Ktedr Chemii Fizycznej Uniwersytetu Łódzkiego Energi ktywcji jodowni cetonu oprcowł dr B. Nowick, ktulizcj D. Wliszewski ćwiczenie nr 8 Zkres zgdnień obowiązujących do ćwiczeni 1. Cząsteczkowość i rzędowość rekcji chemicznych 2. Równni kinetyczne rekcji rzędu pierwszego i drugiego 3. Metody wyznczni rzędowości rekcji 4. Rekcje odwrclne, nstępcze i równoległe 5. Wpływ tempertury i ktliztor n szybkość rekcji 6. Teori ktywnych zderzeń i ktywnego kompleksu Litertur 1. K. Pigoń, Z. Ruziewicz, Chemi Fizyczn, PWN, Wrszw 2. A. Bielński i in. (red.), Chemi fizyczn, PWN, Wrszw 3. P.W. Atkins, Chemi fizyczn, PWN, Wrszw 4. A. Molski, Wprowdzenie do kinetyki chemicznej, WNT, Wrszw 5. J. Woźnick, H. Piekrski (red.), Ćwiczeni lbortoryjne z chemii fizycznej, Wydwnictwo UŁ, Łódź
Celem ćwiczeni jest wyznczenie stłych szybkości rekcji jodowni cetonu k 293 i k 303 w obecności kwsu solnego w dwóch temperturch (T 1 = 293 K i T 2 = 303 K) orz obliczenie energii ktywcji bdnej rekcji. CZĘŚĆ DOŚWIADCZALNA Ukłd pomirowy Ukłd pomirowy skłd się z dwóch ultrtermosttów orz zestwu biuret półutomtycznych. Odczynniki chemiczne i sprzęt lbortoryjny: roztwóry: I 2 (c = 0,1 mol dm -3 ) i NHCO 3 (c = 0,1 mol dm -3 ), minowne roztwory: N 2 S 2 O 3 i HCl 2 kolby mirowe (250 cm 3 ), 2 kolby stożkowe (100 cm 3 ), 2 zlewki (250 cm 3 ), pipet mirow (25 cm 3 ), pipet (5 cm 3 ), 2 pipety (2 cm 3 ), 3 pipety (25 cm 3 ). Wykonnie ćwiczeni i przedstwienie wyników pomirów Zstosown w ćwiczeniu metod pomirow poleg n bezpośrednim pobrniu próbek roztworu z kolby rekcyjnej i oznczeniu stężeni jodu przez mireczkownie minownym roztworem tiosircznu sodu. Wyniki mireczkowni umożliwiją obliczenie stężeni produktu. 1. Do dwóch kolb mirowych o pojemności 250 cm 3 wlć po 25 cm 3 roztworu I 2 orz po 30 cm 3 kwsu solnego. Mieszniny rozcieńczyć wodą destylowną do poziomu około 3 cm poniżej kreski. 2. Kolby umieścić w termosttch o różnych temperturch: T 1 = 293 K i T 2 = 303 K. 3. Przygotowć dwie kolby (100 cm 3 ) i do kżdej z nich wlć po 25 cm 3 roztworu NHCO 3. 4. Po ustleniu się tempertury w pierwszym termostcie (około 20 minut), wyjąć kolbę mirową, dodć 2 cm 3 cetonu (moment rozpoczęci rekcji, t = 0), dopełnić wodą destylowną do kreski i wymieszć. Pobrć ntychmist pipetą mirową 25 cm 3 roztworu i wprowdzić do wcześniej przygotownej kolby z roztworem NHCO 3. W roztworze tym rekcj zostje zhmown. Kolbę mirową z mieszniną rekcyjną umieścić ponownie w pierwszym termostcie. 2
5. Próbkę pobrną z mieszniny rekcyjnej zmireczkowć wobec skrobii roztworem N 2 S 2 O 3. Skrobię dodć w chwili, gdy ciemnobrązowy roztwór zmieni brwę w jsnożółtą. Punkt końcowy mireczkowni wskzuje odbrwienie grntowego roztworu. Znotowć objętość tiosircznu sodu zużytą do mireczkowni V 0. 