Загрузил nic.shut.2000

Лабораторная 2 Скорость химических реакций - СДЕЛАЛ

реклама
МИНОБРНАУКИ РОССИИ
САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
«ЛЭТИ» ИМ. В.И. УЛЬЯНОВА (ЛЕНИНА)
Кафедра физической химии
ОТЧЕТ
по лабораторной работе №2
по дисциплине «Химия»
Тема: Скорость химических реакций
Студент гр. 3232
Шутов Н.А.
Преподаватель
Васильев Б.В.
Санкт-Петербург
2024
2
Цель работы: изучение влияния концентрации реагирующих веществ и
температуры на скорость гомогенной химической реакции.
Основные теоретические положения
Скорость химической реакции – это величина, показывающая изменение
концентрации исходных реагирующих веществ в единицу времени.
𝑣=
𝛥𝑛
𝛥𝑡×𝑉
,
где ∆n – изменение количества вещества (моль), ∆t – изменение времени (сек), V
– объем (л).
Скорость химической реакции зависит от: природы реагирующих веществ,
концентрации реагентов, площади соприкосновения реагирующих веществ,
температуры, наличия катализатора.
Зависимость скорости химической реакции от концентрации исходных
веществ
определяется
законом
действующих
масс:
при
постоянной
температуре скорость гомогенной химической реакции прямо пропорциональна
произведению
концентраций
реагирующих
веществ.
Для
элементарной
химической реакции
A + B → C,
где A и B – реагенты, а C – продукт, закон действующих масс может быть
выражен в математической форме:
v = k[A][B],
где v – скорость реакции, k – постоянная скорости реакции, [A] и [B] –
концентрации реагентов A и B соответственно.
Константой скорости химической реакции (удельной скоростью реакции)
называется коэффициент пропорциональности k в кинетическом уравнении
реакции. Физический смысл константы скорости заключается в том, что она
равна скорости реакции при концентрациях реагирующих веществ, равных
единице (1 моль/л), и она зависит от природы реагирующих веществ,
концентрации, температуры, поверхности соприкосновения реагирующих
веществ и катализа.
3
Скорость химической реакции зависит от температуры и описывается
правилом Вант-Гоффа: при повышении температуры на каждые 10 градусов
константа скорости гомогенной элементарной реакции увеличивается в двачетыре раза. Описывается правило Вант-Гоффа следующим уравнением:
𝑇 −𝑇1
𝑉2 = 𝑉1 × 𝛾 2
10
,
где V2 – скорость реакции при температуре T2, V1 – скорость реакции при
температуре T1, γ – температурный коэффициент реакции.
Физический смысл температурного коэффициента γ – он показывает во
сколько раз увеличивается скорость химической реакции при увеличении
температуры на каждые 10 °С.
Зависимость константы скорости k химической реакции от температуры T
(K) описывается основным законом химической кинетики – уравнением
Аррениуса:
𝑘(𝑇) = 𝐴 × 𝑒 −𝐸𝑎 ⁄𝑅𝑇 ,
где предэкспоненциальный множитель (фактор частоты) A характеризует
частоту столкновений реагирующих молекул, R – универсальная молярная
газовая постоянная (R = 8,31 Дж/моль K), e – основание натурального
логарифма, Ea – энергия активации (Дж/моль)
Энергия активации химической реакции – в химии это эмпирически
определяемый
параметр,
характеризующий
показательную
зависимость
константы скорости реакции от температуры. Выражается в джоулях на моль –
обозначение энергии активации: Ea. В физике энергия активации – минимальное
количество энергии, которое должны получить электроны донорной примеси,
для того чтобы попасть в зону проводимости.
Энергия активации химической реакции зависит от природы реагирующих
веществ и не зависит от температуры.
В лабораторной работе для исследования зависимости скорости реакции
от концентрации и температуры используется реакция:
Na2S2O3 + H2SO4 → Na2SO4 + H2O + SO2 + S
4
Математическое выражение закона действующих масс имеет вид:
v = k × CAa × CBb,
где v – скорость реакции, k – константа скорости химической реакции (при CA =
CB = 1 моль/л k численно равна v), CA и CB – концентрации реагентов A и B, a и
b – стехиометрические коэффициенты в уравнении реакции. С учетом
полученных в ходе опыта данных, v = 1, с учетом равной концентрации CA и CB
v = k = 1, стехиометрических коэффициентов реакция не имеет, тогда:
1=1×1×1×1
5
Протокол наблюдений
Лабораторная работа № 4
«Скорость химических реакций» (Этот лист уже есть)
Вариант: ХХ
Зависимость скорости химической реакции от концентрации
Объем, мл
Маленькая Концентрация
Время
Большая пробирка
Относительная
Na
S
O
,
2
2
3
пробирка
протекания
Номер
скорость
a 
реакции
опыта

Na2S2O3
H2O
H2SO4
реакции
(υ)


(, c)
a

b

c


(a)
(b)
(c)
1
5
15
5
τ1 =
τ1/τ1 = 1.0
2
8
12
5
τ2 =
τ1/τ2 =
3
10
10
5
τ3 =
τ1/τ3 =
4
13
7
5
τ4 =
τ1/τ4 =
5
16
4
5
τ5 =
τ1/τ5 =
6
20
0
5
τ6 =
τ1/τ6 =
Зависимость скорости химической реакции от температуры
! за единицу принимается скорость для начальной (наименьшей) температуры
Объем, мл
Относительная
Номер
скорость
реакции (υ)
Na
S
O
H
SO
t,
C
,
c
2 2 3
2
4
опыта
1
10
10
τ1 =
τ1/τ1 = 1.0
2
10
10
τ2 =
τ1/τ2 =
3
10
10
τ3 =
τ1/τ3 =
6
Обработка результатов
1. Зависимость скорости химической реакции от концентрации
Относительная скорость реакции (v)
Зависимость относительной скорости химической
реакции от концентрации Na2S2O3
6
4,8
5
3,8
4
2,7
3
1,9
1,5
2
1
1
0
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
Концентрация Na2S2O3
2. Зависимость скорости химической реакции от температуры
Относительная скорость реакции (v)
Зависимость относительной скорости
химической реакции от температуры °C
3,5
3
3
2,5
1,7
2
1,5
1
1
0,5
0
0
10
20
30
40
50
60
t, °C
t2 t1
На основании правила Вант-Гоффа: υt2  υt1 γ 10 , выразите и рассчитайте
температурный коэффициент γ для трех пар:
10
1,745−35
γ12 =
= 1,7
1
7
10
3 55−45
γ23 =
= 1,7
1,7
10
355−35
γ13 =
= 1,73
1
RT1T2 ln
На основании формулы Ea 
υT2
υT1
T2  T1
рассчитайте энергию активации
реакции для трех пар температур.
Е12 =
Е23 =
Е13 =
8,314∗308∗318𝑙𝑛
1.7
1
318−308
8,314∗328∗318𝑙𝑛
3
1.7
328−318
8,314∗308∗328𝑙𝑛
328−308
3
1
≈ 43209,4 кДж
≈ 49254,6 кДж
≈ 46136,9 кДж
Выводы: концентрация Na2S2O3 увеличивается в зависимости от скорости
увеличения химической реакции, а так же от температуры проводимого опыта –
значит
взаимосвязь
между
величинами
прямопропорциональная.
Следовательно, правило Вант-Гоффа для данной реакции соблюдается.
Скачать