How do you prepare diluted solutions of sodium thiosulfate for the concentration dependence experiment?

Use a volumetric pipette to measure the required volume of 0.2 M sodium thiosulfate stock solution and dispense it into a volumetric flask. Fill the flask with deionized water to the mark, seal with plastic paraffin film, and invert several times to thoroughly mix. This dilution procedure ensures accurate target concentrations ranging from 0.05 M to 0.2 M for each trial.

Why is measuring the time to solution opacity used to track reaction progress?

The reaction produces solid sulfur that creates visible cloudiness in the initially clear, colorless solution. Since each trial uses the same test tube and total volume, it takes the same amount of sulfur to make the solution completely opaque. By timing when the X mark disappears, you measure how fast sulfur is produced, which directly reflects the reaction rate.

What does the relationship between sodium thiosulfate concentration and reaction time reveal about reaction order?

When sodium thiosulfate concentration doubles, the time to opacity is halved, indicating the reaction rate doubles proportionally. When concentration increases by a factor of four, the reaction rate also increases by a factor of four. This one-to-one relationship demonstrates that the reaction is first order with respect to sodium thiosulfate.

How does HCl concentration affect the rate of the sulfur precipitation reaction?

Reaction times remain nearly identical across trials with different HCl concentrations, from 1.5 M to 6.0 M. This lack of variation indicates that HCl concentration has no effect on the reaction rate, meaning the reaction is zeroth order with respect to HCl. The rate depends only on sodium thiosulfate concentration.

What precautions are necessary when handling the reactants and products in this experiment?

HCl is toxic and highly corrosive, requiring a lab coat, splash-proof safety glasses, and nitrile gloves. Sulfur dioxide, a gaseous product, is also toxic and must be allowed to escape harmlessly by leaving reaction waste in the fume hood overnight. Always work in a fume hood and neutralize waste with baking soda before disposal.

Why are benchmark trials performed before varying reactant concentrations?

Benchmark trials ensure that reactions occur at consistent room temperature and establish reproducible baseline measurements. Two benchmark trials must be within 3-5 seconds of each other to confirm experimental reliability. This consistency validates that subsequent variations in concentration, not temperature fluctuations, cause observed changes in reaction time.

How do you calculate the overall reaction order from individual reactant orders?

Add the reaction orders of all reactants to determine the overall reaction order. Since sodium thiosulfate is first order and HCl is zeroth order, the overall reaction order is one. This sum represents the total dependence of the reaction rate on all reactant concentrations combined.

Dépendance à la concentration

Notions Préparation de l'instructeur Protocole étudiant

0 vues04:37 min

La mesure de la vitesse à laquelle une réaction se déroule s’appelle la vitesse de réaction. Pour une réaction en une seule étape, la vitesse est égale à la variation de la concentration de chaque réactif ou produit au fil du temps multipliée par l’inverse du coefficient stœchiométrique correspondant. Vous pouvez considérer la variation de la concentration au fil du temps comme la concentration à l’instant t moins la concentration de départ divisée par t. Les vitesses de réaction sont toujours positives, de sorte que les expressions des réactifs ont des signes négatifs. Ces taux peuvent ne pas être égaux dans les réactions en plusieurs étapes, mais nous pouvons toujours utiliser cette relation comme estimation de la réaction globale.

La loi de vitesse, ou équation de vitesse, décrit la relation entre la vitesse de la réaction et les concentrations de réactifs. Dans cette équation, k est la constante de vitesse, A et B sont les deux réactifs, et m et n sont leurs ordres de réaction respectifs. L’ordre de réaction décrit la relation entre la concentration d’un réactif et la vitesse et n’est pas lié à la stœchiométrie. Il est essentiel de se rappeler que l’ordre de réaction n’est pas le même que le coefficient du réactif dans l’équation équilibrée.

Lorsqu’une réaction implique deux réactifs ou plus, nous devons considérer l’ordre de réaction de chaque réactif. L'ordre de réaction global est égal à la somme des ordres de réaction des réactifs. Par exemple, si le réactif A est de premier ordre et le réactif B est d’ordre zéro, l’ordre global de la réaction est un. Les ordres de réaction les plus courants dans les réactions simples sont l’ordre zéro, le premier ordre et le second ordre. Parcourons-les en utilisant une réaction unimoléculaire comme exemple.

