2.Ordin de reactie+energia de activare

4
D D ETERMINAREA ETERMINAREA  ORDINULUI ORDINULUI  PAR Ţ IAL PAR Ţ IAL  D E D E  REAC Ţ IE REAC Ţ IE  Scopul lucrării  Se determină ordinul parţial de reac ţie în raport cu Na2S2O3 pentru reacţia dintre Na2S2O3 şi H2SO4.  Introducere. Pentru o reacţie chimică scrisă în formă generală = = m i i i n i i i  A  A ! ! ν ν "!# $i te%a de reacţie poate fi definită faţă de oricare din participanţii la reacţia chimică& reactanţi "  A i # sau de produşi de reacţie "  A’ i #& ca fiind 'ariaţia în timp " t # a concentraţiei " c# sau a oricărei alte mărimi fi%ice proporţionale cu concentraţia  dt c d ( ! dt dc ! '  i i i i ) = = ν ν  "2# $ite%a de reacţie pentru oricare proces chimic depinde de concentraţia reactanţilor şi de temperatură  ' = f (c i  , T)  "3# *orma co ncr et ă a fun cţ i ei  f "ci  , T # depinde de natura reacţiei. Pentru un mare număr de reacţii funcţia f "ci  , T # este factori%a+ilă& adică poate fi redată su+ forma unui produs de două funcţii   F (c i  , T) = f 1 (T) x f 2 (c i  ) "4# *uncţia f 1(T) notată cu , este o constantă cinetică numită constantă de 'ite%ă. *uncţia  f 2(c2  ) este de forma = = i a i a a i i c c c c  f   ..... # "  2 ! 2 ! 2 "-# unde eponenţii ai se numesc ordine parţiale de reacţie  în raport cu reactanţii Ai. Pentru o reacţie chimică elementară "i%olată#& eponenţii a i sunt numeric egali cu coeficienţii stoechiometrici a i  =  i ν  Suma ordinelor parţiale de reacţie repre%intă ordinul total de reacţie  a /  i a  "0# Ord inu l de rea cţ i e es te o mă rime for ma l ă ca re se det ermină ep erime ntu l din măsurători de 'ite%ă de reacţie. 1l poate fi %ero& un număr întreg sau un număr fracţionar.  Relaţii de calcul. )eacţia dintre tiosulfatul de sodiu& Na2S2O3& şi acidul sulfuric H2SO4   Na 2 S 2 O 3   Na 2 SO 4 H 2 SO 4 SO 2 H 2 O S  "# este uşor de urmărit& deoarece unul din produşii de reacţie& sulful& se separă su+ formă de particule coloidale& care produc opalescenţa soluţiei. $i te%a de reacţie în raport cu sulful format este  t c v  s  R =  "# $i te%a de reacţie în raport cu concentraţiile reactanţilor este  ' )  / 4 SO 2 H 4 2 3 O 2 S 2  Na 3 2 a SO H a SO  Na s c c , t c =  "5# Pentru a determina ordinul parţial de reacţie în raport cu  Na2S 2! se 'a menţine constantă concentraţia iniţială a soluţiei de " 2 S #  şi se 'a modifica concentraţia iniţială a soluţiei de Na 2 S 2 ! . 6eoarece concentraţia sulfului coloidal format în reacţie poate fi considerată constantă& se  poate scrie  3 O 2 S 2  Na 3 2 2 3 O 2 S 2  Na 3 3 2 4 SO 2 H 4 2  a O S  Na a O S  Na s a SO H c , c c c , t ! =        =  "!7# s a SO H c c , , 4 SO 2 H 4 2 =  este constantă aparentă a 'ite%ei de reacţie. )elaţia se liniari%ea%ă prin logaritmare

Transcript of 2.Ordin de reactie+energia de activare

Page 1: 2.Ordin de reactie+energia de activare

8/16/2019 2.Ordin de reactie+energia de activare

http://slidepdf.com/reader/full/2ordin-de-reactieenergia-de-activare 1/4

DD ETERMINAREAETERMINAREA  ORDINULUIORDINULUI  PARŢIALPARŢIAL  DEDE  REACŢIEREACŢIE

 Scopul lucrării  Se determină ordinul parţial de reacţie în raport cu Na2S2O3 pentru reacţiadintre Na2S2O3 şi H2SO4.

 Introducere.  Pentru o reacţie chimică scrisă în formă generală

∑∑==

′′→m

i

ii

n

i

ii  A A

!!

