Химическая кинетика и катализ

Исследование гомогенной каталитической реакции

Цель работы: установление зависимости от кон­центрации катализатора и температуры скорости гомогенной ката­литической реакции разложения перекиси водорода:

Н₂О₂ Н₂О +1/2 О₂

Опыты проводят на установке, схема которой представлена нарис.1.

Обозначения:

1- колба реакционная на 150 мл;

2- магнитная мешалка;

3- водяной термостат;

4- магнитопривод;

5- термометр на 100°С;

6- кран или зажим;

7- бюретка на 100 мл

8- уравнительный сосуд;

9-соединительные трубки:

10 - секундомер

Рис. 1. Схема установки

Порядок выполнения работы.

1. В предварительно вымытую хромовой смесью реакционную колбу (1) наливают 100 мл дистиллированной води и заданное коли­чество (от 2 до 8 мл) 3% раствора перекиси водорода и термостатируют в течение 5-10 минут в термостате (3) при включенной мешалке (2).

2. Проверяют герметичность системы, затем открывают кран (6) и с помощью уравнительного сосуда (8) устанавливают уровень воды в бюретке (7) на нулевой отметке. После этого заливают в реакционную колбу заданное количество (от 2 до 8 мл) 30% раствора хлорного железа, быстро и плотно соединяют реактор (1) с бюреткой (7), закрывают кран (6), включают мешалку, запускают секундомер и начинают замер объема выделяющегося кислорода.

3. В первые несколько минут замеры производят через 30 се­кунд. В последующем через 1-2 минуты, каждый раз предваритель­но уравнивая уровни воды в бюретке (7) и сосуде (8) путем опуска­ния последнего. Замеры производят в течение 10-30 минут от на­чала опыта.

4.По заданию преподавателя проводят два опыта при двух различных температурах (20-40°С) и постоянном составе исход­ной реакционной смеси или два опыта при постоянной температу­ре и различном количестве катализатора.

5.Экспериментальные данные заносят в таблицу.

Таблица

Обработка результатов

1.Для различных моментов времени от начала реакции (t)вычисляют значения констант скоростей реакции, пользуясь кинетическим уравнением реакции 1-го порядка:

или (1)

где a - начальное число молей исходного вещества

(a-x)- число молей исходного вещества, оставшегося и це­менту времени t;

V_∞ - предельный объем выделившегося кислорода, т.е. величина пропорциональная исходному количеству H₂O₂;

(V_∞ - V_t) - объем кислорода, который выделяется при разложе­нии H₂0₂, оставшегося в системе к моменту време­ни t, т.е. величина пропорциональная количеству Н₂0₂ в данный момент времени.

2.По средним значениям констант скоростей реакции k₁ и k₂ для различных температур (T₁ иТ₂°К) вычисляют величину кажущейся энергии активации реакции

кал (2)

3. Определяют отношение констант скоростей реакции

(k₂/k₁) и отношение объемов раствора хлорного железа (V₂/V₁), использованных в соответствующих опытах при пос­тоянной температуре. Две эти величины должны совпасть, т.е.:

(3)

4.Определяют погрешности прямых и косвенных измерений.

5. Формулируют вывод.

Литература

1. Белик В.В. Физическая и коллоидная химия. - М.: Академия, 2006.

2. Еремин В.В., Каргов С.И., Успенская И.А. и др. Основы физической химии. Теория и задачи. – М: Издательство «Экзамен». 2005.

3. Шершавина А.А. Физическая и коллоидная химия. Методы физико-химического анализа: Учебное пособие / А.А. Шершавина.- М.: Новое знание, 2005.

4. Стромберг А.Г., Семченко Д.П. Физическая химия.-М.: Высш.шк. 2001.

5. Гельфман М.И. Практикум по физической химии. – СПб.: Издательство «Лань». 2004.