Занятие Тема Основные понятия химической
 Скачать 93.86 Kb.
|
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ ИЗУЧЕНИЯ КИНЕТИКИ ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙТермин «скорость реакции» означает скорость, с которой образу- ются продукты реакции, либо скорость, с которой расходуются реаген- ты. Для кинетических измерений можно использовать любые методы, как химического анализа, так и физические методы измерений. При этом реакцию можно проводить как в реакторе с постоянным объемом (V = const, закрытая система), так и в реакторе, где объем системы по- стоянно меняется (открытая система). За ходом реакции можно следить пообъемувыделенногогаза. Например, за ходом химической реакции взаимодействия MgCO3 (т) с разбавленной соляной кислотой (кислота взята в большом избытке) MgCO3 (т) + HCl(aq) = MgCl2 (aq) + CO2 (г) + H2O(ж) удобно следить по изменению объема выделенного CO2 за равные про- межутки времени. Измерение убыли MgCO3(т) за равные промежутки времени производить неудобно. По полученным данным можно по- строить кинетическую кривую скорости. Она показывает изменение со временем количества образующегося продукта или уменьшение количе- ства исходного реагента. Угол наклона касательной к кривой скорости реакции в какой-либо точке этой кривой показывает, насколько быстро протекает реакция в данный момент времени. Чем круче угол наклона касательной к кривой скорости, тем быстрее протекает реакция. Угол наклона касательной к кривой скорости, соответствующий начальной скорости реакции, максимален. Скорость реакции в начальный момент времени, как правило, мак-симальна. Постепенно, по мере протекания реакции, скорость реакции убыва- ет (наклон касательной к кривой уменьшается). Когда реакция заканчи- вается, то кривая скорости становится горизонтальной и скорость реак- ции становиться равной нулю. Пользуясь кинетической кривой можно вычислить скорость этойреакциивлюбой моментвремени ее протекания. Если при протекании реакции в газовой фазе образуется несколько газообразных веществ, то в этом случае за ходом реакции можно следить по изменению общего давления газообразных веществ. Однако такие измерения имеют смысл, если число молей газообразных реагентов отличается от числа молей продуктов реакции. Для реакции H2 (г) + I2 (г) = 2HI(г) не происходит изменение числа молей, поэтому общее давление газов и объем системы изменяться не будут. И метод измерения общего давления смеси газов в этом случае не отражает кинетику протекания реакции. В то же время для реакции 2NO(г)+ O2 (г) = 2NO2 (г) на три моля газообразных реагентов приходится два моля продуктов. При протека- нии реакции во времени будет наблюдаться уменьшение общего давле- ния газовой смеси или уменьшение объема реакционной смеси, что по- зволяет рассчитать парциальные давления компонентов в любой момент времени. Методыхимическогоанализа.Экспериментальные данные о скорости реакции во многих случаях можно получать, отбирая небольшие образцы реакционной смеси и анализируя их. Этот метод можно использовать, например, для измерения скорости омыления этилацетета C2H5CO2C2H5 (aq) + NaOH(aq) = C2H5CO2 Na(aq)+ C2H5OH(aq) Через некоторые промежутки времени по мере протекания этой ре- акции из реакционной смеси берут образец (аликвоту) постоянного объ- ема и титруют его кислотой. Это позволяет иметь кинетические данные об изменении концентрации NaOH в ходе реакции. Пользуясь этими данными можно оценить скорость и константу скорости данной реак- ции. В некоторых случаях титрант титрует не только реагенты, но и продукты реакции. Например, за ходом реакции взаимодействия моно- хлоруксусной кислоты с водой CH2ClCOOH + H2O = CH2 (OH)COOH + HCl можно следить, титруя образец реакционной смеси, взятый в различные моменты времени протекания реакции, щелочью. Однако расход щело- чи во времени будет увеличиваться, так как если в начальный момент времени щелочь будет реагировать только с монохлоруксусной кисло- той, то во все остальные моменты времени титруются все три кислоты. Для расчета скорости разложения монохлоруксусной кислоты необхо- димо по общему количеству щелочи, пошедшей на титрование, рассчи- тать изменение концентрации щелочи, эквивалентное убывающей во времени концентрации монохлоруксусной кислоты. Оптическиеметодыоценкиизмененияконцентрацииреагентов.Если в реакции принимают участие окрашенные соединения, то можно использовать колориметр, позволяющий измерять интенсивность окраски. Если в реакции принимает участие оптически активное соединение, то можно следить за скоростью реакции с помощью поляриметра, который позволяет измерять угол оптического вращения. Этот метод особенно удобен для исследования скоростей реакций с участием оптически активных веществ, например, сахаров. Электрохимическиеметодыоценкиизмененияконцентрацииреагентов. Измерение скорости многих неорганических и органических реакций удобно проводить, наблюдая изменения электропроводимостиреакционной смеси в ходе реакции. Этот метод, например, можно использовать для измерения скорости омыления этилацетата: C2H5CO2C2H5 (aq) + NaOH(aq) = C2H5CO2 Na(aq) + C2H5OH(aq) Два инертных электрода, подключенные к прибору для измерения электропроводимости погружают в реакционную смесь. В рассматри- ваемом случае электропроводимость раствора обусловлена гидроксидом натрия, поскольку он является единственным сильным электролитом в смеси. По мере протекания реакции происходит расходование гидро- ксида натрия и, следовательно, уменьшение электропроводимости рас- твора (измеряемое на опыте сопротивление раствора увеличивается). Преимущество этого метода над методом титрования заключается в том, что он избавляет от необходимости отбирать образцы из реакцион- ной смеси и их титровать. Например, методом электропроводимости очень удобно следить за ходом химической реакции разложения мочевины. В процессе разложения мочевины в растворе появляются ионы, что приводит к постепенному во времени увеличению электропроводимо- сти. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ |