Работа №10. Изучение скорости разложения пероксида водорода газоволюметрическим методом

Пероксид водорода в водных растворах самопроизвольно медленно разлагается по уравнению

Н₂О₂ → Н₂О + 0.5О₂

Скорость реакции значительно увеличивается при повышении температуры или в присутствии катализаторов: ионов Fe²⁺, Fe³⁺, Сr₂О₇^2-, CrO₄^2-, WO₄^2-, МоО₄^2-, смесей: CuSO₄+МoО₄^2-, CuSO₄+NiSO₄ и многих других. За ходом процесса удобно наблюдать по изменению объема выделившегося кислорода при постоянных температуре и давлении через различные промежутки времени от начала реакции.

Последовательность выполнения работы. В настроенный на заданную преподавателем температуру термостат 4 поместить колбу вместимостью 200-300 мл, содержащую 50 мл раствора катализатора. Одновременно термостатировать реакционный сосуд 1 (рис. 1). Спустя 15-20 мин в колбу с раствором катализатора влить определенное количество пероксида водорода (~0.7 мл), отметив этот момент как время начала реакции. Смесь тщательно размешать и поместить реакционный сосуд, заполнив его так, чтобы высота воздушного пространства между уровнем жидкости и пробкой не превышала 2 см. Сосуд с реакционной смесью поместить в термостат 4 и соединить с измерительной системой, состоящей из уравнительного сосуда 3 и бюретки 2, заполненных подкрашенной водой. Кран 5 в течение 1-2 мин держать открытым (связанным с атмосферой) для вытеснения воздуха выделяющимся кислородом из реакционного сосуда, затем выставить положение жидкости в бюретке на ноль и закрыть его, соединив таким образом реакционный сосуд с газовой бюреткой. После этого через 1 минуту произвести первое измерение и записать уровень жидкости по бюретке и время. Каждое следующее измерение сопровождается такой же записью, причем уровни жидкости в бюретке и уравнительном сосуде непрерывно поддерживаются одинаковыми. Измерения необходимо проводить через 1 минуту до тех пор, пока выделяется больше, чем 1 мл газа, затем увеличивать промежутки времени до 2, 3 и 5 минут. После того как реакция практически прекратится, реакционный сосуд поместить в кипящую водяную баню и выдержать в ней до полного разложения пероксида водорода (около 15-20 минут). При кипячении на водяной бане уравнительный сосуд должен находиться в наиболее низком положении. Затем реакционный сосуд снова поместить в термостат на 15-20 мин и измерить уровень жидкости в бюретке. Результаты записать в таблицу по образцу:

Температура опыта, ^оС………; катализатор………; количество пероксида водорода………

№	Время измер. по часам	Время от начала реакции	Уровень жидкости в бюретке	Объём выделив-шегося газа, см3	Скор-ть реакции			k	kср
. .

По полученным экспериментальным данным:

1) Построить кинетическую кривую – график зависимости разности объемов кислорода от времени (на оси абсцисс откладывать время в минутах). По этому графику найти скорости реакции в различные моменты времени, как тангенсы угла наклона касательных к кинетической кривой;

2) Дифференциальным методом Вант-Гоффа определить порядок реакции. Для этого построить зависимость логарифма скорости реакции, через различные промежутки времени от логарифма разности объемов выделенного кислорода и найти порядок реакции, как тангенс угла наклона полученной прямой;

3) Подтвердить порядок реакции графическим вариантом метода подбора, построив график зависимости логарифма разности объемов кислорода от времени .

При помощи графика определить константу скорости реакции. Рассчитать также константу скорости реакции по времени полупревращения и используя кинетическое уравнение реакции первого порядка в интегральной форме, в котором концентрации Н₂О₂ в начальный момент и в момент измерения t заменить разностями объемов кислорода:

(1)

где V_∞ - объем кислорода, выделившийся после разложения всего пероксида водорода (определяется как разность уровней в бюретке в момент, принятый за начало реакции, и после кипячения Н₂О₂ до полного разложения); V₀ – уровень жидкости в начальный момент; определяется экстраполяцией прямой в координатах до t=0.

Сравнить полученные значения констант скорости реакции.