 

Подставляя числовые значения для первой колбы, получим

 

 

 

Подставляя числовые значения для второй колбы, получим

 

 

 

Подставляя числовые значения для третьей колбы, получим

 

 

 

Подставляя числовые значения для четвёртой колбы, получим

 

 

 

Вычисленные значения 1/β заносят в таблицу 6.

 

№ колбы
моль/л	1,67	3,34	5,01	6,68
1/β	1193458,64	844490,4	648174,88	528995,12
	-2,77	-2,47	-2,30	-2,17
lg1/β	6,07	5,92	5,81	5,72

 

Таблица 6 - Зависимость 1/β от

 

На основании полученных значений [dC_x/dτ] = 1/ β в четырех опытах строят график в осях координат = f(lg(l/β)).

Согласно уравнению (3) тангенс угла наклона прямой будет равен частному порядку по отношению к железу.

 

Рисунок 2 -

 

Вычислим частный порядок по отношению к железу.

 

(11)

Подставляя числовые значения, получим

 

 

Частный порядок по отношению к Fe³⁺ равен 2.

Определение частного порядка по отношению к I^-: В четыре колбы наливают растворы KJ, HNO₃, KNO₃и дистиллированную воду в тех соотношениях, которые указаны в таблице 7.

Раствор	Объём раствора, мл
Колба 1	Колба 2	Колба 3	Колба4
0,025 М KJ
0,1M HNO3
0,1M KNO3	32,5		27,5
H2O	27,5		12,5

 

Таблица 7 - 0бъемы растворов, необходимые для эксперимента

 

В первую колбу добавляют несколько капель 1 % (масс.) раствора крахмала, 20 мл 1/60 М Fe(NОз)з. Отмечают время начала реакции. В дальнейшем методика работы аналогична работе по определению порядка реакции по отношению к ионам Fe³⁺.

Опытные и расчетные данные заносят в таблицы, аналогичные таблицам при определении порядка реакции по отношению к Fe³⁺.

 

 

τ, сек	Vm,мл	Сх, моль/л	1/Сх	1/τ
		0,0002		0,008
	4,3	0,00043	2325,58	0,00377
	5,5	0,00055	1818,18	0,0025
	6,3	0,00063	1587,3	0,001869
	7,4	0,00074	1351,35	0,00149

 

Таблица 8 - Результаты кинетических измерений колбы 1.

 

τ, сек	Vm,мл	Сх, моль/л	1/Сх	1/τ
		0,0007	1428,57	0,00769
	9,7	0,00097	1030,927	0,00377
	11,6	0,00116	862,068	0,00246
	13,2	0,00132	757,27	0,00181
	14,3	0,00143	699,3	0,00142

 

Таблица 9 - Результаты кинетических измерений колбы 2.

 

τ, сек	Vm,мл	Сх, моль/л	1/Сх	1/τ
	10,2	0,00102	980,392	0,00689
	13,4	0,00134	746,26	0,00338
	15,5	0,00155	645,16	0,0022
	17,3	0,00173	578,03	0,00163
	18,8	0,00188	531,916	0,00129

 

Таблица 10 - Результаты кинетических измерений колбы 3.

 

τ, сек	Vm,мл	Сх, моль/л	1/Сх	1/τ
		0,0014	714,28	0,00625
	19,5	0,00195	512,82	0,00243
		0,0021	476,19	0,00175
	22,5	0,00225	444,44	0,00136
	23,7	0,00237	421,94	0,00109

 

Таблица 11 - Результаты кинетических измерений колбы 4.

 

 

Рисунок 3 - для определения по отношению к I^-

Вычислим значение величины β.

 

 

Подставляя числовые значения для первой колбы, получим

 

 

 

Подставляя числовые значения для второй колбы, получим

 

 

 

Подставляя числовые значения для третьей колбы, получим

 

 

 

Подставляя числовые значения для четвёртой колбы, получим

 

 

 

Вычисленные значения 1/β заносят в таблицу 12.

 

№ колбы
моль/л	2,5	5,0	7,5	10,0
1/β	560468,51		80085,357	56655,03
	-2,6	-2,3	-2,12	-2
lg1/β	5,748	5,065	4,903	4,753

 

Таблица 12 - Зависимость 1/β от

 

Порядок реакции по отношению к J^- находят из графика = f(). Согласно уравнению (5) тангенс угла наклона прямой будет равен частному порядку по отношению к йоду.

Рисунок 4 -

 

Вычислим частный порядок по отношению к йоду.

 

(12)

 

Подставляя числовые значения, получим

 

 

Частный порядок по отношению к I^-равен 1.

 

Общий порядок реакции равен сумме частных порядков по отношению к Fe³⁺и J^-.

 

. (13)

 

Подставляя числовые значения, получим

 

n=2+1=3.

 

Вывод:

Общий порядок реакции мы определили как сумма частных порядков реакций по отношению к Fe³⁺ и I^-; общий порядок равен 3.