6. W przypdku mieszniny rekcyjnej znjdującej się w drugiej kolbie mirowej (T 2 = 303 K) wykonć czynności nlogiczne do opisnych w punktch 4 i 5. Nie nleży rozpoczynć bdń jednocześnie dl obu serii pomirowych tzn. rekcji prowdzonych w temperturze 293 K i w temperturze 303 K. 7. Po upływie czsu t 1 = 20, t 2 = 40, t 3 = 60, t 4 = 80 i t 5 = 100 minut (czs liczyć od momentu rozpoczęci rekcji) z obu roztworów (termostt 1 i 2) pobierć próbki po 25 cm 3, dodwć do przygotownej kolby z roztworem NHCO 3 i mireczkowć w sposób opisny w punkcie 5. Notowć czsy pobierni próbek t 1, t 2...i objętości zużytego tiosircznu sodu V t tzn. V 1, V 2... Czs pobierni próbek do mireczkowni może różnić się od wskznego, le musi być określony z dokłdnością do 1 minuty. Tbel 1.Wyniki pomirów i obliczeń dl rekcji prowdzonej w temperturze 293 K Czs t [min] Czs t [s] Objętość N 2 S 2 O 3 V t [cm 3 ] [mol dm -3 ] b[mol dm -3 ] x [mol dm -3 ] ln ( b + x ) B 293 [s -1 ] k 293 [s -1 dm 3 mol -1 ] t 0 = 0 V 0 t 1 V 1.. t 5 V 5 3
Tbel 2. Wyniki pomirów i obliczeń dl rekcji prowdzonej w temperturze 303 K Czs t [min] Czs t [s] Objętość N 2 S 2 O 3 V t [cm 3 ] [mol dm -3 ] b[mol dm -3 ] x [mol dm -3 ] ln ( b + x ) B 303 [s -1 ] k 303 [s -1 dm 3 mol -1 ] t 0 = 0 V 0 t 1 V 1.. t 5 V 5 Oprcownie i dyskusj wyników pomirów 1. Obliczyć stężenie początkowe cetonu i stężenie początkowe kwsu solnego b znjąc objętości i stężeni substrtów: = V d c c M cv r orz b = V c HCl gdzie: objętość cetonu V c = 2 cm 3 i jego gęstość w dnej temperturze (d 293 = 0,79060 g cm -3, d 303 = 0,77908 g cm -3 ), M c ms cząsteczkow cetonu, V r objętość roztworu (250 cm 3 ), V HCl objętość kwsu solnego (30 cm 3 ), c HCl stężenie molowe kwsu solnego (podne z dokłdnością ± 0,001 mol dm -3 ) Wrtości obliczonych stężeń podć z dokłdnością ± 0,0001 mol dm -3. V r HCl (1) 2. Obliczyć stężeni produktu x zgodnie ze wzorem: x = V V 0 t V pr c N2S2O3 2 (2) gdzie: V 0 objętość tiosircznu sodu zużyt do zmireczkowni próbki n początku rekcji, V t objętość N 2 S 2 O 3 potrzebn do zmireczkowni próbki po czsie t, c stężenie molowe tiosircznu sodu (0,01 mol dm-3 N ), V 2S2O3 pr objętość próbki pobiernej do mireczkowni (25 cm 3 ). 4
Stężenie produktu po czsie t jest równe ubytkowi stężeni jodu. N zmireczkownie 1 mol jodu nleży ztem zużyć 2 mole tiosircznu sodu, poniewż tiosirczn sodu reguje z jodem zgodnie z równniem rekcji: 2 N 2 S 2 O 3 + I 2 N 2 S 4 O 6 + 2 NI. Wrtości obliczonych stężeń podć z dokłdnością do czterech miejsc po przecinku. 3. Wyznczyć stłe szybkości rekcji jodowni cetonu: k 293 i k 303 w dwóch temperturch pomiru, bzując n scłkownej postci równni kinetycznego tego procesu: 1 b x k = t( b) ln ( + ) (3) + W tym celu : ) obliczyć ln ( b + x ) dl wszystkich wrtości t, b) sporządzić wykresy zleżności ln ( b + x ) w funkcji czsu dl obu serii pomirowych (w temperturch T 1 = 293 K i T 2 = 303 K), których ilustrcją grficzną są proste opisne równniem: ln ( b + x ) = k T (+b) t = B T t (4) c) wyznczyć metodą grficzną współczynniki kierunkowe B 293 i B 303 otrzymnych prostych d) obliczyć stłe szybkości jodowni cetonu: k 293 i k 303 korzystjąc z zleżności: k = 1 b B ( + ) 293 293 5 i k = 1 b B ( + ) 303 303 4. Obliczyć energię ktywcji jodowni cetonu E stosując zleżność szybkości rekcji chemicznej od tempertury, tzn logrytmiczną postć równni Arrhenius: (5) ln k = ln A E (6) RT dl otrzymnych wrtości stłych szybkości rekcji w dwóch temperturch (T 1 = 293 K i T 2 = 303 K): ln k k 303 293 E 1 1 = (7) R 293 303
5. Zinterpretowć uzyskne wyniki pomirów i obliczeń. 6