Изучение кинетики иодирования ацетона

БОЛЬШАЯ ЛЕНИНГРАДСКАЯ БИБЛИОТЕКА - РЕФЕРАТЫ - Изучение кинетики иодирования ацетона

Изучение кинетики иодирования ацетона

Федеральное агентство по образованию государственное образовательное

учреждение высшего профессионального образования

Нижегородский Государственный Технический Университет

Дзержинский политехнический институт

Кафедра “Биотехнология, физическая и аналитическая химия”

Кинетика гомогенных химических реакций

ОТЧЕТ

к лабораторной работе по дисциплине “Физическая химия”

“Изучение кинетики иодирования ацетона”

Вариант 10

Преподаватель:

Шишулина А.В.

Студент:

Коробков Д.А.

группа 06-ХТПЭУМ

Дзержинск, 2008 г.

Задание

Исследовать кинетику йодирования ацетона.

Условия опыта:

ºC

Определить частный порядок по йоду, временной и по начальным скоростям.  Данные опытов обработать интегральным уравнением и сделать заключение об общем порядке реакции:

Цель работы

Определить частные и общий порядок реакции, рассчитать константы скорости реакции. Сопоставить экспериментально найденное кинетическое уравнением выведенным по заданной совокупности элементарных стадий.

Теоретическая часть

Химическая кинетика – это учение о скорости химической реакции, о факторах, определяющих скорость химической реакции.

Скоростью химической реакции называют изменение количества молей участников реакции в единицу времени в единицы объема.

т.к. , то

Механизм химической реакции – это совокупность стадий, которые определяют данный химический процесс.

Зависимость концентрации от времени называют кинетической кривой

Кинетическое уравнение – это уравнение которое отображает зависимость скорости химической реакции от концентрации участников химической реакции.

где  - частный порядок реакции.

Общий порядок реакции равен сумме частных порядков реакции

Частный порядок – показатель степеней концентраций в кинетическом уравнении.

Основные постулаты химической кинетики:

Скорость простой химической реакции зависит только о концентраций исходных веществ и эта скорость пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ, взятых в степенях равных их стехиометрическим коэффициентам.

Молекулярность реакции – это число молекул, которые должны столкнуться, чтобы произошло взаимодействие. Молекулярность равна сумме стехиометрических количеств веществ.

В кинематическое уравнение входит еще одна величина – константа скорости реакции k.

k зависит от: природы реагирующих веществ, температуры, давления, среды, наличия катализатора.

k не зависит от концентрации реагирующих веществ.

Физический смысл константы скорости реакции: k есть скорость химической реакции когда концентрации участников реакции равны единице.

Дифференциальные методы определения частного порядка по данному веществу

1.      Определение частного порядка  по какому-либо веществу по начальным скоростям реакции

Кинетическое уравнение в начальный момент времени будет иметь вид:

Начальные концентрации соляной кислоты и ацетона остаются неизменными, поэтому внесем их в константу скорости и получим:

Логарифмируя это уравнение получим:

 находим из графика

 нам известна из задания, она равна 0.01; 0.015; 0.02

Строим зависимость .Тангенс угла наклона будет порядком реакции по йоду.

2.      Определение частного порядка по реагенту, когда его начальная концентрация намного меньше концентрации других веществ

Концентрация йода заметно меньше концентрации других участников реакции, поэтому можно считать концентрации ацетона и соляной кислоты постоянными:

, тогда

Логарифмируя получим

 определи по графику

Строим зависимость .Тангенс угла наклона будет частным порядком реакции q.

Экспериментальная часть

В две мерные колбы на 50 мл помещаем растворы HCl (10 мл) и 11.6 мл I2, в другую 10 мл ацетона (Во втором и третьем опыте в колбу помещаем 17,4 и 23 мл раствора J2).

Затем содержимое колб быстро и одновременно сливаем в термостатируемый реактор. В момент, когда сольется примерно половина объема колб включают секундомер фиксируя начало реакции.

Пипеткой на 10 мл отбираем пробы и переносим их в заранее приготовленные колбы для титрования, содержащие 10 мл раствора .

Взятые пробы титруем раствором тиосульфата натрия в присутствии крахмала.

Текущую концентрацию йода определяем по формуле:

, где

- текущая концентрация йода,

- текущая концентрация раствора ,

=0.01724

- объем тиосульфата натрия, пошедший на титрование пробы, мл

объем пробы равен 10 мл.

Экспериментальные данные заносим в таблицы:

ºC                                               табл. 1

                                                                             табл. 2

                                 ºC                                                           табл. 3

По табл. 1, 2, 3 строим графики зависимости

1-й график

Из графиков зависимости  находим начальные скорости W0  и средние скорости Wср.

                                                                                                                 табл. 4

                                                                                                             табл. 5

По табл. 4 строим график зависимости

2-й график

По графику находим частный порядок по йоду q, т.к. º, то º= 0. Следовательно, q=0, т.е. частный порядок по йоду равен нулю. По табл. 5 строим график зависимости

3-й

По графику находим частный порядок по йоду q. Т.к. угол наклона прямой , то . Следовательно, q = 0, т.е. частный порядок по йоду равен нулю. Определим общий порядок реакции с помощью интегрального метода. Предположим что общий порядок реакции равен 2.

концентрация катализатора

текущая концентрация продукта реакции

текущие концентрации реагентов

текущая концентрация катализатора для автокаталитической реакции

Дифференциальная форма кинетического уравнения второго порядка может иметь вид:

Т.к. порядок по йоду равен нулю, то

После интегрирования и установления значения постоянной интегрирования из граничных условий (z = 0) получаем:

  (1)

Анаморфоза кинетической кривой представляет прямую линию в координатах

, tg угла наклона которой равен

Подставляем данные первого опыта в уравнение (1), получим

1) 

2)

3)

4)

5)                 Кср = 4.27 ∙ 10-5 моль/(л ∙ с)

6)

7)

8)

9)

Значения констант получились примерно одинаковые, следовательно, предположение, что кинетическое уравнение реакции второго порядка верно.

Определим константу скорости с помощью анаморфозы кинетической кривой. Составляем таблицу значений 

                                                                                                   табл. 6

По данным табл. 6 строим график зависимости

4-й

                    k = 4.15 ∙ 10–5 моль/(л ∙ с)

Вывод

Методом начальных скоростей и временным методом определили частный порядок по йоду, он оказался равным нулю. По интегральному методу определён общий порядок реакции, он равен двум. Также определили константу скорости реакции К = 4.15 ∙ 10-5 моль/(л ∙ с). Результаты

лабораторной работы подтвердили, что экспериментальные и теоретические данные об общем порядке реакции совпадают.  

Список используемой литературы:

1.      Кинетика гомогенных химических реакций: Метод. указания к лабораторным работам по дисциплине «Физическая химия» / Сост.: Е.В. Скоробогатова и др. Нижний Новгород, 2003.--35 с.

2.      Лекционный материал: Н.Ф. Акимкина

3.      Физическая химия: Учеб. для хим.-технол. спец. вузов/Под ред. А.Г. Стромберга.– 2-е изд., перераб. и доп.– М.: Высш. шк., 1988.– 496 с.: ил.