Лабораторная работа № 2 Кинетика разложения мурексида в кислой среде Грибовская Варвара и Пиличева Маргарита 3 курс 8 группа Цель: определение порядка реакции по мурексиду и катализатору (кислоте) и составление дифференциального кинетического уравнения реакции по результатам опытов, определение константы диссоциации слабой кислоты путем кинетических измерений. Оборудование и реактивы: фотоэлектроколориметр ФЭК-564, колбы на 50 мл, пипетки на 2, 10 мл; кювета (L=1 cм), раствор мурексида, 0,1 н раствор AcOH, 0,005 н раствор HCl и 0,002 н раствор HCl 1. Микроамперметр. 2. Крышка кюветного отделения. 3. Ручка ”установка 100 грубо”. 4. Ручка установки чувствительности прибора. 5. Ручка перестановки кювет. 6. Ручка установки светофильтра. 7. Источник света. Теория работы: М + H2O + H+ → P окраш бесцв 1 1 𝑣 = 𝐾𝐼𝐼𝐼 𝑐𝑀 𝑐𝐻2 𝑂 𝑐𝐻 + = 𝐾𝐼𝐼 𝑐𝑀 𝑐𝐻 + = 𝐾𝐼 𝑐𝑀 𝐾𝐼 = 𝐾𝐼𝐼 𝑐𝐻𝑛+ Используемые формулы 1 𝐷0 𝑡 𝐷 К𝐼 = 𝑙𝑛 = 2,303 𝑡 𝑙𝑔 𝐷0 𝐷 , (1) где t – время протекания реакции, D0 – оптическая плотность смеси при t=0, D – оптическая плотность в момент времени t. KI ср= −2,3* tgα, (2) где KI ср – среднее значение константы скорости, с−𝟏; tgα – тангенс угла наклона прямой. KI ср=−2,3 tgα; (2) 𝛼 2 ∗С 𝐾дис = (1−𝛼)∗2 где 𝛼 – степень диссоциации; С – концентрация слабой кислоты, моль/л; 𝐾дис – константа диссоциации слабой кислоты, моль/л. 𝐾𝐼 - константа скорости реакции первого порядка, с-1; 𝐾𝐼𝐼 - константа скорости реакции второго порядка, л/моль*с; 𝐾𝐼𝐼𝐼 - константа скорости реакции первого порядка, л2/моль2*с; [𝐻 + ] - концентрация ионов водорода (концентрация HCl), моль/л; [𝑀] - концентрация мурексида, моль/л. Ход работы 1. В колбу ёмкостью 50 мл пипеткой отбирали 5 мл раствора мурексида и 5 мл раствора кислоты (0,1 н AcOH, или 0,005 н HCl, или 0,002 н HCl). Затем проводились измерения оптической плотности раствора через каждые 2 минуты. 2. Было получено значение D0 экстраполяцией функции lg D к нулевому времени (t=0). Результаты измерений Таблица 1. Результаты измерений с 0,005 н раствора HСl. (KI рассчитана по формуле 1) t, c 125 241 360 480 600 720 840 960 D 0,66 0,52 0,395 0,30 0,22 0,16 0,12 0,08 lgD -0,18046 -0,284 -0,4034 -0,52288 -0,65758 -0,79588 -0,92082 -1,09691 KI*104 29,56 25,23 24,53 24,13 24,47 24,82 24,70 25,83 К𝐼 вычислялась по формуле (1) К𝐼 ср = 25,41 ∗ 10−4 с -1 Рисунок 1. График зависимости десятичного логарифма оптической плотности D от времени для 0,005 н раствора НCl). 0 0 200 400 600 800 1000 1200t, c -0,2 lgD -0,4 -0,6 -0,8 -1 y = -0,0011x - 0,0199 R² = 0,9964 -1,2 t, c Вычисление D0 по графику 1: при x=0, lgD0 = -0,0199, тогда D0=0,955 2 способ определения КI ср (по графику 1): tgɑ = - 0.0011, значит КI ср = - 2,303 *(-0,0011) = 25,53*10-4 с -1. Таблица 2. Результаты измерений с 0,002 н раствора HСl. (KI рассчитана по формуле 1) t, c 170 376 493 616 720 845 960 1080 D 0,76 0,65 0,60 0,54 0,50 0,45 0,41 0,37 lgD -0,11919 -0,18709 -0,22185 -0,26761 -0,30103 -0,34679 -0,38722 -0,4318 KI*104 8,45 7,98 7,71 7,88 7,81 7,90 7,93 8,00 KI вычислялась по формуле (1) KIср = 7,96*10-4 Рисунок 2. График зависимости десятичного оптической плотности D от времени (0,002 н раствора НCl). логарифма 0 -0,05 0 200 400 600 800 1000 1200 t, c -0,1 -0,15 lgD -0,2 -0,25 -0,3 -0,35 -0,4 y = -0,0003x - 0,0568 R² = 0,9992 -0,45 -0,5 t, c Вычисление D0 по графику 2: при x=0, lgD0= -0,0568, тогда D0 = 0,877 2 способ определения КI ср (по графику 2): tgɑ = - 0.0003, значит КI ср = -2,303*(-3*10-4) = 6,91 * 10-4 с -1. Таблица 3. Результаты измерений с 0,1 н раствора AcOH. (KI рассчитана по формуле 1) t, c 120 259 360 483 600 722 842 960 D 0,75 0,68 0,63 0,56 0,51 0,46 0,42 0,357 lgD -0,12494 -0,16749 -0,20066 -0,25181 -0,29243 -0,33724 -0,37675 -0,44733 KI*104 10,43 8,62 8,32 8,64 8,52 8,51 8,37 9,03 KIср = 8,8*10-4 Рисунок 3. График зависимости десятичного логарифма оптической плотности D от времени для 0,01н раствора AcOH. 0 -0,05 0 200 400 600 800 1000 1200 -0,1 -0,15 lgD -0,2 -0,25 -0,3 -0,35 -0,4 y = -0,0004x - 0,0709 R² = 0,994 -0,45 -0,5 t, c Вычисление D0 по графику 3: при x=0, lg D0 = -0,0709, тогда D0= 0,850 2 способ определения КI ср (по графику 3): y = -0,0004x - 0,0709 tgɑ = -0.0004, значит КI ср = - 2,303*(-4*10-4) = 9,12* 10-4 с -1. Расчёты 1. Вычисление степени диссоциации уксусной кислоты Ка= 1,75*10-5 𝛼2𝑐 Уравнение Оствальда: 𝐾𝑎 = , Ка(AcOH) = 1,75*10-5, с = 1−𝛼 Отсюда 𝛼 = 0,0185 с(H+) = 0,05*0,0185 = 9,25*10-4 2. Определение порядка реакции по кислоте 𝐾𝐼 = 𝐾𝐼𝐼 𝑐𝐻𝑛+ с(H+), М 0,005 0,001 0,001 𝐾𝐼 ∗ 104 25,41 7,96 8,8 𝐾𝐼 𝟎,𝟎𝟎𝟐𝟓 Кср= 8,38 𝐾𝐼𝐼 𝒄𝐻 +,0,0025 𝒏 ( ) 𝐾𝐼 𝟎,𝟎𝟎𝟏 𝐾𝐼𝐼 𝒄𝐻 +,0,001 𝟎, 𝟎𝟎𝟐𝟓 𝟐𝟓, 𝟒𝟏 𝒏 =( ) 𝟎, 𝟎𝟎𝟏 𝟖, 𝟑𝟖 = n = 0,834 3. Вычисление погрешностей Стандартное отклонение S рассчитывается по формуле: 0,1 2 М S=√ 2 ∑n i=1(<w>−wi ) n−1 , где n — число параллельных измерений. Коэффициент Стьюдента 𝑡p = 2,31 вероятности 0,95 и при n=8. (±∆) = tp ∙S √n при доверительной , (масс. %) Для 0,005 н HCl S = 1,74 ∙ 10−4 ±∆ = 2.31·1,74∙10−4 √8 = 1,42 ∙ 10−4 ∆ ∙ 100 1,42 ∙ 10−4 · 100 = = 5,59% <𝑤> 25,41 ∙ 10−4 Для 0,002 н HCl S = 2,20 ∙ 10−5 ±∆ = 2.31·2,20∙10−5 √8 = 1,79 ∙ 10−5 ∆ ∙ 100 1,79 ∙ 10−5 · 100 = = 2,25% <𝑤> 7,96 ∙ 10−4 Для 0,1 н AcOH S = 6,91 ∙ 10−5 ±∆ = 2.31·6,91∙10−5 √8 = 5,64 ∙ 10−5 ∆ ∙ 100 5,64 ∙ 10−5 · 100 = = 6,41% <𝑤> 8,81 ∙ 10−4 Вывод. В ходе данной лабораторной работы было изучено влияние концентрации кислоты, а именно, ионов водорода на скорость разложения мурексида. А также были построены графики зависимости логарифма оптической плотности от времени протекания реакции. Из экспериментальных данных можно заметить, что чем больше концентрация кислоты, тем быстрее скорость реакции разложения мурексида. С течением времени оптическая плотность раствора уменьшается, т.к. мурексид разлагается. Согласно расчётам, константа скорости реакции первого порядка равна (25,41 ∗ 10−4 ± 1,42 ∙ 10−4 ) с -1 для 0,005 н HСl, (7,96*10-4± 1,79 ∙ 10−5 ) с -1 для 0,002 н HСl и (8,8*10-4± 5,64 ∙ 10−5 ) с -1 для 0,1 н уксусной кислоты. Вычисление порядка реакции дало значение 0,834, что скорее всего означает первый порядок.
