Гомогенный катализ диспропорционирования пероксида водорода акваионами железа двухвалентного
Контрольная работа - Химия
Другие контрольные работы по предмету Химия
железа (II) отбирали рассчитанную навеску соли Мора [FeSO4•(NH4)2SO4] •6H2O, далее растворяли ее в 0,2N растворе серной кислоты.
Установка для проведения эксперимента состояла из термостатированной склянки-реактора с инжектором в виде разборной пробки с резиновой мембраной, магнитной мешалки и установки для измерения давления, подключенной к компьютеру. Для поведения эксперимента рассчитанный объем раствора перекиси (и кислоты в опытах с варьированием pH) помещался в реактор и разводился водой у счетом общего объема реакционной смеси 50 мл. Реактор герметично присоединяли к барометрической установке, раствор термостатировали в течение нескольких минут, после чего с помощью шприца в смесь вводился раствор катализатора. Смесь в каждом случае приобретала светло-коричневый цвет за счет частичного окисления железа (II) в железо (III). Далее за экране монитора в графическом виде наблюдали зависимость давления в системе от времени.
Расчеты и результаты
Исходя из предположения, что реакция
H2O2 > H2O + 0,5O2
имеет первый порядок по пероксиду, получаем
где kэфф - эффективная константа скорости реакции,
[H2O2] = a-2x - концентрация пероксида в момент времени t,
a - исходная концентрация пероксида,
x - количестов молей выделившегося кислорода в момент t.
После преобразований и интегрирования получаем:
где x? - количество выделившегося кислорода в конце реакции. Согласно закону Менделеева-Клапейрона, при фиксированных T, V количество газа пропорционально его парциальному давлению в системе, поэтому справедливо
где P? и P - соотвественно парциальное давление кислорода в конечный и текущий момент времени. Строя график в координатах ln(P?/P?-P) - t, находим эффективную константу скорости реакции.
Для нахождения зависимостей эффективной константы от различных параметров, энергии активации реакции, предэкспоненциального фактора и порядков реакции по компонентам проводились серии экспериментов с варьированием одного из параметров: одной из концентраций или температуры. Результаты экспериментов приведены в таблице 1. (См. рис. 1-9 в приложении.)
Таблица 1. Результаты экспериментов
Номер опытаT, oCВарьируемый параметрС (реагентов), Mkэфф, 10-4 M-1c-1H2O2Fe2+(соль Мора)pH125С(H2O2)0,2500,01252,588,642250,1250,01252,589,363250,5000,01252,589,38425C(Fe2+)0,2500,00632,5815,35250,2500,02502,584,15625pH0,2500,01252,214,817250,2500,01251,771,60835T0,1250,01252,5821,59450,2500,01252,5855,1
Из таблицы можно видеть, что все эксперименты были разделены на 4 серии по варьируемому параметру. Из серий экспериментов 1,2,3//1,4,5//1,6,7 путем построения зависимостей вида lg(kэфф) - lg(варьируемая концентрация) были соответственно определены порядки зависимостей константы от концентрации пероксида, железа, pH; из экспериментов 1,8,9 были найдены эффективная энергия активации реакции и ее предэкспоненциальный фактор. Результаты сведены в таблице 2.
Таблица 2. Результаты серий экпериментов
Перечень экспериментов серииВарьируемый параметр серииИскомый параметрНайденное значение1,2,3C(H2O2)Порядок по H2O21,4,5C(Fe2+)Порядок по Fe2+0,941,6,7pHПорядок по pH0,911,8,9TEa72,88 кДж/мольkoэфф5,0•109
Список литературы
гомогенный катализ пероксид водорода
1.Зудин, В.Н., Иванченко, В.А., Коваленко, Г.А., Кузнецова, Л.Л., Рогов, В.А., Соколовский, В.Д., Талзи, Е.П. Практикум по химической кинетике: методическое пособие. // НГУ. Новосибирск. 1999.
.Шамб, У., Сеттерфилд, Ч., Вентворс, Р. Перекись водорода. // ИЛ. Москва. 1958
.Замараев, К.И. Химическая кинетика: курс лекций. // НГУ. Новосибирск. 2004.
Приложение
Рис.1. Эксперимент №1
Рис.2. Эксперимент №2
Рис.3. Эксперимент №3
Рис.4. Эксперимент №4
Рис.5. Эксперимент №5
Рис.6. Эксперимент №6
Рис.7. Эксперимент №7
Рис.8. Эксперимент №8
Рис.9. Эксперимент №9
Рис.10. Нахождение Ea, koэф
Рис. 11. Нахождение порядка по пероксиду
Рис. 12. Нахождение порядка по железу
Рис. 13. Нахождение порядка по протонам