II. Изучение скорости разложения пероксида водорода газометрическим методом

Распад пероксида водорода в водном растворе Н₂О₂ = = Н₂О + О₂ – пример гомогенной каталитической реакции, ускоряемый ионамиCrО₄^2–_, Cr₂О₇^2–_, WО₄^2–_, МоО₄^2–_, Fe²⁺_, Fe³⁺и др. Указанные ионы образуют с пероксидом водорода промежуточные соединения, которые распадаются с выделением кислорода; последним процессом определяется кинетика всей реакции. В ряде случаев удалось выделить промежуточные продукты гомогенного каталитического распада пероксида водорода, разлагаемые по мономолекулярному или бимолекулярному путям. Так, при катализе ионом CrО₄^2–могут образоваться активные промежуточные формы CrО₆^2–и CrО₅^2–. Порядок реакции увеличивается с ростом температуры.

CrО₆^2– = CrО₄^2– + О₂ мономолекулярный распад.

2CrО₅^2– = 2 CrО₄^2– + О₂ бимолекулярный распад.

В реакционный сосуд 1 налейте 8 мл раствора катализатора 0,25н К₂СrO₄ и поместите его в термостат 4 (рис.4.5). Уровень воды в бюретке 2 установите на нулевом делении или около него. Проверьте прибор на герметичность. После 10 мин. термостатирования при заданной температуре в реакционный сосуд прилейте 0,5 мл Н₂О₂ (20%). Раствор перемешайте встряхиванием, реакционный сосуд закройте пробкой и поставьте в термостат. Кран вверху бюретки держите открытым около 1 мин (для вытеснения воздуха), затем его закройте. Установите одинаковые уровни воды в бюретке и уравнительном сосуде 3, чтобы привести давление в приборе к атмосферному.

Рис.4.5. Схема установки для изучения скорости

разложения H₂O₂ газометрическим методом

Запишите уровень воды в бюретке и отметьте время. Далее отмечайте время от начала реакции, за которое вытесняется 1 мл воды в бюретке, приводя давление в приборе к атмосферному при каждом измерении. Данные занесите в таблицу.

Уравнение реакции Н₂О₂ = Н₂О + 1/2 О₂

Температура опыта _________________

Катализатор _______________________

№ изм.

Время от начала реакции в с. │ в мин.

Объем выделившегося газа, V t

V¥ – V t

lg(V¥ – V t)

Включите водяную баню. После двенадцати-четырнадцати замеров реакционный сосуд поместите в нее и держите до полного разложения Н₂О₂. Далее реакционный сосуд перенесите в термостат, выдержите в нем несколько минут для охлаждения до температуры термостата и при равенстве уровней воды в бюретке и уравнительном сосуде замерьте уровень воды в бюретке и запишите в таблицу.

1. По опытным данным постройте график зависимости логарифма разности объемов кислорода от времени

lg(V_¥ – V_t ) = f(t),

где V_¥– объем кислорода, выделившегося при полном разложении Н₂О₂ (определяется как разность уровней в бюретке в момент, принятый за начало реакции, и после кипячения Н₂О₂ до полного разложения).

На оси абсцисс откладывайте время в минутах. Сделайте вывод о порядке реакции.

2. Произведите расчет величины константы скорости реакции графически по

и по кинетическому уравнению реакции первого порядка, где концентрации заменяются величинами им пропорциональными, т.е. разностью объемов кислорода при tв районе 6‑го – 7-го измерений (если реакция 1 порядка)

.

3. Зная константу скорости, вычислите энергию активации в Дж·моль^–1 по уравнению

, R = 8,314 Дж·К^–1·моль^–1.

Значения k₂ и T₂ спросите у преподавателя.

4. Рассчитайте предэкспоненциальный фактор из уравнения Аррениуса:

или .

Работа должна содержать график lg(V_¥ – V_t) =f (t), подробные расчеты k, E_a, А.