2 Определение частного порядка реакции по отношению к ионам железа (III)

2.1 Приготовление растворов

В четырех конических колбах вместимостью 250 см³ смешивают растворы FeCl₃, HNO₃, КNO₃ и разбавляют их дистиллированной водой до 80 см³ (таблица 6.1). Аликвотные части растворов отмеряют мерным цилиндром вместимостью 50 см³.

Таблица 6.1 – Растворы, в которых молярная концентрация железа (III) различна

Компонент раствора	Исходная молярная концентрация, c(Х), моль/дм3	Объемы растворов, V, см3
		колба 1	колба 2	колба 3	колба 4
FeCl3	0.017	10	20	30	40
HNO3	0.1	10	10	10	10
KNO3	0.1	40	30	20	10
H2O		20	20	20	20

2.2 Исследование кинетики реакции

В мерный цилиндр отбирают 20 см³ раствора йодида калия (с(KI) = 0.025 моль/дм³). Быстро переносят его в колбу 1, раствор перемешивают и засекают время начала реакции (включают секундомер и не выключают его до конца опыта). Оставляют раствор на 2 минуты, в течение которых его не перемешивают. Затем добавляют 2 ÷ 4 капли раствора крахмала ((R) = 1 %) и выделившийся йод быстро оттитровывают раствором тиосульфата натрия (с(¹/_zNa₂S₂O₃) = 0.01 моль/дм³, z = ?) до исчезновения синей окраски:

2 Na₂S₂O₃ + I₂ = Na₂S₄O₆ + 2 NaI. (81)

Отмечают объем добавленного раствора тиосульфата натрия и ждут появления синей окраски раствора. Фиксируют время окрашивания раствора в светло-синий цвет. Оставляют раствор на 2 минуты, в течение которых не перемешивают.

Через 2 минуты в тот же раствор добавляют вторую порцию раствора тиосульфата натрия до обесцвечивания системы, фиксируют общий объем добавленного раствора тиосульфата натрия и время окрашивания раствора в светло-синий цвет.

Опыт продолжают, пока не добавлено не менее 5 порций раствора тиосульфата натрия.

В момент появления синей окраски количество эквивалентов добавленного тиосульфата натрия равно количеству эквивалентов выделившегося йода:

Следовательно:

с(¹/_zNa₂S₂O₃)V_i = с_i(¹/_zI₂)(V_c+ V_i-1), z = ? (82)

где с(¹/_zNa₂S₂O₃) – молярная концентрация эквивалентов тиосульфата натрия в титранте, моль/дм³;

V_.i – объем раствора тиосульфата натрия, добавленный к исследуемой системе в момент времени t, см³;

с_i(¹/_zI₂) – молярная концентрации эквивалентов йода в исследуемой смеси в момент времени t, моль/дм³;

(V_c + V_i-1) – объем исследуемой смеси с учетом предыдущей добавки титранта, см³.

Из закона эквивалентов (82) рассчитывают с_i(¹/_zI₂).

Докажите, что для исследуемой системы выполняется равенство:

с_i(¹/_zI₂) = с_i(Fe²⁺), моль/дм³. (83)

Результаты измерений и расчетов представляют в таблице 6.2.

Описанные выше процедуры повторяют с растворами в колбах

2 ÷ 4 и заполняют таблицы 6.3 ÷ 6.5, аналогичные таблице 6.2.

Таблица 6.2 – Результаты кинетических измерений для раствора 1:

с(Fe³⁺) = … моль/дм³; с(I^-) = … моль/дм³

Время измерения	Объем титранта	Объем исследуемой смеси	Молярная концентрация ионов железа (II)	, дм3/моль	, с-1
t, с	Vтi, см3	(Vc + Vi-1), см3	с(Fe2+), моль/дм3

2.3 Расчет частного порядка реакции по отношению к Fe³⁺

Рассчитывают начальную молярную концентрацию ионов железа (III) в четырех исследуемых системах.

Для каждой из систем методом наименьших квадратов оценивают значения коэффициентов  и  зависимости (76):

Результаты расчетов представляют в таблице 6.6.

Таблица 6.6 – Характеристики скорости реакции при различной молярной концентрации ионов железа (III) и постоянной – йодид-ионов

Номер раствора

Молярная концентрация ионов железа (III) в начальный момент времени, со(Fe3+), моль/дм3

lg со(Fe3+)



Методом наименьших квадратов, используя зависимость (79),

рассчитывают значение частного порядка реакции по отношению к ионам Fe³⁺: n₁ и S(n₁).