Обработка результатов. Исследование гомогенной каталитической реакции

Исследование гомогенной каталитической реакции

по дисциплине:

«Общая химическая технология»

Выполнил: студент гр. МХ-08-31

Проверил: Идрисова В. А.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА

Цель работы:

Установить скорости гомогенной каталитической реакции разложения перекиси водорода от концентрации катализатора и температуры.

Н₂О₂ → Н₂О + 1/2 О₂

Порядок выполнения работы:

В реакционную колбу 1 (Рис.1) наливаем 100мл дистиллированной воды и 4 мл 3% раствора перекиси водорода.

Проверяем герметичность системы, затем открываем кран 4 и с помощью уравнительного сосуда 6 устанавливаем уровень воды в бюретке 5 на нулевой отметке. После этого заливаем в реакционную колбу 4 мл 10% раствора хлорида железа, быстро и плотно соединяем реактор 1 с бюреткой 5, закрываем кран 4, включаем мешалку, запускаем секундомер и начинаем замерять объем выделяющегося кислорода.

Замеры производим через 30 секунд, каждый раз предварительно уравнивая уровни воды в бюретке 5 и сосуде 6 путем стравливания кислорода через кран 4.

Проводим опыты при двух различных температурах (21^оС и 31^оС). Затем проводим аналогичную работу с 30% раствора хлорида железа в качестве катализатора.

Рисунок 1- Схема лабораторной установки.

1-колба на 250мл; 5- бюретка на 50 мл;

2- магнитик; 6- уравнительный сосуд;

3- магнитная мешалка; 7- соединительные трубки

4- кран;

Обработка результатов.

Экспериментальные данные заносим в таблицу.

Таблица 1- Результаты эксперимента №1

Условия первого опыта: температура 21оС объем перекиси водорода: 4 мл объем 10% FeCl3: 4 мл	Условия второго опыта: температура 21оС объем перекиси водорода: 4 мл объем 30% FeCl3: 4 мл
Продол-жительность реакции от начала опыта	Объем выделившегося кислорода (Vτ),мл	Продол-жительность реакции от начала опыта	Объем выделившегося кислорода (Vτ),мл
4 мин 35 с	1,5	4 мин 10 с	1,7
5 мин 05 с	1,3	4 мин 40 c	1,5
5 мин 35 с	1,0	5 мин 10 с	1,2
6 мин 05 с	0,7	5 мин 40 c	0,9
6 мин 35 с	0,4	6 мин 10 с	0,7
7 мин 05 с	0,2	6 мин 40 c	0,5
7 мин 35 с	0,2	7 мин 10 с	0,5
8 мин 05 с	0,2	7 мин 40 c	0,5
∑τ=3 мин 30 с		∑τ=3 мин 30 с

Таблица 2- Результаты эксперимента №2

Условия первого опыта: температура 31оС объем перекиси водорода: 4 мл объем 10% FeCl3: 4 мл	Условия второго опыта: температура 31оС объем перекиси водорода: 4 мл объем 30% FeCl3: 4 мл
Продол-жительность реакции от начала опыта	Объем выделившегося кислорода (Vτ),мл	Продол-жительность реакции от начала опыта	Объем выделившегося кислорода (Vτ),мл
2 мин 10 с	1,5	1мин 45 с	1,5
2 мин 30 с	1,3	1 мин 55 с	1,3
2 мин 50 с	1,2	2 мин 05 с	1,3
3 мин 10 с	1,1	2 мин 15 с	1,2
3 мин 30 с	1,0	2 мин 25 с	0,8
3 мин 50 с	0,8	2 мин 35 с	0,7
4 мин 10 с	0,7	2 мин 45 с	0,5
4 мин 30 с	0,5	2 мин 55 с	0,3
4 мин 50 с	0,2	3 мин 05 с	0,3
5 мин 10 с	0,2	3 мин 15 с	0,2
5 мин 30 с	0,2	3 мин 25с	0,2
5 мин 50 с	0,2	3 мин 35 с	0,2
∑τ=3 мин 40 с		∑τ=1 мин 50 с

Для различных моментов времени от начала реакции (τ) вычисляем значения констант скоростей реакции, пользуясь кинетическим уравнением реакции 1-го порядка:

или

где:

а - начальное число молей исходного вещества;

(а – х) - число молей исходного вещества, оставшегося к моменту τ;

V - предельный объем выделившегося кислорода, т.е. пропорциональная исходному количеству перекиси водорода;

(V–V_τ) - объем кислорода, кислорода который выделяется при разложение перекиси водорода, оставшегося в системе к моменту времени τ, т.е. величина пропорциональная количеству перекиси водорода в данный момент времени.

Рассчитаем значения при t=21^ОС для 10% FeCl₃.

; ;

; ;

; ;

;

.

Рассчитаем значения при t=21^ОС для 30% FeCl₃.

; ;

; ;

;

;

;

;

Рассчитаем значения при t=31^ОС для 10% FeCl₃.

; ;

; ;

; ;

; ;

; ;

;

Рассчитаем значения при t=31^ОС для 30% FeCl₃.

; ;

; ;

; ;

; ;

; ;

;

По средним значениям констант скоростей реакции k₁ и k₂ для двух различных температур (Т₁ и Т₂, ^оК) вычислим величину кажущейся энергии активации реакции:

Рассчитаем энергию активации для 10% раствора FeCl_3.

кал

Рассчитаем энергию активации для 30% раствора FeCl_3.

кал

Определяем отношение констант скоростей реакций (k₁/k₂) отношение объемов раствора хлорного железа (V₁/V₂), использованных в соответствующих опытах при постоянной температуре. Две эти величины должны совпасть, т.е.

При t=21 ^ОС

;

При t=31 ^ОС

Вывод: научились устанавливать скорости гомогенной каталитической реакции разложения перекиси водорода от концентрации катализатора и температуры.

Н₂О₂ → Н₂О + 1/2 О₂

График зависимости количества выделенного кислорода от времени при 21 °С

График зависимости количества выделенного кислорода от времени при 31 °С