ν ν  "!#

$ite%a de reacţie poate fi definită faţă de oricare din participanţii la reacţia chimică& reactanţi" Ai# sau de produşi de reacţie " A’ i#& ca fiind 'ariaţia în timp "t # a concentraţiei "c# sau a oricărei altemărimi fi%ice proporţionale cu concentraţia

 dt

cd

(

!

dt

dc!'   i

i

i

i

′=−=

ν ν   "2#

$ite%a de reacţie pentru oricare proces chimicdepinde de concentraţia reactanţilor şi de temperatură  ' = f (ci , T)   "3#

*orma concretă a funcţiei  f "ci , T # depinde de natura reacţiei. Pentru un mare număr dereacţii funcţia f "ci , T # este factori%a+ilă& adică poate fi redată su+ forma unui produs de două funcţii

   F (ci , T) = f 1(T) x f 2(ci ) "4#*uncţia f 1(T) notată cu , este o constantă cinetică numită constantă de 'ite%ă. *uncţia  f 2(c2 )este de forma

∏=⋅⋅=i

a

i

aa

iicccc f     .....#"   2!

2!2

"-#unde eponenţii ai se numesc ordine parţiale de reacţie în raport cu reactanţii Ai.

Pentru o reacţie chimică elementară "i%olată#& eponenţii ai sunt numeric egali cu coeficienţiistoechiometrici ai =   i

ν  

Suma ordinelor parţiale de reacţie repre%intă ordinul total de reacţie  a / ∑   i

a   "0#

Ordinul de reacţie este o mărime formală care se determină eperimentul dinmăsurători de 'ite%ă de reacţie. 1l poate fi %ero& un număr întreg sau un număr fracţionar.

 Relaţii de calcul. )eacţia dintre tiosulfatul de sodiu& Na2S2O3& şi acidul sulfuric H2SO4

 

 Na2S2O3   Na2SO4 H2SO4 SO2 H2O S 

"#

este uşor de urmărit& deoarece unul din produşii de reacţie& sulful& se separă su+ formă de particulecoloidale& care produc opalescenţa soluţiei.

$ite%a de reacţie în raport cu sulful format este

 t 

cv

  s

 R ∆∆

=   "#

$ite%a de reacţie în raport cu concentraţiile reactanţilor este

  ')  / 4SO2H

42

3O2S2 Na

32

a

SOH

a

SO Nas cc, t

c⋅⋅=

∆∆

  "5#

Pentru a determina ordinul parţial de reacţie în raport cu Na2S 2! se 'a menţine constantăconcentraţia iniţială a soluţiei de " 2S# şi se 'a modifica concentraţia iniţială a soluţiei de Na2S 2!.

6eoarece concentraţia sulfului coloidal format în reacţie poate fi considerată constantă& se poate scrie

  3O2S2 Na

322

3O2S2 Na

332

4SO2H

42   a

OS Na

a

OS Na

s

a

SOHc, c

c

c, 

t

!⋅′=⋅

  

 

 

 

 

⋅=

∆  "!7#

s

aSOH

c

c, , 

4SO2H

42

⋅=′  este constantă aparentă a 'ite%ei de reacţie.

)elaţia se liniari%ea%ă prin logaritmare

Page 2: 2.Ordin de reactie+energia de activare

8/16/2019 2.Ordin de reactie+energia de activare

http://slidepdf.com/reader/full/2ordin-de-reactieenergia-de-activare 2/4

 322322   OS NaOS Na   clga, lgtlg   +′=∆− "!!#

 Aparatura si substante: 8iurete& epru+ete& cronometru& Soluţii de tiosulfat de sodiu& Na2S2O3

şi de acid sulfuric& H2SO4. Mod de lucru: 9n patru epru+ete numerotate de la ! la 4 se introduc pe r:nd c:te -& 4& 3 şi 2

ml soluţie Na2SO3& măsuraţi cu +iureta complet:nd apoi conţinutul epru+etelor cu apă distilată p:năla un 'olum total de - ml& conform ta+elului. 9n alte 4 epru+ete numerotate de la - la se introducc:te - ml soluţie H2SO4 măsuraţi cu +iureta. Peste conţinutul epru+etei ! se adaugă soluţia de H2SO4

din epru+eta - şi se agită. Se măsoară 'ariaţia de timp ∆ t din momentul amestecării soluţiilor p:năla apariţia opalescenţei "tul+urarea soluţiei care corespunde apariţiei primelor particule de sulf coloidal#. Se procedea%ă la fel şi cu perechile de epru+ete 2;0& 3;& 4; not:ndu;se 'alorile ∆ t.

 Rezultate şi calcule: Se completea%ă ta+elul cu datele eperimentale.

 Nr.epru+etei

$olumul "ml#322   OS Nac

c$a

a

++

22   OS Naclg   ∆ t& s

;lg∆t

Soluţie  Apa c

 Na2S 2!

a " 2S#

$!

234-;

-

432;

;

;;;-

7

!23;

Se calculea%ă concentraţia relati'ă a tiosulfatului se sodiu.Se repre%intă grafic dependenţa ;lg∆ t / f"

  322   OS Naclg #pe h:rtie milimetrică6in panta şi ordonata la origine a dreptei o+ţinute se determină ordinul parţial de reacţie şiconstanta aparentă de 'ite%ă.

 Interpretarea rezultatelor . Se 'a aprecia in functie de 'aloarea lui a& daca reactia este simplasau complea& iar functie de 'aloarea lui ∆ t daca reactia este sau nu rapida.

Tema de casa

1. Pentru reactia 2< 8 → =& 'ite%a de formare a compusului =este 7&- mo>l⋅h. =areeste 'ite%adereactie raportata la reactanti?.

2. Se considera reactia trimoleculara 2NO O2 → 2NO2. Stiinda careactia este o reactie simplasa se calcule%e constanta de 'ite%a pentru formarea NO2 la 77=& cunoscand ca prin reactia a7&!0 moli O2 si 7&74 moli NO intr;un 'as de 7&- litri& 'ite%a initiala de formarea NO 2 este&!5 ⋅!7;5 mol>l⋅s

3. @ntr;un 'as de! litru& aflat la temperatura de 427= se produce reactia dimolecularaH2 @2 → 2H@. Se cere a# sa se calcule%e 'ite%a initiala de formarea H@ la aceasta temperaturadaca in 'as se afla 7&7 gH2 si !&2 @2& iar constanta de 'ite%a , / 7&42l>mol⋅sA +# ce 'aloare are'ite%a initiala de reactie daca masa de hidrogen ramane constanta si se du+lea%a masa de iodA c#ce 'aloare are 'ite%a initiala daca se du+lea%a atat masa hidrogenului& cat si cea a iodului"temperatura si 'olumul raman aceleasi#. Se cunosc <@ / !2& <H / !.4. $ite%a reactiei <→ Produsi& la t /2-7=& are 'aloarea 5⋅!7;4 mol>l⋅s cand concentratia lui < este< este 0⋅!7;4  mol>cm3  si area 'aloarea &-⋅!7;4  mol>l⋅s cand concentratia lui < este -⋅!7;4

mol>cm3. Sa se calcule%e a# ordinul de reactieA 'aloarea constantei de 'ite%a& la temperatura de2-7=A c# ce concentratie tre+uie sa ai+a < pentru ca'ite%a de reactie initiala sa creasca de 4 ori. 

DETERMINAREA ENERGIEI DE ACTIVARE

Page 3: 2.Ordin de reactie+energia de activare

8/16/2019 2.Ordin de reactie+energia de activare

http://slidepdf.com/reader/full/2ordin-de-reactieenergia-de-activare 3/4

 Scopul lucrării.Se 'a determina energia de acti'are <rrhenius pentru reacţia dintre tiosulfatul de sodiu şi

acidul sulfuric. Introducere.  @nfluenţa temperaturii asupra 'ite%ei de reacţie este descrisă de relaţia lui <rrhenius& care cu

un număr mic de ecepţii "relaţiile Banti;<rrheniusC#& are 'ala+ilitate generală

  RT  %a

 Ae& 

  >−

= "!#S;au notat cu <& factorul de frec'enţă care depinde de numărul de ciocniri dintre moleculeA)& constanta uni'ersală a ga%elor ideale& ) / &3!4 D>mol.E "în S.@.# sau !&5 cal>mol.E "însistemul tolerat#A F& temperatura a+solutăA 1a& energia de acti'are este surplusul de energie& peste'aloarea medie a moleculelor acti'e& care participă la reacţia chimică.