Si la réaction est d’ordre zéro, la concentration du réactif n’a aucun effet sur la vitesse de réaction. Ainsi, la vitesse de réaction est égale à k, la constante de vitesse. Un graphique de la vitesse de réaction par rapport à la concentration est une ligne horizontale.

Dans les relations de premier ordre, la concentration du réactif est linéairement liée à la vitesse de réaction. Ainsi, le taux est égal à la constante de vitesse multipliée par la concentration du réactif. Un graphique de la vitesse de réaction par rapport à la concentration sera linéaire, avec k comme pente.

Si la réaction est de second ordre, il existe une relation quadratique entre la concentration et la vitesse. Ainsi, le taux est égal à la constante de vitesse multipliée par la concentration au carré. Un graphique du taux par rapport à la concentration sera parabolique, avec k comme pente.

La constante de vitesse, k, est une valeur dépendante de la température qui relie l’énergie d’activation de la réaction à la vitesse de réaction. Vous explorerez cela dans la prochaine expérience de laboratoire.

Les vitesses de réaction sont généralement indiquées en moles par litre par seconde. La vitesse a les mêmes unités, quel que soit l’ordre de réaction. Ainsi, la constante de vitesse a des unités différentes, en fonction de l’ordre de réaction. Par exemple, si A est de premier ordre et B est d’ordre zéro, alors nous avons une instance de moles par litre dans l’équation du taux. Par conséquent, la constante de vitesse doit être exprimée en secondes inverses.

Alors, comment détermine-t-on l’ordre de réaction ? L’ordre de réaction doit être déterminé expérimentalement à l’aide d’une série de tests. Si vous avez deux réactifs, une méthode consiste à maintenir la concentration d’un réactif constante, à faire varier l’autre et à chronométrer le temps nécessaire pour fabriquer une certaine quantité de produit. Le même processus est répété pour le deuxième réactif. Vous pouvez ensuite estimer l'ordre de chaque réactif en traçant la vitesse en fonction de la concentration variable des réactifs et en voyant s'il ressemble à un graphique de zéro, de premier ou de second ordre. La correspondance de vos données avec l’équation de taux correspondante vous permettra également de calculer k.

Dans cet atelier, vous allez déterminer l’ordre de réaction de deux réactifs en faisant varier leurs concentrations et en chronométrant le temps nécessaire à la réaction pour rendre la solution opaque.

Print Procedure Steps

Source : Smaa Koraym de l’Université Johns Hopkins, MD, États-Unis

Concentration Dependence
Dans cette expérience, vous combinerez des concentrations variables de HCl aqueux et de thiosulfate de sodium pour produire du soufre solide, qui s’accumule rapidement en particules jaunes opaques à une certaine concentration de soufre. Étant donné que la solution réactionnelle commence claire et incolore, vous pouvez facilement dire quand elle atteint cette concentration.

Vous utiliserez le même tube à essai et le même volume total à chaque fois, il faudra donc la même quantité de soufre pour rendre chaque solution complètement opaque. Ainsi, vous mesurerez la progression de la réaction en chronométrant le temps que cela prend. Vous allez ensuite utiliser ces données pour estimer l'ordre de réaction des réactifs individuels et de la réaction globale.

Avant de commencer le laboratoire, dressez un tableau indiquant les concentrations de réactifs, le temps jusqu’à l’opacité de la solution et la température de la solution pour les essais.

Tableau 1 : Progression de la réaction

procès [Na₂S₂O₃] (M) [HCl] (M) Temps(s) Température (°C)
1 0.1 M 3.0 M
2 0.1 M 3.0 M
3 0.2 M 3.0 M
4 0.15 M 3.0 M
5 0.05 M 3.0 M
6 0.1 M 6.0 M
7 0.1 M 4.5 M
8 0.1 M 1.5 M

Cliquez ici pour télécharger le Tableau 1

Nous voulons nous assurer que les réactions ont toutes lieu à température ambiante. Vous effectuerez deux essais de référence, trois essais avec des concentrations différentes de thiosulfate de sodium et trois essais avec des concentrations différentes de HCl. Vous varierez les concentrations en diluant des solutions mères de thiosulfate de sodium et de HCl, comme indiqué dans les tableaux suivants.

