Рабочее задание и методические указания по выполнению.

5.1. В стакан опустите магнитик и столбик бензойной кислоты, закрепленный в штативе. Величина зазора между магнитом и столбиком бензойной кислоты должна быть 2-3 см. Залейте в стакан дистиллированную воду. Уровень воды должен быть на 2-3 см выше столбика бензойной кислоты. Время погружения бензойной кислоты в воду отметьте как начальное (τ_о). Включите магнитную мешалку.

Через заданные преподавателем промежутки времени отбирайте по 3мл раствора бензойной кислоты, не выключая мешалку. Оттитруйте бензойную кислоту 0,01н раствором NaOH в присутствии 1-2 капель фенолфталеина до появления бледно-розовой окраски, не исчезающей в течение 1-2 минут.

Для снижения ошибки опыта отбирайте пробы из одного и того же места.

Концентрацию бензойной кислоты в любой момент времени (С) определяйте по формуле:

С = (Cщ * Vщ) / Vк (16)

где Cщ - концентрация используемой для титрования щелочи (экв/л):

Vщ - объем щелочи, пошедший на титрование бензойной кислоты (мл);

Vк - объем кислоты, взятой на анализ (3 мл).

Концентрацию С_о - определите, оттитровав 3 мл насыщенного раствора бензойной кислоты 0,1н раствором NaOH в присутствии фенолфталеина. Опыт проделайте 3 раза, затем найдите средний объем щелочи, пошедший на титрование бензойной кислоты, и по нему С_о по формуле (16). Результаты измерений и расчетов занесите в таблицу 1.

Таблица 1

Константу скорости растворения бензойной кислоты рассчитайте по уравнению (9).

Найдите среднее значение константы скорости по формуле:

Кср = (К₁+К₂+ ...К_n) / n (17)

где К₁,К_2,К_n - значения констант скорости, определенные в каждый момент времени, n - число определений.

Полученные значения константы скорости (К₁+К₂+ ...К_n) сравните либо со средним значением (Rch)? либо со значением константы скорости, найденным графическим путем (рис. 3, формула 11). Для этого подсчитайте относительную ошибку (см. формулы 18,19).

Полученные значения относительных ошибок позволяет определить, соответствует ли процесс растворения бензойной кислоты предложенному для расчета кинетическому уравнению реакции первого порядка (9).

Относительную ошибку определяют по формуле:

Qi = ((/Кср - Кi/) / Кср) * 100 (%) (18)

или

Qi = ((/Кгр - Кi/) / Кгр) * 100 (%) (19)

где Кср и Кгр - среднее значение константы скорости или найденное графическим путем значение константы скорости;

Кi - значение i-той константы скорости.

Подставив все значения константы скорости в формулу (18) или (19), находят все n значения относительных ошибок.

Если относительная ошибка находится в пределах 10%, то изучаемый процесс растворения бензойной кислоты соответствует кинетическому уравнению реакции первого порядка (9).

5.2. Для определения энергии активации (Е) проведите опыт при нескольких температурах.

Налейте в стакан с магнитиком и столбиком бензойной кислоты подогретую на плитке дистиллированную воду. Включите магнитную мешалку. Через заданный преподавателем промежуток времени отберите пробу бензойной кислоты. Измерьте термометром температуру раствора (t₁). Доливая воду (горячую или холодную), повторите опыт несколько раз, замеряя каждый раз температуру (t₁,t₂ …t_n).

Отбор проб и определение С и С_о проводите, как в опыте 5.1.

Результаты опыта запишите в табл. 2.

Таблица 2.

Энергию активации процесса растворения бензойной кислоты определите по формуле (15).

Найдите, как изменяется энергия активации при увеличении температуры на один градус. Для этого воспользуйтесь формулой:

ΔЕ = Е₁/(t_i+1 - t_i) (20)

где Е₁ - энергия активации процесса растворения бензойной кислоты при повышении температуры от t_i до t_i+1 .

5.3. Рассчитайте температурный коэффициент процесса растворения бензойной кислоты γ (12). Определите по формуле (13) константу скорости для любой температуры (по заданию преподавателя).

На основании полученных результатов сделайте выводы.

Контрольные вопросы.

6.1. Что понимают под кинетикой химических процессов?

6.2. Объясните механизм растворения твердых тел.

6.3. Что такое «диффузный слой»?

6.4. Как количественно можно определить скорость растворения твердого тела?

6.5. Что понимают под порядком реакции?

6.6. Как определяют порядок реакции?

6.7. Что понимают под энергией активации?

6.8. Чир показывает температурный коэффициент и как его определяют?

6.9. Что характеризует уравнение Аррениуса?