Pentru reacţia dintre tiosulfatul de sodiu şi acidul sulfuric

  Na2S2O3   Na2SO4 H2SO4 SO2 H2O S

 "2#

'ite%a de reacţie este

')  / 

4SO2H

42

3O2S2 Na

322

a

SOH

a

OS Nas cc, t

c ⋅⋅=

∆4SO2H

42

3O2S2 Na

322

a  a

SOH

a

OS Na

)F>1cc<e   ⋅=   −

"3#

  )F>1)F>1a

SOH

a

OS Na

s

aa4SO2H

42

3O2S2 Na

322e, ecc

c

<

t

!   −− ′′=   

  

 ⋅⋅

∆=

∆ "4#

&  ′′ este constanta aparentă a 'ite%ei de reacţie.Prin logaritmare re%ultă

&  RT 

 % t 

  a ′′−=∆   lnln "-#

care repre%intă ecuaţia unei drepte cu panta % a ' R şi ordonata la origine &   ′′ln . Aparatură si substante.8iurete& epru+ete& termometru& +ec de ga% şi sită de a%+est. Soluţii de tiosulfat de sodiu&

 Na2S2O3 şi de acid sulfuric& H2SO4. Modul de lucru 9n - epru+ete numerotate de la ! la 4 se introduc c:te - ml soluţie N2S2O3& măsuraţi cu +iureta. 9n alte 4 epru+ete numerotate de la - la se introduc c:te - ml soluţie H 2SO4& măsuraţi cu

 +iureta. =ele epru+ete se introduc într;un pahar 8er%elius care conţine apă şi în care se găseşte un

termometru. Se măsoară temperatura apei F!. Se toarnă conţinutul epru+etei - "care conţine acid sulfuric# peste epru+eta ! "care conţine

tiosulfat de sodiu#& se agită şi se măsoară timpul ∆t scurs de la amestecarea soluţiilor p:nă c:nd

soluţia începe să se tul+ure. Paharul care conţine epru+etele se încăl%eşte pe un +ec de ga% la temperatura F2 / F!  !7o=. =:nd se atinge această temperatură se procedea%ă la fel ca în primul ca%& amestec:nd

conţinutul epru+etelor 2 şi 0 şi not:nd ∆t. Pe r:nd se măsoară ∆t pentru următoarele reacţii proced:nd la fel cu perechile de epru+ete 3;

şi 4;.Observaţii Observaţii  n fiecare experiment, timp*l final de reacţie se consider+ cnd sol*ţia -ncepe s+ set*l$*re, deci la apariţia opalescenţei.

; Timp*l de reacţie se m+soar+ c* preci/ie.

Page 4: 2.Ordin de reactie+energia de activare

8/16/2019 2.Ordin de reactie+energia de activare

http://slidepdf.com/reader/full/2ordin-de-reactieenergia-de-activare 4/4

 Rezultate şi calcule. Se întocmeşte următorul ta+el cu datele eperimentaleo+ţinute.

 Nr.1pru+etei

Femperatura& F∆ts

ln "∆t#!>FE ;!o= E 

Se repre%intă grafic ln∆t / f"!>F#& ţin:nd seama de informaţiile pri'ind întocmirea unui grafic 6in panta dreptei se calculea%ă energia de acti'are.

 Interpretarea rezultatelor . Se 'erifica dependenta 'ite%ei de reactie de temperatura& conformreactiei lui <rhenius. Se constata daca 'aloarea energiei de acti'are corespunde unei reactii chimiceacti'ate termic& adica este de ordinul %ecilor de mii de calorii.

Tema de casa

1. Ga temperatura de 777=& constanta de 'ite%aa descompunerii termice a toluenuluieste ,/ !7;4s;& iar factorul preeponential </ 2⋅!7!3s;!. Se cere a# calculul energiei deacti'are a procesuluiA+# 'aloarea constantei de 'ite%a la temperatura de 0-77=A c# la

ce temperatura constanta de 'ite%a se du+lea%a.2. =onstanta de 'ite%a a unei reactii de ordinul 2 la !27= este 7&- mol;!s;!& iar energia ei

de acti'are este de !7,cal. =u cat tre+uie sa creasca temperatura pentru ca constantade 'ite%a sa creasca de !7 ori?

3. Pentru reactia de descompunere a acidului iodhidric in fa%a ga%oasa& se cunosc , -30, /3&-!⋅!7;l>mol s si , !, / 3&5-4⋅!7;2l>mol⋅s. =alculati energia de acti'are a procesului.

4. Sa se calcule%e de cate ori se mareste constanta de 'ite%a la ridicarea temperaturii dela 27 la 377=& daca energia de acti'are este 1 / 37777cal>mol. =e marire se o+tine

 pentru o ridicare a temperaturii de la 27 la !277=?. Se considera factorul preeponential independent de temperatura.