ВУЗ:
Составители:
Рубрика:
39
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 24
Исследование кинетики термического разложения
перманганата калия
Цель работы: познакомиться с особенностями топохимических реак-
ций и определить параметры кинетического уравнения
Ерофеева для термического разложения перманганата
калия.
Общие теоретические сведения
Реакции типа А
тв
→ В
тв
+ С
газ
, у которых химическое взаимо-
действие не осложнено диффузионными процессами, называются то-
похимическими. Такие реакции начинаются обычно не на всей повер-
хности исходного твердого вещества, а на отдельных точках, где свя-
зи между ближайшими частицами ослаблены.
Для топохимических реакций характерно нарастание скорости
реакции в начальный момент процесса, т.к. идет увеличение поверх-
ности раздела между исходной и вновь образующейся фазами. Далее
скорость процесса достигает максимального значения с последую-
щим постепенным спадом до нуля. Внешним признаком топохимиче-
ских реакций служит S-образный вид кинетической кривой.
Уравнение, описывающее кинетику топохимических реакций,
выведено Б.В. Ерофеевым. Оно было получено на основании вероят-
ности взаимодействия молекул данной системы:
0
1
pd
Pe
τ
τ
−
∫
=− , (24.1)
где Р – вероятность того, что молекулы данной системы прореагиру-
ют к моменту времени τ; р – вероятность того, что молекулы прореа-
гируют в течение времени от τ до τ + dτ.
Если система состоит из большого числа молекул, то Р можно
приравнять к доле прореагировавших молекул α :
0
1
pd
e
τ
τ
α
−
∫
=− . (24.2)
40
В общем случае вероятность взаимодействия молекул в момент
времени от τ до τ + dτ пропорциональна суммарной поверхности реак-
ции S, т. е. p = const S. Поверхность реакции изменяется во времени:
n
Sconst
τ
= ,
где n – эмпирическая константа, тогда
n
pk
τ
′
= , (24.3)
где k' – константа.
Подставив значение p из (24.3) в равенство (24.2), получаем:
1
n
k
e
τ
α
−
=−
, (24.4)
где k – константа скорости, n – показатель степени.
В данной работе предлагается познакомиться с одним из мето-
дов изучения топохимических реакций на примере реакции термичес-
кого разложения перманганата калия. Принцип метода заключается в
измерении объема кислорода, выделившегося при разложении пер-
манганата калия по уравнению реакции
2 KMnO
4
= K
2
MnO
4
+ MnO
2
+ O
2
.
Реактивы и оборудование
Термоустановка, ступка с пестиком, аналитические весы, экси-
катор, секундомер; KMnO
4
(сухой).
Работа производится на установке, изображенной на рис. 24.1.
Рис. 24.1. Термоустановка для изучения
топохимической реакции:
1
– реакционная пробирка;
2
– кварцевая пробирка (бюкс) с KMnO
4
;
3
– колпачок реакционной пробирки;
4
– кран;
5
– бюретка;
6 –
вспомогательный сосуд для выравни-
вания уровня жидкости;
7
– термостат.
1
7
2
4
64
5
3
В общем случае вероятность взаимодействия молекул в момент ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 24 времени от τ до τ + dτ пропорциональна суммарной поверхности реак- ции S, т. е. p = const S. Поверхность реакции изменяется во времени: Исследование кинетики термического разложения S = const τ n , перманганата калия где n – эмпирическая константа, тогда Цель работы: познакомиться с особенностями топохимических реак- p = k ′τ n , (24.3) ций и определить параметры кинетического уравнения где k' – константа. Ерофеева для термического разложения перманганата Подставив значение p из (24.3) в равенство (24.2), получаем: калия. n α = 1 − e − kτ , (24.4) где k – константа скорости, n – показатель степени. Общие теоретические сведения В данной работе предлагается познакомиться с одним из мето- Реакции типа Атв → Втв + Сгаз, у которых химическое взаимо- дов изучения топохимических реакций на примере реакции термичес- действие не осложнено диффузионными процессами, называются то- кого разложения перманганата калия. Принцип метода заключается в похимическими. Такие реакции начинаются обычно не на всей повер- измерении объема кислорода, выделившегося при разложении пер- хности исходного твердого вещества, а на отдельных точках, где свя- манганата калия по уравнению реакции зи между ближайшими частицами ослаблены. 2 KMnO4 = K2MnO4 + MnO2 + O2 . Для топохимических реакций характерно нарастание скорости реакции в начальный момент процесса, т.к. идет увеличение поверх- Реактивы и оборудование ности раздела между исходной и вновь образующейся фазами. Далее Термоустановка, ступка с пестиком, аналитические весы, экси- скорость процесса достигает максимального значения с последую- катор, секундомер; KMnO4 (сухой). щим постепенным спадом до нуля. Внешним признаком топохимиче- Работа производится на установке, изображенной на рис. 24.1. ских реакций служит S-образный вид кинетической кривой. Уравнение, описывающее кинетику топохимических реакций, 3 4 выведено Б.В. Ерофеевым. Оно было получено на основании вероят- ности взаимодействия молекул данной системы: τ 64 ∫ − pdτ P = 1− e 0 , (24.1) Рис. 24.1. Термоустановка для изучения топохимической реакции: где Р – вероятность того, что молекулы данной системы прореагиру- 1 – реакционная пробирка; ют к моменту времени τ; р – вероятность того, что молекулы прореа- 7 2 – кварцевая пробирка (бюкс) с KMnO4; гируют в течение времени от τ до τ + dτ. 2 3 – колпачок реакционной пробирки; Если система состоит из большого числа молекул, то Р можно 4 – кран; приравнять к доле прореагировавших молекул α : 1 5 – бюретка; τ 5 6 – вспомогательный сосуд для выравни- ∫ − pdτ вания уровня жидкости; α = 1− e 0 . (24.2) 7 – термостат. 39 40
Страницы
- « первая
- ‹ предыдущая
- …
- 18
- 19
- 20
- 21
- 22
- …
- следующая ›
- последняя »