Работа № 4.Определение порядка реакции методом вант-гоффа

4.1. Общие сведения

Метод Вант-Гоффа, или метод начальных концентраций, основан на изучении кинетики начального периода реакции. За время этого периода концентрации реагирующих веществ меняются незначительно, и их значения в кинетическом уравнении могут быть приняты равными начальным концентрациям

Для того чтобы исключить из кинетического уравнения концентрацию одного из реагентов, эту концентрацию берут постоянной. Практически это достигается тем, что в разные реакционные смеси добавляют одно и то же количество этого вещества (например, B). Тогда кинетическое уравнение принимает вид где .

Поскольку в начальном периоде реакции C и  малы, скорость реакции может быть рассчитана через конечные изменения концентрации и времени v_o   C_A /.

Тогда кинетическое уравнение реакции принимает вид

 C_A / = .

Если приготовить несколько реакционных смесей с различной начальной концентрацией вещества A и для каждой из них определить время , за которое C_A изменится на одну и ту же величину C_A, то  C_A = const и k /(-C_A) = k^. Тогда кинетическое уравнение принимает вид 1/ = . Логарифмируя, будем иметь

ln(1/) = lnk^+ n_AlnC_0A.

В координатах ln(1/) - lnC_0A эта зависимость выражается прямой линией, наклон которой равен порядку реакции по веществу A.

Для реакции, имеющей первый порядок по веществу A, кинетическое уравнение имеет вид 1/ = k^C_0A и, следовательно, зависимость между 1/ и C_0A выражается прямой линией.

Если реагирующие вещества берутся в равных соотношениях: C_0A = C_0B = C₀, то кинетическое уравнение реакции принимает вид

В этом случае из зависимости 1n(1/)  lnC₀ по наклону прямой можно найти суммарный порядок реакции.

В работе определение порядка реакции методом Вант-Гоффа проводится на примере реакции окисления йодида персульфатом. Цель работы состоит в установлении зависимости между количеством одного из реагирующих веществ в реакционной смеси и временем, за которое оно изменится на одну и ту же величину.

Последнее достигается тем, что в каждую исследуемую реакционную смесь добавляют одно и то же количество тиосульфата натрия. Тогда время от начала реакции до момента появления синей окраски (в присутствии .крахмала) будет характеризовать время, в течение которого в реакцию вступило количество йодистого калия (или персульфата), равное числу грамм-эквивалентов тиосульфата натрия, введенного в реакционную смесь.

4.2. Экспериментальная часть

Оборудование и реактивы

Необходимое оборудование:

1. 6 колб на 250 см³.

2.Пипетки на 25 и 50 см³.

3.Мензурка на 50 см³.

4.Бюретка на 25 см³ (для тиосульфата натрия).

Необходимые реактивы:

1.Раствор йодистго калия (или натрия, или лития или аммония) 0,1 н.

2 Раствор персульфата калия (или натрия) 0,05 н.

3. Раствор тиосульфата натрия 0,01 н.

Методика

Определение порядка реакции по йодиду

В 6 колб на 250 см³ помещают по 50 см³ персульфата (с помощью пипетки), по 3 см³ тиосульфата натрия и несколько капель крахмала. Затем добавляют в колбы 45, 43, 41, 39, 37 и 35 см³ дистиллированной воды. Из бюретки набирают 2, 4, 6, 8, 10 и 12 см³ йодида и выливают его в каждую из колб (при этом объем реакционной смеси в каждой колбе составит 100 мл). В момент вливания йодида отмечают время начала реакции в минутах и секундах. В момент появления синей окраски, свидетельствующей о нейтрализации тиосульфата, еще раз отмечают время и определяют время , за которое концентрация йодида изменится на заданную величину С_A.

Определение порядка реакции по персульфату

В 6 колб на 250 cм³ помещают по 25 см³ йодида, по 3 см³ тиосульфата натрия и несколько капель крахмала. После этого из бюретки добавляют в колбы 67, 64, 62, 57, 52 и 42 см³ дистиллированной воды. Из бюретки набирают 5,8, 10, 15, 20 и 30 см³ персульфата и вливают в каждую из колб (при этом объем каждой реакционной смеси составит 100 см³). В момент вливания персульфата отмечают время начала реакции в минутах и секундах, В момент появления синей окраски раствора еще раз отмечают время и определяют промежуток времени , за который концентрация персульфата изменится на заданную величину С_B.

Обработка экспериментальных данных

Обработку результатов эксперимента проводят следующим образом. Поскольку ожидаемый порядок реакции по данному реагенту равен единице, следует построить график зависимости скорости реакции от начальной концентрации реагента. Так как для каждой реакционной смеси определялось время, за которое концентрация реагента изменится на одну и ту же величину, то скорость реакции пропорциональна обратному времени. Начальная концентрация реагента вследствие постоянства объема реакционной смеси пропорциональна объему реагента, введенного в смесь. Таким образом, характер зависимости скорости реакции от начальной концентрации реагента не должен измениться, если по оси ординат откладывать обратное время реакции, а по оси абсцисс  объем реагента, по которому определяется порядок реакции. Строят указанную зависимость и по ее виду делают заключение о порядке реакции по данному реагенту.