Определение законов скорости и порядка реакции

1. Приготовление H₂O₂ Разведения

1. Бульон 3% перекиси водорода имеет концентрацию 0,882 М. Приготовьте 5 разведений в диапазоне от 0,882 М до 0,176 М (Таблица 1). Готовьте эти растворы объемно, но приготовьте их аддитивно, так как растворенное вещество очень разбавлено, а объемы воды являются аддитивными.
2. Поместите растворы на водяную баню постоянной температуры или оставьте их на столе для балансировки при комнатной температуре. Диапазон температур 20–25 °C (293–298 K) хорош для этой реакции.

Таблица 1. H₂O₂ используемые решения.

2. Подготовка реакционного сосуда

1. Чтобы определить объем реакционного сосуда, заполните большую пробирку доверху водой и вставьте в пробирку резиновую пробку с 1 отверстием до тех пор, пока она не затянется и вода не вытолкнет боковые стороны и через верх.
2. Снимите пробку и налейте воду в мерный цилиндр, чтобы определить точный объем воды ex. Это общий объем реакционного сосуда (пробирки).

3. Измерение выделения кислорода

1. Замените воду 50 мл первого раствора перекиси водорода и снова опустите его на водяную баню. После балансировки добавьте реактивный диск с платиновым покрытием и загерметизируйте систему пробкой, подключенной к датчику давления газа. Эти диски обычно используются в системах очистки контактных линз.
2. После того как датчик давления настроен на сбор данных со скоростью 2 точки/с, запустите эксперимент в течение 120 с. Для этого эксперимента рекомендуется использовать нониусный датчик давления газа GPS-BTA.
3. Следует наблюдать за образованием пузырьков по мере разложения перекиси до газообразного кислорода и воды. Сбросьте давление, утилизируйте раствор, промойте и замените раствор следующим раствором перекиси водорода. Повторяйте измерение давления газа до тех пор, пока не будут проверены все растворы.

4. Анализ данных

1. Перенесите все файлы данных о зависимости давления от времени в программу для работы с электронными таблицами.
2. Определение начальных норм - предположим, что концентрация перекиси водорода не сильно изменилась за короткий промежуток времени эксперимента. Данные представляют собой начальную линейную область кинетического эксперимента.
   1. Определение уклона путем построения графика зависимости давления от времени и использования формулы уклона или линейной регрессии. Построите график давления в любой общей единице измерения.
   2. Наклон — это начальная скорость в единицах давления_O2/с.
3. Определение порядка реакции
   1. Поскольку давление развившегося O₂ прямо пропорционально молям разложившихся H₂O₂, построение графика начальной скорости ln() и ln[H₂O₂]₀} дает наклон, эквивалентный порядку реакции. Начальная концентрация перекиси водорода, [H₂O₂]₀, была использована в каждом из испытаний.
      1. Уравнение для закона скорости — . Взятие натурального логарифма (ln) уравнения дает линейное уравнение , где m, наклон, является порядком реакции.

4. Определение константы скорости, k
   1. Для каждого испытания преобразуйте курс, P_O2/s, в единицы атм/с, если курс выражен в других единицах, таких как торр/с.
   2. Поскольку пузырьки образовались в водном растворе, вычтите давление паров воды из давления системы для каждого испытания. Новая скорость отражает только давление, обусловленное выделением кислорода.
   3. Примените закон идеального газа, чтобы преобразовать скорость из атм/с в моль/с в каждом испытании.
      1. Переставьте PV = nRT в n = PV/RT. Единица s^-1 остается неизменной. Объем эквивалентен объему пробирки за вычетом объема раствора (50 мл).
   4. Используйте сбалансированную химическую реакцию для преобразования молей полученного кислорода в моли перекиси водорода, разложившихся в каждом испытании.
   5. Разделите моли H₂O₂ на объем раствора, 0,050 л, чтобы получить молярность H₂O₂, разложенную в секунду, [H₂O₂]/s.
   6. Поскольку этот эксперимент следует кинетике первого порядка, разделите скорость, [H₂O₂]/с, на исходную концентрацию раствора для каждого испытания, [H₂O₂]₀, чтобы получить константу скорости, k. Это решение для константы скорости будет немного варьироваться в зависимости от порядка реакции, определенного ранее.
   7. Усредняйте константы скорости для каждой попытки вместе, так как температура постоянна.