Цель: лаборатория стремится исследовать скорости реакций, практиковаться в их измерении, используя технику микромасштаба, и исследовать, как скорости реакции изменяются в зависимости от различных условий.
Процедура: (см. список материалов и экспериментальные процедуры).
- Vonderbrink, Салли Энн. «Кинетика реакции – эксперимент 12». Лабораторные эксперименты по усовершенствованной химии размещения, второе издание. Flinn Scientific, Inc., 2006. 75-77
- Варианты из процедуры:
- NaBrO3 использовался вместо заявленного KBrO3.
Вопросы после лаборатории
Почему скорость реакции изменяется при изменении концентрации реагентов?
Скорость реакции зависит от скорости столкновений между частицами реагентов. Если присутствует более высокая концентрация реагента, скорость реакции увеличится из-за простой вероятности: существует более высокая вероятность того, что реагенты будут сталкиваться в правильной ориентации и химически реагировать, чем если бы присутствовала более высокая концентрация реагента. Некоторые из реагентов влияют на скорость реакции больше, чем другие, и, следовательно, изменение скорости различается в зависимости от того, какая концентрация реагента меняется.
Объясните общую процедуру, используемую для определения закона о ставках.
Чтобы определить закон скорости реакции, по существу, единственной необходимой информацией является степень, в которой каждый реагент влияет на общую скорость. Поскольку константа скорости и скорость всегда меняются в зависимости от температуры, реагенты и порядки скорости – единственная часть закона скорости, которая одинакова в каждом случае. Чтобы определить их, данные должны собираться при постоянной температуре и анализироваться для расчета изменения скорости по сравнению с каждым изменением концентрации реагента. Несколько испытаний должны проводиться с некоторыми реагентами, которые должны оставаться постоянными, так как другие изменяются, а время регистрируется для расчета скорости для каждого набора концентраций. Порядок скоростей каждого реагента можно затем рассчитать индивидуально, так как остальные значения остаются постоянными. Позже эта константа рассчитывается путем включения концентрации и скорости для определенной температуры.
Почему скорость реакции изменяется при изменении температуры?
Поскольку скорость реакции зависит от того, насколько быстро частицы реакции сталкиваются в правильной ориентации и с правильной энергией активации, количество тепловой энергии, участвующей в системе, влияет на общую скорость. Если температура выше, средняя кинетическая энергия и средняя скорость частиц выше, и поэтому вероятность их столкновения при правильных условиях также более вероятна.
Объясните общую процедуру, используемую для определения энергии активации.
Энергия активации – это энергия, необходимая в качестве входного сигнала на моль, чтобы реакция протекала самопроизвольно. Чтобы рассчитать энергию активации, скорость реакции должна быть измерена при различных условиях внешней температуры, но с другими условиями, которые остаются постоянными. Константы скорости при определенных температурах затем математически связаны, чтобы сформировать общий тренд (видно графически), где каждая точка является постоянной при температуре (обратной). Среднее изменение тренда (крутизна) затем используется в уравнении Аррениуса для вычисления энергии активации реакции (неизменное значение).
Различайте скорость реакции и конкретную константу скорости.
Конкретная константа скорости изменяется только при изменении температуры. Существует только одна константа скорости для конкретной температуры. Однако сама скорость реакции, хотя и зависит от температуры, также зависит от концентраций присутствующих реагентов. Константа скорости является постоянной при определенной температуре и не изменяется с концентрацией. Вычисление константы скорости также позволяет математически рассчитать влияние температуры на саму скорость.
Прокомментируйте влияние катализатора. Предсказать, как изменяется энергия активации при добавлении катализатора в реакцию.
Когда добавляется катализатор, это вызывает увеличение скорости реакции, как показывают данные. Катализатор снижает энергию активации реакции, заставляя реакцию протекать быстрее, потому что реагентам требуется меньше времени, чтобы столкнуться, если им не нужно достигать такого высокого энергетического состояния.
