Determinação das Leis de Velocidade e da Ordem de Reação

1. Preparação de H₂O₂ Diluições

1. Estoque 3% de peróxido de hidrogênio tem uma concentração de 0,882 M. Prepare 5 diluições que variam de 0,882 M a 0,176 M(Tabela 1). Prepare essas soluções volumosamente, mas prepare-as aditivamente, pois o soluto é muito diluído e os volumes de água são aditivos.
2. Coloque as soluções em um banho de água de temperatura constante ou deixe-as na parte superior do banco para equilibrar à temperatura ambiente. Uma faixa de temperatura de 20-25 °C (293-298 K) é boa para esta reação.

Mesa 1. Soluções H₂O₂ utilizadas.

2. Preparando o vaso de reação

1. Para determinar o volume do vaso de reação, encha um grande tubo de ensaio até o topo com água e insira uma rolha de borracha de 1 orifício no tubo de ensaio até que a água e a água empurrem para fora os lados e através da parte superior.
2. Retire a rolha e despeje a água em um cilindro graduado para determinar o volume exato da água. Este é o volume total do vaso de reação (tubo de ensaio).

3. Medindo a evolução do oxigênio

1. Substitua a água por 50 mL da primeira solução de peróxido de hidrogênio e coloque-a de volta no banho de água. Uma vez equilibrado, adicione o disco de reação revestido de platina e sele o sistema com uma rolha conectada a um sensor de pressão de gás. Esses discos são comumente usados em sistemas de limpeza de lentes de contato.
2. Uma vez que o sensor de pressão esteja configurado para adquirir dados a 2 pontos/s, execute o experimento por 120 s. O sensor de pressão de gás Vernier, GPS-BTA, é recomendado para este experimento.
3. Bolhas devem ser observadas à medida que o peróxido é decomposto ao gás de oxigênio e água. Solte a pressão, descarte a solução, enxágue e substitua a solução pela próxima solução de peróxido de hidrogênio. Repita a medição da pressão do gás até que todas as soluções sejam testadas.

4. Análise de dados

1. Transfira todos os arquivos de dados de pressão versus tempo para um programa de planilha.
2. Determinar as taxas iniciais - assumir que a concentração de peróxido de hidrogênio não mudou muito durante o curto período de tempo do experimento. Os dados representam a região linear inicial do experimento cinético.
   1. Determine a inclinação plotando pressão versus tempo e usando uma fórmula de inclinação ou regressão linear. Plote a pressão em qualquer unidade comum.
   2. A inclinação é a taxa inicial em unidades de pressão_O2/s.
3. Determinando a Ordem de Reação
   1. Porque a pressão de evoluído O₂ é diretamente proporcional às verrugas da decomposição H₂O₂, plotando aln( taxa inicial ) vs. ln[H₂O₂]₀ rende uma inclinação equivalente à ordem da reação. A concentração inicial de peróxido de hidrogênio, [H₂O₂]₀, é o que foi usado em cada um dos ensaios.
      1. A equação para a lei da taxa é. Tomar o logaritmo natural (ln) da equação produz uma equação linear , onde m, a inclinação, é a ordem da reação.

4. Determinando a constante de taxa, k
   1. Para cada ensaio, converta a taxa, P_O2/s, em unidades de caixas eletrônicos se a taxa estiver em uma unidade diferente, como torr/s.
   2. Como as bolhas evoluíram em solução aquosa, subtraia a pressão de vapor de água da pressão do sistema para cada ensaio. A nova taxa reflete apenas a pressão devido à evolução do oxigênio.
   3. Aplique a lei do Gás Ideal para converter a taxa de caixas eletrônicos em moles/s em cada ensaio.
      1. Rearranjar PV = nRT para n = PV/RT. A unidade^S-1 permanece inalterada. O volume é equivalente ao volume do tubo de ensaio menos o volume da solução (50 mL).
   4. Use a reação química equilibrada para converter de mols de oxigênio produzidos em mols de peróxido de hidrogênio decompostos em cada ensaio.
   5. Divida as verrugas de H₂O₂ pelo volume da solução, 0,050 L, para produzir a molaridade de H₂O₂ decomposto por segundo, [H₂O₂]/s.
   6. Como este experimento segue cinética de primeira ordem, divida a taxa, [H₂O₂]/s, pela concentração original de solução para cada ensaio, [H₂O₂]₀, para produzir uma taxa constante, k. Esta solução para a constante de taxa variaria ligeiramente com base na ordem da reação previamente determinada.
   7. Média das constantes de taxa para cada ensaio juntos, já que a temperatura é constante.