X Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2018

Изучение кинетики химических процессов имеет большое теоретическое и практическое значение, так как позволяет выяснить механизм реакций, открывая пути для управления процессом: появляется возможность ускорять желательные и замедлять нежелательные химические реакции.

Цель работы: Изучить кинетику каталитического разложения перекиси водорода при различных температурах в присутствии комплексной соли палладия. Определить константы скорости при разных температурах, порядок реакции и энергию активации.

При изучении реакции разложения пероксида водорода 2Н₂О₂→2Н₂О+О₂ было установлено, что процесс протекает с заметной скоростью в присутствии комплексных солей палладия(II): PdCl₄^2-, Pd(NH₃₎₂Cl₂, Pd(NO₂₎₄^2-, Pd(NO₂₎₂Cl₂^2-.

Количество пероксида водорода, разложившегося к данному моменту времени, определяли газометрически по объему выделившегося кислорода.

Существуют различные методы определения порядка реакции

1.Метод подстановки (аналитический метод). Экспериментально находят концентрации одного из веществ С через разные промежутки времени от начала реакции. Значение С, и начальной концентрации С₀ подставляют в кинетическое уравнение k=ln(C₀/C)/t и рассчитывают константу скорости. Если величина k, вычисленная для разных моментов времени, остается практически постоянной, это говорит о том, что реакция первого порядка. Если значения k не сохраняют постоянного значения, величины С, и С₀ подставляют в уравнение k=(1/C‑1/C₀)/t. Постоянство значений k свидетельствует о втором порядке реакции.

2.Графический метод. Из уравнения k=1/t LnC₀/C следует, что график зависимости LnC от времени должен иметь вид прямой линии. Тангенс угла наклона прямой по отношению к оси абсцисс равен –k, а отрезок отсекаемый прямой на оси ординат равен LnC₀. Полученные экспериментальные значения С, наносят на график в координатах «LnC-t». Если прямая линия – это означает, что реакция имеет первый порядок. Если не получается строят график 1/С= f(t).

3.Методом начальных концентраций.

4.По периоду полупревращения. Проводят реакцию при различных начальных концентрациях С₀ и определяют период полупревращения. Если реакция имеет первый порядок, период полупревращения при разных С₀ будет одним и тем же. Если период полупревращения обратно пропорционален начальной концентрацией, реакция имеет второй порядок.

На рисунках 1-6 приведены экспериментальные кинетические кривые.

Рис.1- Кинетическая кривая (t=25°C)

Рис.2- Кривая скорости по первому порядку (t=25°C)

Рис.3 - Кривая скорости по второму порядку (t=25°C)

Рис. 4- Кинетическая кривая (t=12.5°C)

Рис. 5 Кривая скорости по первому порядку (t=12.5°C)

Рис. 6- Кривая скорости по второму порядку (t=12.5°C)

Если из экспериментальных данных известны константы скорости при нескольких температурах, можно вычислить значение энергии активации. Для этого необходимо построить график зависимости lnk от 1/T. Если экспериментальные данные подчиняются уравнению Аррениуса, зависимость окажется линейной, причем тангенс угла наклона прямой к оси ox равен отношению величины энергии активации к универсальной газовой постоянной.

Значение энергии активации можно рассчитать, воспользовавшись логарифмической формой уравнения Аррениуса.

В таблице 1 приведены результаты определения констант скорости.

Таблица 1 - Результаты определения константы скорости

t,°С	T, К	k, мин-1	1/T	lnk
12,5	285,5	0,057	0,003503	-2,8647
25	298	0,168	0,003356	-1,7838

Исследование кинетики реакции разложения пероксида водорода в присутствии PdCl₄^2- при температурах 12,5°С и 25ºС показало, что:

при содержании [PdCl₄]^2- в реакционной среде от 1·10^-2 до 1·10^-3 моль/дм³ пероксид водорода разлагается в соответствии с кинетическим уравнением первого порядка по H₂O₂: ;

константа скорости реакции зависит от температуры;

энергия активации в исследуемом интервале температур равна 61 кДж/моль.

Код для цитирования: Скопировать