raport 7.1 koncowe.doc

Krzysztof Piotrowski, biotechnologia II, gr. 2              04.11.2011 r.

Ćwiczenie 7.1.

Wyznaczanie stałej szybkości reakcji rozkładu nadtlenku wodoru na katalizatorze węglowym.

1. Wstęp teoretyczny

Kinetyka chemiczna zajmuje się szybkością reakcji chemicznych, szybkością zużycia substratów i ich przemiany w produkty, wpływem warunków przeprowadzania reakcji na jej przebieg oraz  rolą katalizatorów. Poza ustalaniem mechanizmu reakcji i wpływu warunków jej prowadzenia, kinetyka chemiczna zajmuje się również wyznaczaniem stałych szybkości reakcji k.

Stała szybkości reakcji k jest współczynnikiem występującym w równaniach kinetycznych charakterystycznym dla danej reakcji chemicznej. Jej wartość nie jest zależna od stężenia reagentów, jednak zależy od temperatury. Wyznaczenie wartości stałej szybkości reakcji umożliwia określenie szybkości reakcji chemicznej oraz wartości stężeń substratów w wybranym momencie przebiegającej reakcji.

Reakcja rozkładu nadtlenku wodoru na katalizatorze węglowym przebiega zgodnie z równaniem:

Zastosowany w reakcji węgiel aktywny nie jest reagentem (stężenie katalizatora nie ulega zmianie), ale zwiększa szybkość zachodzącej reakcji. Użyty katalizator kieruje reakcję na etapy pośrednie o niższych energiach aktywacji.

Doświadczalne wyznaczanie stałej szybkości reakcji polega na oznaczaniu objętości wydzielającego się w reakcji tlenu przy użyciu biurety gazowej połączonej z naczyniem reakcyjnym. Pozwala to na wyznaczenie liczby moli wydzielonego tlenu przez wykorzystanie równania stanu gazu doskonałego. W oparciu o wyznaczone wartości możliwe jest obliczenie stałej szybkości reakcji na podstawie równania kinetycznego, przy wykorzystaniu metody graficznej lub metody najmniejszych kwadratów.

2. Literatura

J. Ceynowa, R. Nowakowski, M. Litowska, J. Ostrowska-Czubenko, Podręcznik do ćwiczeń laboratoryjnych z chemii fizycznej, Wydawnictwo Uniwersytetu Mikołaja Kopernika,
Toruń 2006, rozdz. 2, s. 77, 88-89, 93-95.

P. W. Atkins, Podstawy chemii fizycznej, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2002, rozdz. 7, s. 283-284, 288-290.

3. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia było wyznaczenie stałej szybkości reakcji rozkładu nadtlenku wodoru na katalizatorze węglowym.

4. Wykonanie ćwiczenia

Doświadczenie należało rozpocząć od przygotowania ok. 0,3% roztworu H2O2 przez odmierzenie 5 ml roztworu wyjściowego H2O2 o stężeniu 6% do kolby miarowej i uzupełnienia jej wodą destylowaną do objętości 100 ml. Następnie uruchomiono termostat i oznaczono stężenie molowe przygotowanego roztworu przez trzykrotne przeprowadzenie miareczkowania roztworem KMnO4 o stężeniu 0,01993 mol/dm3. Miareczkowano odmierzone pipetą 2 ml roztworu, do którego dodano 1 ml H2SO4 o stężeniu 4 mol/dm3 i rozcieńczono wodą destylowaną.

Po miareczkowaniu roztworu nadtlenku wodoru, do naczynia reakcyjnego wprowadzono 50 ml przygotowanego roztworu H2O2, odważono 0,13135 g węgla aktywnego na wadze analitycznej, a łopatkę z węglem umieszczono w naczyniu reakcyjnym, bez przenoszenia katalizatora do roztworu. Po wytermostatowaniu układu zamknięto kran, w naczyniu umieszczono kostkę mieszadła magnetycznego i włączono mieszanie. Następnie wprowadzono do roztworu węgiel aktywny i jednocześnie włączono stoper. Co minutę odczytywano poziom wody w biurecie gazowej w celu określenia objętości wydzielonego w reakcji tlenu.

5. Opracowanie wyników

5.1 Oznaczanie stężenia molowego roztworu H2O2 na drodze miareczkowania roztworem KMnO4.

mol/dm3

Reakcja nadtlenku wodoru z manganianem (VII) potasu w środowisku kwaśnym:

n = cV

V1 = 3,8 cm3

V2 = 3,8 cm3

V3 = 3,75 cm3

= 2 cm3 = 0,002 dm3

5.2 Obliczanie początkowej liczby moli H2O2 w naczyniu reakcyjnym.

= 50 cm3 = 0,05 dm3

5.3 Obliczanie liczby moli tlenu wydzielonego w wyniku rozkładu H2O2 w czasie t.

pV = nRT

=

R = 8,314 J/mol K

T = 298 K

P = patm – ppara wodna

patm = 101200 Pa

ppara wodna = 3167,73 Pa

p = 98032,27 Pa