Контрольные вопросы и задания, Лабораторная работа: влияние температуры на скорость реакции - Химическая кинетика, равновесия, термодинамика
- (а) Зависят ли энергия активации и предэкспоненциальный множитель от природы реагентов? от их концентраций? от температуры? от присутствия посторонних веществ? (б) Можно ли объяснить ускорение реакции при нагревании увеличением частоты столкновений в результате возрастания средней скорости частиц? Для ответа на вопрос найдите, во сколько раз возрастет средняя кинетическая энергия частиц и их средняя скорость при нагревании на 10 К от комнатной температуры (298 К > 308 К). (в) Оцените среднюю кинетическую энергию частиц при комнатной температуре (например, по формуле для двухатомного идеального газа) и сделайте вывод: может ли на опыте наблюдаться энергия активации 3 кДж/моль? 50 кДж/моль? 1000 кДж/моль? (г) Прекратится ли реакция при данной температуре, если все активные молекулы израсходуются (вступят в реакцию)? (д) Чем отличается активированный комплекс (переходное состояние) от промежуточного продукта сложной реакции? Для ответа изобразите энергетические схемы, как в учебнике Глинки [1, рис. 65; 2, рис. 6.16].
Лабораторная работа: влияние температуры на скорость реакции
Задачи работы: проверить применимость уравнения Аррениуса на примере реакции тиосульфата натрия с кислотой в растворе, определить ее энергию активации. Приветствуется использование личных ноутбуков для обработки результатов измерений.
В данной работе изучается та же реакция, что и в предыдущей, и тем же методом наблюдений, но теперь - в зависимости от температуры, поэтому все исходные концентрации должны быть постоянными.
По итогам предыдущей работы выберите такие концентрации, при которых время помутнения при комнатной температуре составляло бы 40-50 секунд. Если оно будет всего 20 с или меньше, то при повышенных температурах реакция пойдет так быстро, что будет трудно объективно засечь время помутнения. Чтобы меньше влияли погрешности отмеривания растворов, заготовьте в стакане один общий раствор тиосульфата, откуда потом будете его брать для каждого опыта. Например (цифры условные, но должны быть одинаковыми во всех опытах): по 5 мл раствора кислоты и 15 мл раствора тиосульфата, предварительно разбавленного в пять раз. Этого разбавленного раствора в данном случае надо заготовить 100 мл (с запасом на случай переделки испорченного опыта).
Заранее заготовьте в тетради таблицу для записи результатов, а перед ней оставьте место, где будут указаны использованные во всех опытах объемы и концентрации растворов.
Зависимость скорости реакции от температуры
Результаты измерений |
Результаты обработки данных | ||||
T, єC |
Ф, с |
T, K |
1/T, K-1 |
1/ф, с-1 |
Ln(1/ф) = - ln ф |
Нужно сделать не менее четырех (еще лучше пять) опытов при существенно отличающихся температурах: комнатной, ниже комнатной и выше комнатной, с шагом примерно по 10є. Две пробирки с растворами тиосульфата и кислоты выдержите в стакане с водой, подогретой на электроплитке (или в чайнике) или, наоборот, охлажденной льдом, не менее 10-15 минут, чтобы выровнялись температуры в стакане и в пробирках. Можно параллельно одну пару пробирок охлаждать, а другую нагревать. Температуру воды проверяйте термометром. Затем одну пробирку (где объем раствора меньше) выньте, быстро влейте из нее раствор во вторую, которая остается в стакане, и быстро перемешайте. Как и прежде, запишите время ф от момента смешивания до появления первых признаков помутнения и занесите в таблицу.
Рекомендуемый примерный набор температур (но, разумеется, в таблицу надо заносить не эти цифры, а те конкретные температуры, которые были измерены во время протекания реакции):
- 0єС - вода со льдом и добавкой поваренной соли (раствор замерзает ниже нуля); 12єС - смесь водопроводной и ледяной воды, но без льда; 22єС - комнатная температура; 32єС - водопроводная вода с добавкой кипятка; 42єС - аналогично.
По данным таблицы постройте график. Уравнение Аррениуса экспоненциальное, поэтому график зависимости 1/ф от t или T будет криволинейным. Но на глаз трудно определить тип кривой, например, отличить экспоненту от параболы. Чтобы проверить применимость уравнения Аррениуса, желательно, чтобы теоретический график был прямолинейным. Тогда с первого взгляда видно, лежат ли экспериментальные точки на теоретической прямой.
Для линеаризации применяются координаты Аррениуса: по абсциссе - не температура, а обратная абсолютная температура 1/T, по ординате - не скорость, а логарифм скорости, в данном случае ln(1/ф). Тогда теоретический график выражается прямой с угловым коэффициентом - EA/k:
Ln(1/ф) = lnМ - EA/k *(1/T),
Где k - это постоянная Больцмана, 8,617*10-5 эВ/К, и энергия активации выражена в эВ в расчете на один элементарный акт, или прямой с угловым коэффициентом - Ea/R:
Ln(1/ф) = lnМ - EA/R *(1/T),
Где R - это газовая постоянная, 8,314 Дж/(моль*К), и энергия активации выражена в Дж/моль.
