Влияние катализаторов на скорость химических реакций

3 часа

Цель работы: Изучить влияние катализаторов на скорость химических реакций.

План занятия

1. Сдача теоретического минимума (допуска) к работе.

2. Проведение опытов по влиянию катализаторов на скорость химических реакций.

3. Составление отчета о работе.

Основная литература

1. Зимон А.Д. Физическая химия. Изд. 3-е. М.: Агар, 2006. – с. 192-211.

2. Зимон А.Д. Коллоидная химия. Изд. 5-е. М.: Агар, 2007. – с. 202-209.

Дополнительная литература

1. Болдырев А. И. Физическая и коллоидная химия, - М.: Высшая школа, 2003.

2. Физическая химия. [Учебник]. К. С. Краснов, М. К. Воробьёв, И. Н. Годлеев и др.; под ред. К. С. Краснова. – М.: Высшая школа, 1995.

3. Чанг Р. Физическая химия с приложениями к биологическим системам. – М.: Мир, 1990.

Вопросы для самоподготовки:

1. Что называется скоростью химической реакции? В каких единицах она измеряется?

2. От каких факторов зависит скорость химических реакций?

3. Какие вещества называют катализаторами? Виды катализа.

4. Каков механизм действия катализаторов?

5. Приведите основные свойства катализаторов.

6. Какие вещества называют промоторами? Трегерами?

7. Отрицательный катализ. Что это такое? Где находят применение отрицательные катализаторы?

8. Как влияет на скорость химической реакции одновременное присутствие двух катализаторов?

Краткие методические рекомендации

Опыты готовятся и проводятся тщательно. Вся используемая посуда должна быть отмыта содовым раствором или хромовой смесью, т.к. катализаторы проявляют своё действие при малых концентрациях. После каждого опыта колбы тщательно ополаскиваются 2-3 раза небольшим количеством дистиллированной воды. Титрование растворов тиосульфатом натрия следует проводить по возможности быстро, избегая случайного нагревания колбы. Отсчёт времени делать на часах или с помощью секундомера.

Принадлежности для работы. Три конических плоскодонных колбы на 250 мл; 1 колба на 500 мл; бюретка с делениями для титрования на 25 мл, пипетка на 10 мл; мерный цилиндр на 25 или 100 мл;

Раствор (NH₄)₂S₂O₈ или K₂S₂O₈- 0,1 М;

Раствор Na₂S₂O₃ - 0,1 М;

Раствор KI – 0,2 М

Раствор H₂SO₄ 0,025 М

Раствор CuSO₄ 0,0005 М

Раствор FeSO₄ 0,0005 М

Раствор крахмала (0,5%) свежеприготовленный.

Каталитическое влияние ионов меди и железа на скорость окисления HI персульфатом аммония.

Ход работы

Если все реактивы приготовлены заранее и находятся в лаборатории не мене двух суток, то их можно не помещать в термостат. Однако следует избегать случайного нагревания рабочих растворов, т.е. не ставить колбы вблизи нагревательных приборов и не подогревать колбы руками.

В ведро со снегом или битым льдом помещают колбы на 500 мл с дистиллированной водой на 30 минут, чтобы вода стала ледяной, т.е. имела температуру около нуля. Сделать это лучше заранее, в начале занятия, чтобы избежать потерь времени.

Опыт 1. В коническую колбу на 250 мл последовательно вносят: 50 мл H₂O+25 мл K₂S₂O₈+25 мл H₂SO₄+25 мл KI. все растворы вносят именно в такой последовательности и по возможности быстро. Содержимое колбы перемешивают. При этом имеют место реакции:

KI+ H₂SO₄=KHSO₄+HI

2HI+ K₂S₂O₈=2KHSO₄+I₂

Реакция окисления HI протекает медленно. Скорость этой реакции измеряют по количеству йода, выделяющегося в единицу времени, или по промежутку времени от момента смешивания растворов до начала выделения йода. Отсчёт времени начинают с момента приливания раствора KI.

Через 5, 10 и 15 минут (время по часам) после начала опыта из колбы со смесью отбирают пипеткой по 10 мл смеси и переносят в другую коническую колбу для титрования, куда предварительно вносят 50 мл ледяной воды для прекращения реакции. Содержимое колбы титруют из бюретки 0,1Н раствором Na₂S₂O₃ в присутствии 3-5 капель раствора крахмала до исчезновения синей окраски. При этом протекает реакция:

I₂+ Na₂S₂O₃=2NaI+Na₂S₄O₆

Записывают объём Na₂S₂O₃, пошедший на титрование смеси через 5, 10 и 15 минут. Титровать следует быстро, избегая случайного подогревания колбы с титруемой смесью.

Опыт 2. Влияние ионов меди на скорость окисления HI персульфатом калия.

Готовят смесь как в опыте (1), но с добавлением катализатора (CuSO₄), т.е.:

50 мл H₂O+25 мл K₂S₂O₈+25 мл H₂SO₄+25 мл KI+25 мл CuSO₄. Содержимое колбы перемешивают и отбирают пробы для титрования по 10 мл через 3,5 и 7 минут Записывают объёмы Na₂S₂O₃, пошедшие на титрование в этом случае и делают вывод о влиянии ионов меди на скорость реакции.

Опыт 3. Влияние ионов железа на скорость окисления HI персульфатом калия.

Готовят смесь как в опыте (2), но вместо CuSO₄ добавляют раствор FeSO₄ , т.е. берут:

50 мл H₂O+25 мл K₂S₂O₈+25 мл H₂SO₄+25 мл KI+25 мл FeSO₄. Смесь перемешивают и через 1, 2 и3 минуты отбирают пипеткой пробы ля титрования Na₂S₂O₃. Записывают объём Na₂S₂O₃, пошедший на титрование и делают вывод о влиянии ионов железа на скорость реакции

Опыт 4. Влияние смеси катализаторов на скорость химической реакции.

Готовят реакционную смесь как в опыте (1) и добавляют к ней растворы двух катализаторов, т.е. берут:

50 мл H₂O+25 мл K₂S₂O₈+25 мл H₂SO₄+25 мл KI+25 мл CuSO₄+ 25 мл FeSO₄. Содержимое колбы перемешивают и через 1, 2 и 3 минуты отбирают про 10 мл смеси для титрования Na₂S₂O₃. Записывают объёмы тиосульфата натрия, пошедшие на титрование и делают вывод о влиянии смеси катализаторов на скорость реакции.