Determinatie van snelheidswetten en de reactieorde

1. Preparing H₂O₂ Dilutions

1. Stock 3% waterstofperoxide heeft een concentratie van 0,882 M. Bereid 5 verdunningen voor, variërend van 0,882 M tot 0,176 M (Tabel 1). Bereid deze oplossingen volumetrisch voor, maar bereid ze op additieve wijze voor omdat de opgeloste stof erg verdund is en de volumes van water opgeteld kunnen worden.
2. Plaats de oplossingen in een waterbad met constante temperatuur of laat ze op het werkblad gelijkmatig worden bij kamertemperatuur. Een temperatuurbereik van 20–25 °C (293–298 K) is goed voor deze reactie.

Tabel 1. H₂O₂ oplossingen die zijn gebruikt.

2. De reactievat voorbereiden

1. Om het volume van het reactievat te bepalen, vul een grote testbuis tot bovenaan met water en steek een rubberen stop met 1 gat in de testbuis totdat deze strak zit en het water uit de zijkant en door de bovenkant wordt geduwd.
2. Verwijder de stop en giet het water in een geschikte cilinder om het exacte volume van het water te bepalen. Dit is het totale volume van het reactievat (testbuis).

3. Zuurstofevolutie meten

1. Vervang het water door 50 mL van de eerste waterstofperoxideoplossing en plaats het terug in het waterbad. Voeg, zodra het geëquilibreerd is, de met platina beklede reactieschijf toe en sluit het systeem af met een stop die is verbonden met een gasdruksensor. Deze schijven worden vaak gebruikt in contactlensreinigingssystemen.
2. Zodra de druksensor is ingesteld om gegevens te verzamelen met 2 punten/s, voer het experiment 120 s uit. De Vernier-gasdruksensor, GPS-BTA, wordt aanbevolen voor dit experiment.
3. Er moeten bellen worden waargenomen terwijl het peroxide wordt afgebroken tot zuurstofgas en water. Laat de druk los, doe de oplossing weg, spoel en vervang de oplossing door de volgende waterstofperoxideoplossing. Herhaal de gasdrukmeting totdat alle oplossingen zijn getest.

4. Gegevensanalyse

1. Breng alle gegevensbestanden van druk versus tijd over naar een spreadsheetprogramma.
2. Bepaling van de initiële snelheid - veronderstel dat de concentratie van waterstofperoxide niet veel is veranderd gedurende de korte tijdsduur van het experiment. De gegevens vertegenwoordigen het initiële lineaire gebied van het kinetiekexperiment.
   1. Bepaal de helling door druk versus tijd uit te plotten en een hellingformule of lineaire regressie te gebruiken. Plot de druk in elke gebruikelijke eenheid.
   2. De helling is de initiële snelheid in eenheden van drukop_O2/s.
3. Bepaling van de reactieorde
   1. Omdat de druk van geëvolueerde O₂ direct evenredig is met de mol opgebroken H₂O₂, geeft het plotten van de ln(beginsnelheid) versus ln[H₂O₂]₀ een helling die gelijk is aan de orde van de reactie. De initiële concentratie van waterstofperoxide, [H₂O₂]₀, is wat in elk van de proeven werd gebruikt.
      1. De vergelijking voor de snelheidswet is . Het nemen van de natuurlijke logaritme (ln) van de vergelijking produceert een lineaire vergelijking , waarbij m, de helling, de orde van de reactie is.

4. Bepaling van de snelheidsconstante, k
   1. Voor elke proef, converteer de snelheid, PO₂/s, in eenheden van atm/s als de snelheid in een andere eenheid is, zoals torr/s.
   2. Omdat er bellen werden geëvolueerd in een waterige oplossing, trek de dampdruk van water van de systeemdruk af voor elke proef. De nieuwe snelheid weerspiegelt alleen de druk vanwege de zuurstofevolutie.
   3. Pas de ideale gaswet toe om de snelheid van atm/s naar mol/s om te rekenen in elke proef.
      1. Herschik PV = nRT naar n = PV/RT. De s^-1 eenheid blijft onveranderd. Het volume is gelijk aan het volume van de testbuis min het volume van de oplossing (50 mL).
   4. Gebruik de uitgebalanceerde chemische reactie om van mol zuurstof geproduceerd naar mol opgebroken waterstofperoxide in elke proef over te gaan.
   5. Deel de mol H₂O₂ door het volume van de oplossing, 0,050 L, om de molariteit van het opgebroken H₂O₂ per seconde, [H₂O<