Опыт 1. Влияние концентрации реагирующих веществ на скорость гомогенной химической реакции

В четыре стакана емкостью 100 мл налить по 20 мл раствора сульфита натрия, подкисленного серной кислотой и содержащего небольшое количество крахмала (1 г соли, 0,95 мл концентрированной серной кислоты и 0,1 г крахмала в 1 л раствора).

В четыре других стаканчика налить 20, 10, 5 и 2,5 мл раствора иодата калия (3,9 г соли в 1 л раствора). В последние три из четырех стаканчиков добавить соответственно 10, 15 и 17,5 мл дистиллированной воды. Сливая попарно растворы сульфита натрия и иодата калия, отметьте по секундомеру время появления окраски. Результаты занести в таблицу:

Построить график зависимости относительной скорости реакции w _{реакции}, равной t^–1, от относительной концентрации иодата калия С_KIO3. Написать уравнение реакции в молекулярной и сокращенно-ионной формах. Отвечает ли это уравнение механизму протекания реакции? Ответ обосновать.

Вообще исследование кинетики химической реакции начинается с обработки массива преобразованных кинетических данных (w = f (C)) в плане вычисления формально-кинетических параметров (порядок реакции и константа скорости), на основе чего можно строить предположения о теоретическом механизме реакции.

Для нахождения формально-кинетических параметров удобно организовать исследование так, чтобы можно было фиксировать время достижения какого-либо признака прохождения реакции до определенного состояния в химической системе (например, до появления окраски) в серии (рекомендуется не менее 6-7 точек; чем больше – тем лучше) одинаковых экспериментов (можно принять, что относительная скорость реакции обратна времени появления окраски) при варьировании концентрации только одного из реагентов и постоянстве остальных факторов, включая температуру.

Обработка сводится к оценке параметров (n и k) функциональной зависимости . Поскольку зависимость, в общем случае, нелинейная, а сглаживание по методу наименьших квадратов наиболее удобно проводить для линейной зависимости (программа Линия), то обрабатываемую зависимость линеаризуют:

Константа скорости обычно получается с высокой погрешностью (это обычное дело: погрешность вычисления свободного члена, как правило, существенно выше погрешности вычисления регрессионных коэффициентов). Поэтому имеет смысл уточнить константу скорости, после интегрирования (в соответствующих пределах) уравнения:

для найденного на предыдущем этапе работы порядка реакции n. Для первого порядка (n =1) (это самый распространенный случай) интегрирование дает:

Обрабатывается линейная зависимость , и константа скорости получается равной коэффициенту регрессии с обратным знаком.