Tableau 2 : Dilutions du thiosulfate de sodium

Concentration cible Volume de 0,2 M de thiosulfate de sodium Volume d’eau DI
0.05 M 5 mL 15 mL
0.10 M 10 mL 10 mL
0.15 M 15 mL 5 mL
0.20 M 20 mL 0 mL

Cliquez ici pour télécharger le Tableau 2

Tableau 3 : Dilutions du HCl

Concentration cible Volume de 6,0 M HCl Volume d’eau DI
1.5 M 2.5 mL 7.5 mL
3.0 M 5.0 mL 5.0 mL
4.5 M 7.5 mL 2.5 mL
6.0 M 10 mL 0 mL

Cliquez ici pour télécharger le Tableau 3

N’oubliez pas de faire preuve de prudence lors de la manipulation du HCl, qui est toxique et très corrosif. Le dioxyde de soufre, qui est un produit gazeux de cette réaction, est également toxique. Vous laisserez les déchets de réaction dans la hotte pendant la nuit pour permettre au dioxyde de soufre de s’échapper sans danger.
- Tout d’abord, enfilez une blouse de laboratoire, des lunettes de sécurité anti-éclaboussures et des gants en nitrile.
- Remplissez une bouteille de lavage en plastique avec de l’eau déminéralisée et procurez-vous un tube à essai marqué d’un X.
- Fixez le tube à essai au centre d’une petite plaque d’agitation. L’étiquette doit être du côté opposé à vous. Assurez-vous que vous pouvez clairement voir le X. Placez une petite barre d’agitation magnétique dans le tube à essai.
- Utilisez une pince de thermomètre pour fixer un thermomètre en verre dans le tiers inférieur du tube, en le gardant à l’écart du X et de la barre d’agitation.
- Découpez une feuille d’environ 20 carrés de film de paraffine plastique à partir d’un rouleau et ramenez-la dans votre capuche.
- Placez des serviettes en papier dans la hotte comme surface propre pour que le matériel de laboratoire puisse être réutilisé.
- Étiquetez un bécher de 600 mL comme 'déchet' pour la réaction, un bécher de 100 mL comme '0,2 M de thiosulfate de sodium' et un bécher de 50 mL comme '6 M HCl'.
- Remplissez le bécher de 100 ml avec 0,2 M de thiosulfate de sodium provenant du flacon d’origine dans le capot de distribution.
- Après cela, apportez le bécher de 50 ml et un verre de montre à la hotte de distribution d’acide pour obtenir 50 ml de HCl de 6 M. Couvrez le bécher rempli avec le verre de la montre et ramenez votre portion de HCl dans votre hotte.
- Préparez 20 ml de thiosulfate de sodium 0,1 M pour le premier essai de référence. À l’aide d’une pipette jaugée de 10 mL, mesurer 10 mL de thiosulfate de sodium 0,2 M et le distribuer dans une fiole jaugée de 20 mL. Remplissez la fiole jaugée de 20 mL avec de l’eau déminéralisée jusqu’à la marque.
- Ensuite, découpez un carré de film de paraffine plastique, fermez le flacon et retournez-le plusieurs fois pour bien mélanger la solution.
- Retirez le film et versez la solution dans le tube à essai.
- Préparez 10 mL de HCl 3 M. Pipetez 5 mL de HCl 6 M dans un cylindre gradué de 10 mL. Ajouter de l’eau déminéralisée pour remplir le cylindre gradué jusqu’à la conduite de 10 ml.
- Scellez le haut du cylindre gradué avec un film de paraffine plastique et mélangez soigneusement la solution HCl en la retournant plusieurs fois.
- Maintenant, démarrez le moteur d’agitation et récupère un chronomètre de réinitialisation. Vérifiez que vous pouvez voir le X à travers la solution dans le tube à essai.
- Démarrez simultanément le chronomètre et versez le HCl de 3 M dans le tube à essai.
- Observez le X à travers la solution, qui commencera à devenir trouble lorsque suffisamment de soufre aura été produit pour le saturer. Arrêtez le chronomètre exactement au moment où la solution devient si opaque que le X disparaît.
- Enregistrez l’heure dans votre cahier de laboratoire pour l’essai de référence 1, puis réinitialisez le chronomètre. Notez également la température de la solution.
- Maintenant, éteignez le moteur d’agitation, retirez le thermomètre et rincez-le à l’eau désionisée dans le bécher à déchets.
- Ensuite, videz le tube à essai dans le bécher à déchets, récupérez la barre d’agitation avec de longues pinces, et rincez le tube à essai et la barre d’agitation avec de l’eau déminéralisée.
- Nettoyez soigneusement le tube à essai avec une brosse à tube à essai. Rincez brièvement le ballon jaugé et le cylindre gradué avec de l’eau désionisée également. Séchez le tout avec du papier absorbant.
- Répétez l’essai exactement de la même manière pour le deuxième temps de référence. Si le temps n’est pas dans les 3 à 5 s du premier essai, répétez l’essai de référence jusqu’à ce que vous ayez deux essais cohérents.
- Suivez la même procédure globale pour chaque essai suivant, en changeant les dilutions comme indiqué dans votre tableau et en nettoyant votre verrerie entre chaque essai. Utiliser une pipette volumétrique de 5 mL au besoin pour mesurer la solution mère de thiosulfate de sodium dans les essais quatre et cinq.
- Une fois que vous avez effectué les huit essais, rincez une dernière fois votre verrerie et vos outils et neutralisez les déchets de réaction avec du bicarbonate de soude. Soyez prudent car le dioxyde de soufre est l’un des produits de réaction.
- Transférez les déchets de réaction neutralisés dans le conteneur de déchets désigné. Ensuite, versez toute solution de thiosulfate de sodium restante dans son récipient à déchets étiqueté et rincez le bécher avec de l’eau déminéralisée.
- Neutralisez tout HCl restant avec du bicarbonate de soude avant de le jeter dans les égouts avec de l’eau du robinet.
- Enfin, nettoyez et rangez votre matériel de laboratoire selon vos pratiques habituelles et jetez tous les déchets restants dans votre hotte. Votre instructeur éliminera les déchets de réaction plus tard.
Results