Мы фактически измеряем не константу скорости, но некую пропорциональную ей величину, поскольку концентрации во всех опытах постоянны (тепловым расширением жидкого раствора, в отличие от газового, можно пренебречь). Поэтому в уравнении вместо истинного предэкспоненциального множителя А стоит некая пропорциональная ему величина М, но на наклон графика это повлиять не может.
Температура по Цельсию определяется с точностью 2 значащих цифры (например, 25є), но абсолютная температура - уже с тремя (298 К), поэтому и в обратной температуре надо сохранить как минимум три цифры, а лучше четыре, с запасом, чтоб не потерять точность (в данном случае 0,003356 К-1).
В отличие от предыдущей работы, здесь начало координат не имеет смысла (1/Т=0 - это бесконечная температура), поэтому масштаб выбирайте таким, чтобы весь интервал изменения 1/T и ln(1/ф) занимал длину порядка 10 см.
Для обработки данных очень удобна программа MS Excel и аналогичная программа OpenOffice. org Calc. Там можно не только быстро сделать все необходимые пересчеты, но и построить график, и определить его угловой коэффициент: щелчок правой кнопкой по точке - Добавить линию тренда - Линейная - Параметры - Показывать уравнение на диаграмме.
Таблица цифровых данных в тетради должна быть в любом случае, а угловой коэффициент графика определяется либо из уравнения линии тренда, найденного компьютером, либо из графика, построенного вручную. Для этого нужно провести прямую как можно ближе ко всем экспериментальным точкам, взять ее концы (не обязательно экспериментальные точки, если есть разброс) и поделить разность ординат на разность абсцисс (разумеется, не в сантиметрах, а в масштабе графика). Получив угловой коэффициент, можно найти энергию активации. Округлите ее до двух значащих цифр: лучшая точность в данной работе недостижима. Если она определена в Дж/моль, то, чтобы не писать незначащие цифры, выразите ее в кДж/моль.
В результате работы нужно сделать вывод: применимо ли уравнение Аррениуса к данной реакции (с учетом неизбежных случайных погрешностей), указать величину энергии активации или предложить объяснения, почему в данном случае этого сделать не удалось.
Похожие статьи
-
Краткая теория В старом учебнике Глинки вопрос хорошо изложен на качественном уровне, но не хватает строго количественного описания влияния температуры...
-
(а) На основе уравнения ЗДМ объясните физический смысл константы скорости. (б) Зависит ли константа скорости от концентраций реагентов? от их природы? от...
-
Заготовьте в тетради заранее таблицу для записи исходных данных и результатов опытов. Сейчас в нее внесены некоторые предполагаемые объемы растворов, но...
-
Зависимость скорости реакции от температуры определяется правилом Вант-Гоффа : При повышении температуры на каждые 10о скорость большинства реакций...
-
Краткая теория Основное уравнение гомогенной кинетики - закон действующих масс, ЗДМ (хотя реально подставляются не массы, а молярные концентрации):...
-
Рассмотрим реакцию между веществами А и В, протекающую по схеме: А А + в В = с С + d D Количественно зависимость между скоростью реакции и концентрациями...
-
К сожалению, многие учебники химии построены не вполне логично, в частности, одно и то же слово может использоваться в разных смыслах, поэтому...
-
Скорость реакции определяется изменением молярной концентрации одного из реагирующих веществ: V=dC/dtV. Факторы, влияющие на скорость химических...
-
Чтобы осуществлялось химическое взаимодействие веществ А и В, их молекулы (частицы) должны столкнуться. Чем больше столкновений, тем быстрее протекает...
-
ХИМИЧЕСКАЯ ТЕРМОДИНАМИКА - Неограническая химия
Задание 3.1. Запишите реакцию взаимодействия указанного по варианту элемента с кислородом. Используя приведенные в табл. III.1 данные, рассчитайте...
-
Энтропия. Движущее начало химических процессов - Химическая термодинамика. Термохимия. Решение задач
Убедившись в полезности знания тепловых эффектов химических превращений, мы, тем не менее, не смогли ответить на вопрос: "Почему одни химические реакции...
-
Автору кажется, что логично было бы начать изложение с термодинамики, и лишь потом на ее основе рассматривать кинетику и равновесия: если реакция...
-
1. Какие реакции называются окислительно-восстановительными? 2. Что такое степень окисления? Какие процессы называются "окислением" и "восстановлением"?...
-
Термодинамика - наука о взаимопревращениях различных форм энергии и законах этих превращений. Термодинамика базируется только на экспериментально...
-
Опис-ся правиломВант-Гоффа: С увелич-ем темп. на каждые 10 градусов. Скор. больш-ва хим. р-ций увелич-ся в 2-4 раза. Где г-темп. коэф-т скорости хим....
-
ХИМИЧЕСКАЯ КИНЕТИКА И ХИМИЧЕСКОЕ РАВНОВЕСИЕ - Неограническая химия
Задание 4.1: 4.1.1. Проанализируйте данную Вам реакцию (табл. IV.1) и укажите, какой она является: гомогенной или гетерогенной. 4.1.2. Запишите...
-
1. Какие вопросы решает химическая термодинамика? 2. Что называется термодинамической системой? Как классифицируются системы? Приведите примеры различных...
-
ТЕМПЕРАТУРА - Основные положения молекулярно-кинетической теории, ее опытные обоснования
Любое макроскопическое тело или группа макроскопических тел называется термодинамической системой. Тепловое или термодинамическое равновесие - такое...
-
Общие рекомендации к лабораторному практикуму (работам 2-4) - Основы качественного анализа
Чтобы не исказить результаты опытов, пробирки нужно тщательно мыть водопроводной водой и затем ополаскивать небольшим количеством дистиллированной воды....
-
Основные понятия химической термодинамики - Химическая термодинамика. Термохимия. Решение задач
Прежде чем приступить к изучению предмета химической термодинамики, необходимо ввести ряд терминов и понятий, используемых в этом разделе. Изучаемые...
-
Влияние температуры на рост культуры - Этапы получения лизина
Следующий эксперимент был разделен на 2 части: было измерено количество колоний в чашках Петри для анализа объемов роста и были измерены размеры колоний...
-
Винилхлорид -- достаточно активное химическое соединение, чьи химические свойства определяются как наличием двойной связи, так и атома хлора. Наибольший...
-
ТЕРМОХИМИЯ - Химическая термодинамика. Термохимия. Решение задач
Уравнения химических реакций, учитывающие тепловые эффекты, называются термохимическими уравнениями. Например: 2Н2(г.)+О2(г.) = 2Н2О(г.); ДН = - 476 кДж....
-
Бромистый этил представляет бесцветную прозрачную жидкость, обладающую эфирным запахом и сначала сладким, потом жгучим вкусом. Кипит при 38,4°С. В воде...
-
Энергия Гельмгольца Изохорно-изотермический потенциал F = U - TS Величина ( V - TS ) является свойством системы; она называется энергией Гельмгольца....
-
Кинетика химических реакций - Концепции современного естествознания: химическая составляющая
Одна из особенностей химических реакций заключается в том, что они протекают во времени. Одни реакции протекают медленно, месяцами, как, например,...
-
Опыт проводили в условиях, имитирующих периодическую экстракцию: в стакан одновременно загружали все реагенты и перемешивают их в течение заданного...
-
1.1. Освоить методику определения тепловых эффектов процессов. 1.2. Определить тепловой эффект при нейтрализации кислоты щелочью. 1.3. Вычислить тепловой...
-
На холоду даже дымящаяся серная кислота (олеум) почти не действует на предельные углеводороды, но при высокой температуре она может их окислять. При...
-
Реакторами идеального (полного) смешения называются реакторы непрерывного действия, в которых осуществляется турбулентный гидродинамический режим. В них...
-
Энтропия. Самопроизвольный процесс - Химическая термодинамика и ее процессы
Самопроизвольный процесс - процесс, который может протекать без затраты работы извне, причем в результате может быть получена работа в количестве,...
-
Актуальность темы. В современных условиях глобальной конкуренции на все более интегрирующихся мировых рынках, развитие химической промышленности...
-
Описание варианта задания - Вероятность безотказной работы
В данной работе необходимо рассчитать вероятность безотказной работы и произвести анализ и оптимизацию полученной по варианту схемы. Для этого...
-
Таблица 1 - Исходные данные для расчета Работа Tminij Tнвij Tmaxij 1-2 15 17 20 1-3 25 28 30 1-4 21 23 25 2-5 14 18 20 2-6 14 17 20 2-7 8 9 10 3-7 25 28...
-
Модель Лефевра-Николиса описывает колебательные процессы в следующей цепочке химических реакций: Предполагается, что концентрации веществ A, B, D, E...
-
Общие вопросы Привести объекты судебно-химического (химико-токсикологического) анализа. Дать понятие "вещественным доказательствам". Значение наружного...
-
В последнее десятилетие в нашей стране очень сильно возросло потребление парфюмерно-косметических товаров. На российском рынке постоянно появляются новые...
-
Подготовка к работе - Основы качественного анализа
Выданное количество вещества гораздо больше нужного для анализа. Поэтому ни в коем случае не следует расходовать все. Нужно оставить запас для проверки в...
-
Кинетика электродных процессов. Электродным процессом называется сумма всех изменений, происходящих во времени на поверхности электрода при потенциале,...
-
Синтез бромэтана проводили в соответствии с методикой, изложенной в источнике [2]. ХОД РАБОТЫ - Приготовление исходных реактивов и собирание прибора Рис....
Контрольные вопросы и задания, Лабораторная работа: влияние температуры на скорость реакции - Химическая кинетика, равновесия, термодинамика