Сделайте общее утверждение о непротиворечивости данных, как показано, вычисляя заказы реагентов и графический анализ, который приводит к энергии активации. Были ли рассчитанные заказы близки к целым числам? Дает ли проверка заказа ту же стоимость для заказа? Были ли точки на графике близко к прямой линии?
Данные были очень согласованными (данные, использованные для расчетов). Наибольшая разница в расчете чека по курсу заказов составила 0,1. Все они были близки к целым числам и достаточно подтвердили друг друга. Закон о скорости имел смысл на основе изменений скорости с изменением концентрации. На графике показаны как точечные соединения, так и линия тренда, и они очень близки. Это показывает, что показатели, рассчитанные по данным, были очень точными.
Запишите «двухточечную» форму уравнения Аррениуса, которая связывает константы скорости, температуры и энергию активации.
«Двухточечная» форма…
ln (k2) = – Ea x ((1 / T1) – (1 / T2))
ln (k1) R
* k – константа скорости (точки 1 и 2)
* T – температура в градусах Кельвина (точки 1 и 2)
* Уравнение в основном соответствует формату, используемому для нахождения энергии активации по наклону. Это уравнение учитывает только две точки, в то время как в одной из вычислений использовалась тенденция трех точек (более точно).
Как вы можете улучшить данные?
Данные могут быть улучшены с помощью автоматического устройства для добавления капель реагентов, чтобы концентрации были ближе к рассчитанным значениям. Микромасштабная методика требует точных измерений, и любое изменение наклона капельницы может привести к потере вычисления скоростных законов и констант. Температура также должна быть точно отрегулирована, потому что постоянная отличается от температуры, но возможно, что она немного изменилась в ходе эксперимента. Данные, используемые для расчета, близки к идеальным; см. заключение для других ошибок эксперимента, связанных с данными, собранными во время эксперимента. Кроме того, данные, используемые для расчета Ea, становятся все более точными по мере увеличения температуры, при которой они проверяются. Тенденция становится все яснее и яснее на графике с увеличением количества точек. Здесь были протестированы только три температуры, но было бы точнее, если бы было больше смысла.
Вывод:
В лаборатории реакция между йодид-ионом, бромат-ионом и водородным ионом проводилась и рассчитывалась в различных концентрациях. Микромасштабный метод использовался для повышения навыков измерения и точности, но также приводил к некоторой неточности в результатах (ошибки эксперимента см. В следующем абзаце). Другой набор данных (прилагается) был использован для расчетов и определения закона скорости реакции. Проверенными факторами были концентрации реагентов, температура и присутствие катализатора. Из результатов, все три имеют влияние на скорость реакции. Увеличение концентрации реагентов приводило к увеличению скорости, поскольку происходит более хорошо ориентированное столкновение между частицами, что ускоряет реакцию. Повышение температуры увеличивает среднюю скорость и кинетическую энергию частиц, а также увеличивает вероятность столкновения и скорость, с которой частицы встречают необходимую энергию активации для протекания реакции. Наконец, данные убедительно показывают, что присутствие катализатора (в данном случае Cu (NO3) 2) заставляет реакцию протекать с более высокой скоростью. Это связано с тем, что катализатор снижает энергию активации, необходимую для ввода в реакцию. Собранные лабораторные данные были достаточно точными, чтобы подтвердить эти общие тенденции.
