Опыт 4. Автокаталитическая реакция перманганата калия с щавелевой кислотой

💸 Как сделать бизнес проще, а карман толще?

Тот, кто работает в сфере услуг, знает — без ведения записи клиентов никуда. Мало того, что нужно видеть свое раписание, но и напоминать клиентам о визитах тоже. Проблема в том, что средняя цена по рынку за такой сервис — 800 руб/мес или почти 15 000 руб за год. И это минимальный функционал. Нашли самый бюджетный и оптимальный вариант: сервис VisitTime.
⚡️ Для новых пользователей первый месяц бесплатно. А далее 290 руб/мес, это в 3 раза дешевле аналогов. За эту цену доступен весь функционал: напоминание о визитах, чаевые, предоплаты, общение с клиентами, переносы записей и так далее.
✅ Уйма гибких настроек, которые помогут вам зарабатывать больше и забыть про чувство «что-то мне нужно было сделать».
Сомневаетесь? нажмите на текст, запустите чат-бота и убедитесь во всем сами!

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

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

Затем ионы Mn ^{3 +} быстро взаимодействуют с щавелевой кислотой:

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.

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.

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:

4. Сделайте вывод относительно эффективности действия ионов двухвалентного марганца.

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.

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:

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:

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 Е _А = 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)

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

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?

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

AВ ^¹ - переходное состояние некаталитической реакции;

АК ^¹, AВK ^¹ - переходные состояния каталитической реакции;