Browse More Videos

Ordre de r action

thiosulfate de sodium

acide chlorhydrique

proc dure de dilution

cin tique r actionnelle

pr cipitation du soufre

mesure du temps

opacit de la solution

essais de r f rence

Essai	[Na₂S₂O₃] ajouté	Na₂S₂O₃ volume (mL)	Volume total (mL)	[Na₂S₂O₃] en mélange	Heure(s)	Temps inverse (^s-1)
1, 2	0.1
3	0.2
4	0.15
5	0.05

Essai	[HCl] ajouté	volume HCl (mL)	Volume total (mL)	[HCl] en mélange	Heure(s)
1, 2	0.1
3	0.2
4	0.15
5	0.05

Dépendance à la concentration

Tableau 1 : Progression de la réaction

Tableau 2 : Dilutions du thiosulfate de sodium

Tableau 3 : Dilutions du HCl

Tableau 4 : Estimation de l’ordre de réaction du thiosulfate de sodium

Tableau 5 : Estimation de l’ordre de réaction HCl

Browse More Videos

procès	[Na₂S₂O₃] (M)	[HCl] (M)	Temps(s)	Température (°C)
1	0.1 M	3.0 M
2	0.1 M	3.0 M
3	0.2 M	3.0 M
4	0.15 M	3.0 M
5	0.05 M	3.0 M
6	0.1 M	6.0 M
7	0.1 M	4.5 M
8	0.1 M	1.5 M

Concentration cible	Volume de 0,2 M de thiosulfate de sodium	Volume d’eau DI
0.05 M	5 mL	15 mL
0.10 M	10 mL	10 mL
0.15 M	15 mL	5 mL
0.20 M	20 mL	0 mL

Concentration cible	Volume de 6,0 M HCl	Volume d’eau DI
1.5 M	2.5 mL	7.5 mL
3.0 M	5.0 mL	5.0 mL
4.5 M	7.5 mL	2.5 mL
6.0 M	10 mL	0 mL