Другой целью лаборатории было вычисление закона скорости и энергии активации реакции. Это сегмент, где ошибочные данные представляют большую часть проблемы. В то время как данных было достаточно, чтобы нарисовать общие тенденции о том, как факторы влияли на скорость, точные вычисления, необходимые для расчета закона скорости, были невозможны из собранных данных. Это может быть вызвано сочетанием нескольких ошибок. Наиболее важно то, что метод микромасштабов сам по себе допускает ошибки в том, что капли должны быть точно такого же размера, чтобы быть точными. Любое небольшое изменение в наклоне капельницы может привести к тому, что измерения концентрации, используемые в расчетах, будут неточными по сравнению с тем, как они были определены (используя измеренный объем капли). Во-вторых, любое изменение температуры вызвало бы неправильную константу скорости и, следовательно, скорость реакции. Эксперимент проводился в течение нескольких дней, поэтому вполне вероятно, что лабораторная температура колебалась в некоторой степени между периодами тестирования. Как видно из таблицы данных 2, температура, зарегистрированная для экспериментов с первого по четвертый, составляет 19,3ºC, тогда как температура, зарегистрированная для экспериментов с пятого по седьмой, составляет 20,1ºC. Наконец, любые остатки от предыдущих экспериментов, оставшиеся в испытательных скважинах, могли содержать загрязняющие вещества, которые действовали как реагенты, не учтенные в эксперименте. Особенно, когда реакция происходит в таком маленьком масштабе, любое добавленное вещество может иметь большое значение в отдельном испытании.
Расчеты закона скорости и энергии активации основаны на нескольких различных процессах и уравнениях рассуждения. Закон скорости является общим выражением реакции, которое связывает скорость реакции (в м / с) с концентрациями участвующих реагентов. Каждый из этих реагентов несет «порядки скорости», которые математически учитывают относительное влияние концентрации каждого иона на скорость. Например, в этом эксперименте порядок скорости иона водорода был равен 2. Когда концентрация водорода удвоилась, скорость увеличилась в четыре раза. Другие ионы с порядком скорости 1 имели более прямую переменную связь с общей скоростью. Порядок скоростей может быть рассчитан из-за способа, которым был разработан эксперимент – наборы испытаний были настроены таким образом, что только один реагент изменился, в то время как остальные были постоянными. Затем константы могут быть отменены, а порядки тарифов решены с использованием логарифмов. Последняя часть закона о скорости – это константа скорости (k). Эта константа содержит конкретное значение для каждой реакции, зависящее только от температуры, а не от концентрации. При данной температуре эта константа умножается на концентрации, чтобы получить скорость реакции. Поскольку температура также влияет на скорость столкновения частиц и, следовательно, на скорость, константа также математически представляет влияние температуры на скорость реакции. Скорость реакции зависит от набора температуры и концентраций реагента, что делает ее очень точной, а также удобной для практического применения. Исследуя различные факторы, которые влияют на эту скорость, лаборатория продемонстрировала, как потенциально можно манипулировать скоростью реакции в практическом смысле, чтобы получить продукт более эффективно.
Энергия активации (Ea) рассчитывалась с использованием вариации уравнения Аррениуса, которая связывает константу скорости (как натуральный логарифм) с температурой (обратная) и задает тенденцию среди измеренных температур. Наклон линии тренда используется для расчета энергии активации в уравнении. Энергия активации постоянна для реакции, даже не меняется с температурой. Для начала реакции всегда требуется определенное количество энергии (если не присутствует катализатор для ее снижения); более высокие температуры просто увеличивают среднюю кинетическую энергию частиц, поэтому большее их количество быстрее достигает энергии активации. Когда достаточное количество частиц достигает требуемой энергии активации, реакция может продолжаться до конца.
Полимеры представляют собой большие молекулы и имеют одну и ту же структурную единицу, повторяющуюся снова и снова, и эти повторяющиеся единицы известны как мономеры. Эти
Пероксидазы – это оксидоредуктазы, созданные рядом растений и микроорганизмов. Уменьшение количества пероксидаз в непосредственной близости от субстрата, дающего электроны, делает пероксидазы ценными в многочисленных бизнес-приложениях.
Размер первичных частиц ND, полученных методом детонации, хорошо подходит для биомедицинских исследований, продукты детонации должны быть тщательно очищены. В зависимости от материалов и матриц, присутствующих