Реферат: Методичні вказівки до лабораторних робіт з курсу фізичної хімії
Відомо, що ця реакція має перший порядок. Метою роботи є експериментальне підтвердження цього порядку, розрахунок константи швидкості реакції і вивчення впливу на неї каталізатора.
Рис. 2. Схема приладу для вивчення кінетики реакції розкладу пероксиду водню
Кінетику реакції розкладу пероксиду водню вивчають, вимірюючи об'єм кисню, який виділяється через певні проміжки часу (газометричний метод). Схема приладу зображена на рис. 2. В пробірку з двома відростками 1 за допомогою піпетки наливають розчини пероксиду водню та каталізатора в кількостях, які будуть запропоновані викладачем, і вставляють її в термостат. Зрівноважувальну лійку 3 встановлюють так, щоб рівень води в газовій бюретці 2 був на 2-3 см вищим від "0". Щільно закривають пробірку пробкою, через яку пропущена з'єднана з газовою бюреткою трубка. Нахиляючи пробірку, змішують розчини пероксиду водню та каталізатора. Через деякий час, коли розчин стає насиченим, кисень починає з нього виділятися і рівень води в бюретці буде знижуватись. Коли рівень води опуститься до 0, включають секундомір. Після виділення кожних 3-5 мл газу записують час від початку реакції та загальний об'єм газу, що виділився.
Дуже важливо, щоб на початку експерименту і при кожному наступному вимірі рівні води в газовій бюретці та в зрівноважувальній лійці були однаковими (щоб об'єм газу визначався при однаковому тиску); для цього по мірі виділення газу лійку 3 поступово опускають вниз. Експеримент завершують тоді, коли виділиться весь газ.
Каталізаторами цієї реакції можуть бути розчини йодиду калію, хлоридів заліза та міді різних концентрацій.
Після завершення експерименту будують графік V= f( t) (загальний об'єм виділеного кисню — час від початку експерименту) і визначають за ним Vкін , що відповідає кінцю реакції. Оскільки величина Vкін пропорційна початковій концентрації пероксиду водню "а ", а об'єм виділеного кисню V— зменшенню концентрації "Х", константу швидкості реакції розраховують за допомогою рівняння
Розрахунки k достатньо зробити для 5-6 точок середньої частини кривої. Константа швидкості реакції може бути також розрахована як тангенс кута нахилу прямої в координатах
Результати експерименту записують в таблицю
| Номер виміру | Час з початку реакції t, с | Об'єм газу V.мл | k, t-1 | ||
| 1 | |||||
| … | |||||
| 15 | |||||
| kсередня = | |||||
Перший порядок реакції повинен підтверджуватися незмінністю константи швидкості реакції.
Література: 1, с. 455-464; 2, с. 319-324.
3. ТЕРМІЧНИЙ АНАЛІЗ
Термічний аналіз ґрунтується на вивченні залежності температур початку та кінця плавлення системи від її складу. У цьому методі результати дослідження подають графічно у вигляді діаграм температура плавлення-склад, які мають назву діаграм плавкості. Завданнятермічногоаналізу полягає у побудові та вивченні таких діаграм.
Для побудови діаграми плавкості вивчають процес кристалізації розплавлених індивідуальних речовин та їх сумішей різного складу. Якщо помістити в тигель чи пробірку з термометром деяку кількість речовини А, нагріти її вище температури плавлення і потім охолоджувати, записуючи через рівні проміжки часу температуру, то крива охолодження (Т - t) буде мати вигляд кривої 1 на рис. З.
Рис. 3. Криві охолодження і діаграма плавкості системи з евтектикою
Спочатку температура рівномірно знижується (більш чи менш круто залежно від швидкості теплообміну) - ділянка "ав" на кривій 1. В точці "в" починається кристалізація компонента А, яка супроводжується виділенням теплоти. Зниження температури припиняється, бо ця теплота (теплота плавлення або кристалізації) компенсує її відведення, і на кривій охолодження з'являється горизонтальна ділянка "вс" (поріг). Коли затвердіє остання краплина розплавленого А (точка"с" на кривій 1), температура знову почне рівномірно спадати (ділянка "сd"). Аналогічні криві охолодження мають всі чисті речовини.
Якщо спостерігати охолодження рідкої суміші, яка вміщує відомий процент В (наприклад., 20% В), то зміна температури відбуватиметься по кривій 2. Як відомо, розчини мають температуру початку затвердіння більш низьку, ніж чисті розчинники, і чим більше концентрація розчину, тим нижче його температура початку затвердіння. Відрізок "ав" кривої 2 відповідає охолодженню рідкої суміші. В точці "в" спад температури уповільнюється внаслідок того, що починається кристалізація розчинника А, яка супроводжується виділенням його теплоти плавлення. Розчин стає насиченим відносно компонента А. Кристалізація розчинника А проходить при змінній температурі (ділянка "вс" на кривій 2), тому що під час кристалізації А зростає концентрація B в розчині і, відповідно, знижується його температура затвердівання. При температурі Те розчин стає насиченим по відношенню до компонента В (точка "с"), внаслідок чого починається сумісна кристалізація речовин А і В. Склад розчину при цьому не змінюється, і тому процес йде при сталій температурі. Розплав, який має сталу температуру кристалізації Те , називається евтектичним, чи евтектикою, Те - евтектична температура. Відрізок кривої "сd" відповідає кристалізації евтектики; "dе" - охолодженню кристалів А і В.
Кристалізація розплаву евтектичного складу проходить при постійній температурі Те (крива 3). Крива охолодження має один поріг і за виглядом схожа на криву охолодження чистої речовини.
Аналогічний ряд кривих можна одержати, якщо за розчинник взяти речовину В і додавати до неї все більшу кількість речовини А (криві 6,5, 4). Якщо перенести температури початку та кінця кристалізації на діаграму температура-склад, ми одержимо діаграму плавкості системи, яка утворює евтектику.
На діаграмі плавкості АЕВ — лінія ліквідусу, вище якої система перебуває в рідкому стані, СЕF — лінія солідусу, нижче якої система перебуває в твердому стані, Е — евтектична точка. Поле АСЕ відповідає системам, які складаються з рідких розчинів різного складу в рівновазі з кристалами А, поле ВЕF — розплавам в рівновазі з кристалами В.
Діаграму з евтектикою утворюють речовини, які взаємно нерозчинні в твердому стані. Якщо речовини А і В утворюють хімічну сполуку або твердий розчин, діаграма матиме інший вигляд. Форми діаграм плавкості дають можливість робити висновки про те, які процеси проходять в складних системах, а їх дослідження має велике значення для теорії і практики технології переробки матеріалів (виділення речовин з розчинів, перекристалізація, одержання чистих речовин, металургійні процеси тощо).
Виконання роботи
Задача 1. Побудова діаграми плавкості системи нафталін - бензойна кислота.
Експеримент проводиться з набором сумішей різного складу (за вказівкою викладача). Загальна маса суміші в кожній пробірці становить 5 г. В кожну пробірку вставлена термопара, кінці якої виведені через азбестову пробку. Масова частка бензойної кислоти в кожній суміші зазначена на пробірці.
Для кожної суміші знімають криву охолодження. Для цього пробірку беруть щипцями і нагрівають на газовому пальнику до температури, що трохи перевищує температуру плавлення (нагрівати потрібно обережно, не допускаючи перегріву речовини в пробірці в зв'язку з можливістю руйнування пробірки та температурної деструкції речовини). Пробірку з розплавом вставляють в більш широку пробірку, яка закріплена в штативі і уповільнює темп охолодження. Термопару підключають до електронного термометра, який перетворює величини ЕРС термопари на температуру в °С.
Виміри і записи температури потрібно проводити з початку охолодження проби до того часу, поки температура не впаде до 35-40 o С. Аналогічні експерименти проводять з усіма пробірками, не забуваючи записати склад суміші,взятої для роботи.
Після одержання температур охолодження для всіх сумішей будують на одному рисунку з однаковим масштабом по температурі криві охолодження і діаграму плавкості так, як показано на рис. 3.
Задача 2. Візуальний метод термічного аналізу.
Якщо тверду суміш, яка вміщує 20% В (рис. 3), нагрівати, то при Те почнеться її плавлення і повністю розплавиться вся евтектика, а останні кристали А розплавляться при температурі, яка відповідає точціК. Якщо приготувати ряд сумішей та знайти їх температури кінця плавлення, то за допомогою цих даних можна провести лінію ліквідусу і визначити температуру плавлення евтектики та її склад. Для виконання роботи беруть суміші різного складу: