Изучение скорости разложения пероксида водорода газометрическим методом

Цель работы: определить кинетические параметры реакции – скорость реакции, константу скорости реакции, период полупревращения и энергию активации.

Оборудование и реактивы: газометр (в сборке), кристаллизатор; термометр на 50⁰С; 3 % раствор Н₂О₂; 0, 05 М К₂Cr₂O₇ – катализатор.

Последовательность выполнения работы

1. Подготовка газометра к работе.

· Наполнить газометр (рис. 4) подкрашенной водой так, чтобы в градуированном цилиндре 2 её уровень находился бы на нулевом делении. Уравнительный цилиндр 3 при этом должен быть почти пустым. В обоих цилиндрах вода должна остановиться на одинаковом уровне (по закону сообщающихся сосудов). Работу проводят при открытом на атмосферу кране 6.

· Проверить прибор на герметичность. Для этого плотно вставить пробку 5 в реакционный сосуд 1. Кран 6 закрыть, соединив, таким образом, реакционный сосуд с градуированным цилиндром 2 и опустить уравнительный цилиндр 3 на 15 - 20 см ниже его первоначального положения. При опускании уравнительного цилиндра 3 уровень воды в градуированном цилиндре 2 несколько понизится. Если через 1-2 минуты дальнейшего понижения не будет, прибор герметичен. Если не герметичен, надо выявить причину и устранить её – проверить надежность всех соединений или заменить прибор.

· После проверки герметичности прибора, уравнительный цилиндр 3 поднять в первоначальное положение, отсоединить реакционный сосуд и установить уровень воды в градуированном цилиндре 2 на нулевом делении.

Рис. 4 – Газометр: 1 – реакционный сосуд; 2 – градуированный цилиндр; 3 – уравнительный цилиндр; 4 – термостат; 5 – резиновая пробка; 6 – кран

2. Определение кинетических параметров реакции

· Настроить на заданную температуру термостат (Т₁), роль которого выполняет химический стакан 4.

· Реакционный сосуд 1, наполненный раствором катализатора, поместить в термостат.

· После термостатирования в сосуд 1 влить определен­ный объем пероксида водорода известной концентрации, раствор тщательно перемешать и сосуд закрыть пробкой 5 при открытом на атмосферу кране 6.

· Переключением крана 6 соединить сосуд 1 и бюретку 2 и включить секундомер. Каждое следующее измерение объема в момент t производить при одинаковых уровнях жидкости в бюретке и уравнительном сосуде. Измерения проводить через 1 минуту в течение 6 минут. Полученные данные занести в таблицу 2.

· Аналогичным образом исследовать скорость разложения пероксида водорода при изменении температуры (Т₂; Т₁< Т₂) проведения опыта. Данные также занести в таблицу 2.

Форма отчета и расчеты

1. Полученные экспериментальные данные занести в таблицу 2.

Табица 2 – Сводные результаты по изучению зависимости скорости реакции от температуры

Номер измерения	Время от начала реакции (t)	Объем выделившегося кислорода Vt, см3	Скорость реакции (υ t), см3/мин	V ∞ – Vt		kср, мин–1	Период полупревращения (t1/2), мин	Энергия активации (ЕА), кДж
Т1 =
Т2 =

2. По экспериментальным данным рассчитать кинетические параметры.

а) Скорость реакции рассчитать по формуле: . Данные занести в таблицу 2.

б) Рассчитать теоретический объем кислорода (V _¥ ), выделившийся при полном разложении пероксида водорода объемом 5 см³ с массовой долей 3% и плотностью 1, 0102 г/см³

Кат

2H₂О₂ → 2Н₂О + O₂

Для расчета используем формулы: m = ρ · V; w(в-ва) = ; n = ; V = n· V_m

Вычисляем массу и количество вещества пероксида водорода (M(Н₂О₂) = 34 г/моль):

m_р-ра(Н₂О₂) = ρ _р-ра(Н₂О₂) · V_р-ра(Н₂О₂) =

m(Н₂О₂) = m_р-ра(Н₂О₂) · w(Н₂О₂) =

Определяем химическое количество и объем получившегося кислорода (V_m=22, 4 дм³/моль):

n(O₂) = ½ n(Н₂О₂) =

V _∞ (O₂) = n(O₂) · V_m =

в) Зная теоретический объем кислорода (V _¥ ), выделившийся при полном разложении пероксида водорода найти разницу между этой величиной и объемом кислорода, выделившемся в момент времени t. Данные занести в таблицу 2.

г) Период полупревращения для реакции первого порядка рассчитать по формуле:

=

=

д) Рассчитать энергию активации по ниже приведенной формуле и полученное значение занести в таблицу 2.

Вывод: Т₁ =; υ =; k =; t _1/2 =

Т₂ =; υ =; k =; t _1/2 =

Е _А =

Вопросы к защите лабораторной работы

1. Основные понятия химической кинетики: скорость реакции, константа скорости реакции, молекулярность и порядок реакции. Методы определения порядка реакции.

2. Кинетика простых необратимых гомогенных реакций целого порядка. Кинетические уравнения для необратимых реакций нулевого, первого и второго порядка. Понятие о периоде полупревращения.

3. Влияние температуры на скорость реакции. Эмпирическое правило Вант-Гоффа. Уравнение Аррениуса, понятие об энергии активации.

4. Общие принципы катализа. Положительный и отрицательный катализ. Специфичность и селективность катализатора. Гомогенный и гетерогенный катализ. Носители и промоторы. Отравление катализатора. Автокатализ. Особенности ферментативного катализа.