Студопедия

Главная страница Случайная страница

КАТЕГОРИИ:

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника






Опыт 4. Автокаталитическая реакция перманганата калия с щавелевой кислотой




Эта реакция выражается следующим уравнением:

2 KMnO 4 + 5 H 2 C 2 O 4 + 3 H 2 SO 4 = 2 MnSO 4 + K 2 SO 4 + 10 CO 2 + 8 H 2 O

или в ионной форме

2 MnO4 - + 5 H2C2O 4 + 6 H + = 2 Mn 2 + + 10 CO 2 + 8 H 2 O.

Реакция протекает очень медленно. По мере увеличения концентрации ионов Mn 2 + увеличивается скорость их взаимодействия с ионами MnO4 с образованием Mn 3 +:

MnO4 - + 4 Mn 2 + + 8 H + = 5 Mn 3 + + 4 H 2 O.

Затем ионы Mn 3 + быстро взаимодействуют с щавелевой кислотой:

H2C2O4 + 2 Mn 3 + = 2 Mn 2 + + 2CO 2 + 2 H +.

При этом ион Mn 3 + вновь переходит в ион Mn 2 +, поэтому, если в реакционную смесь сразу добавить ионы Mn 2 +, скорость реакции резко увеличивается. Таким образом реакция перманганата калия с щавелевой кислотой является автокаталитической.

Проведение опыта

1. В каждую из двух пробирок налейте по 1 мл 0,02 М раствора перманганата калия и 0,1 М раствора щавелевой кислоты.

2. Прибавьте в каждую пробирку по пять капель 2 М раствора серной кислоты для создания достаточной кислотности.

3. Одну пробирку оставьте для сравнения, а в другую добавьте 3 капли 0,1 М раствора соли двухвалентного марганца (MnCl 2 или MnSO 4) и включите секундомер.

4. Отметьте время, через которое обесцветились растворы в первой и во второй пробирках.

Обработка результатов

1. Результаты измерений, расчетов и выводы занесите в табл. 4.

2. Отметьте цвета растворов в начале реакции и после ее завершения.

3. Вычислите условную скорость реакции по формуле:

где t - время протекания реакции.

4. Сделайте вывод относительно эффективности действия ионов двухвалентного марганца.

Таблица 4

Наличие катализатора Время протекания реакции t, с Условная скорость реакции r i = 1000 / t i Наблюдения и выводы
отсутствует      
MnCl2 или MnSO 4    

Контрольные вопросы и задачи для защиты лабораторной работы

Задачи 1 – 4. Энергия активации реакции разложения пероксида водорода в водной среде при температуре 22 0 С равна 75,6 кДж / моль. При применении данного катализатора энергия активации уменьшается до указанного значения. Оцените, во сколько раз увеличивается константа скорости каталитической реакции при 22 0 С, если предположить, что предэкспоненциальные множители каталитической и некаталитической реакций равны.

 

№ задачи Катализатор Энергия активации, кДж/моль
Fe 2 +
I - 56,5
Pt
Каталаза (фермент)

5. Оцените, во сколько раз скорость реакции разложения пероксида водорода, катализируемой ферментом каталаза, больше при 22 0 С чем скорость той же реакции, катализируемой ионами Fe 2 +. Для решения воспользуйтесь данными для задач 1 и 4. Предэкспоненциальные множители реакций равны.



6. Некаталитическое разложение ацетальдегида при 800 К по уравнению:

CH 3 CHO = CH 4 + CO

имеет энергию активации Е 1 = 190,4 кДж / моль. Применение иода в качестве катализатора уменьшает энергию активации до значения Е 2 = 136,0 кДж / моль. Оцените температуру, при которой скорость некаталитической реакции станет равна скорости каталитической реакции при температуре Т = 800 К, если предположить, что предэкспоненциальные множители каталитической и некаталитической реакций равны.

7. Реакция разложения ацетальдегида в газовой фазе:

СН3СОН ® СН4 + СО

имеет энергию активации 190 кДж/моль. При температуре 627 0 С под действием паров йода в качестве катализатора константа скорости увеличивается в 10000 раз. Вычислите энергию активации каталитической реакции, предполагая, что предэкспоненциальные множители каталитической и некаталитической реакций равны.

8. Энергия активации реакции 2 SO2 + O2 = 2 SO3 равна ЕА = 280 кДж / моль. При применении катализатора (V2O5) энергия активации уменьшается до 92 кДж/моль. Оцените, во сколько раз увеличиваются константы скорости некаталитической реакций и каталитической реакций при повышении температуры от 450 0 С до 500 0 С.

9. Скорость реакции термического распада оксида азота (I) 2 N2O = 2 N2 + O2 резко возрастает в присутствии газообразного брома, который является катализатором. Порядок реакции по N2O равен единице. Установлено, что при увеличении концентрации брома в 2,2 раза скорость реакции возрастает в 1,48 раза. Определите порядок реакции по брому и напишите кинетическое уравнение реакции.



10. Предполагают, что реакция разложения муравьиной кислоты (реакция эндотермическая)

НСООН ® СО + Н 2 О

в водном растворе в присутствии ионов водорода протекает по следующему механизму:

1. НСООН + Н + ® (НСООН 2 ) + ,

2. (НСООН 2 ) + ® (НСО ) + + Н 2 О,

3. (НСО ) + ® СО + Н + .

Изобразите (качественно) диаграмму потенциальной энергии для данной каталитической реакции.

11. Реакция разложения в газовой фазе A ® B + D катализируется парами вещества К. Известно, что порядок каталитической реакции по веществу А равен 1. Установлено, что при увеличении концентрации К в 2,8 раза скорость реакции возрастает в 1,67 раза. Определите порядок реакции по веществу К и напишите кинетическое уравнение реакции.

12. Энергия активации реакции разложения пероксида водорода, катализируемой ионами йода I равна Е 1 = 56,5 кДж/моль, а энергия активации той же реакции, катализируемой ионами Fe 2 + равна Е 2 = 42,0 кДж/моль. Определите, константа скорости какой реакции больше и во сколько раз при 22 0 С. Считать, что предэкспоненциальные множители реакций равны.

13. Реакция 2 Н2 + О2 = 2 Н2О на поверхности твердого катализатора CdO при определенных условиях описывается кинетическим уравнением:

.

 

Как изменится скорость реакции при увеличении общего давления в системе в 2 раза?

 

 

           
 
E
   
A , В, K
   
 
 


AK

 
 

 

 


АВК ¹
 

                         
   
E АК
     
     
(AВ) ¹  
 
 
 
 
     
Р
 
 
   
 
 

 


Рис. 1. Энергетическая диаграмма для гомогенной каталитической реакции, протекающей по стадийному механизму: 1 – некаталитическая реакция; 2 – каталитическая реакция.

¹ - переходное состояние некаталитической реакции;

АК ¹, AВK ¹ - переходные состояния каталитической реакции;

АК – промежуточное соединение.

 

 


mylektsii.ru - Мои Лекции - 2015-2019 год. (0.008 сек.)Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав Пожаловаться на материал