Разложение пероксида водорода в присутствии катализатора уравнение

Изучение скорости реакции разложения пероксида водорода в присутствии катализатора газометрическим методом

Министерство образования и науки РФ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

Новгородский государственный университет имени Ярослава Мудрого

Институт сельского хозяйства и природных ресурсов

Кафедра химии и экологии

ИЗУЧЕНИЕ СКОРОСТИ РЕАКЦИИ РАЗЛОЖЕНИЯ

ПЕРОКСИДА ВОДОРОДА В ПРИСУТСТВИИ КАТАЛИЗАТОРА

для специальности 060301.65 − Фармация

2 Основные теоретические положения………………………………………….3

4 Экспериментальная часть………………………………………………………4

4.1 Разложение пероксида водорода в присутствии диоксида марганца MnO2 ………..………………………………………………………………….4

4.2 Разложение пероксида водорода в присутствии катализатора при температуре Т2. 6

5 Требования к содержанию отчета……………………………………………..6

6 Примерные контрольные вопросы и задания……. …………………………7

1. Определить константу скорости, порядок реакции, период полураспада при температуре Т1.

2. Построить график зависимости количества выделившегося О2 от времени, определить графически период полураспада.

3. Определить энергию активации реакции, рассчитать температурный коэффициент скорости реакции.

2 ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Применение пероксида водорода во многих технологических процессах, медицине и сельском хозяйстве основывается на его окислительных свойствах. Процесс разложения Н2О2 в водных растворах проходит самопроизвольно и может быть представлен уравнением:

Процесс может быть ускорен с помощью катализатора. Это могут быть анионы и катионы, например CuSO4 (гомогенный катализ). Ускоряющее действие на разложение Н2О2 оказывают также твердые катализаторы (уголь, металлы, соли и оксиды металлов). На течение гетерогенной каталитической реакции разложения Н2О2 влияет рН среды, состояние поверхности, каталитические яды, например С2Н5ОН, СО, НСN, H2S.

В клетках растений, животных, человека также осуществляется каталитическое разложение пероксида водорода. Процесс осуществляется под действием ферментов каталазы и пероксидазы, которые в отличие от катализаторов небиологической природы имеют исключительно высокую каталитическую активность и специфичность действия.

Разложение Н2О2 сопровождается выделением О2. Объем выделившегося кислорода пропорционален количеству разложившегося пероксида водорода. В работе используется газометрический метод.

3 ТРЕБОВАНИЯ ТЕХНИКИ БЕЗОПАСНОСТИ

При выполнении данной лабораторной работы необходимо соблюдать общие правила работы в химической лаборатории.

4 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

4.1 Разложение пероксида водорода в присутствии диоксида марганца MnO2.

Перед началом опыта необходимо подготовить катализатор: небольшой кусочек стеклянной палочки смазать клеем БФ или крахмальным клейстером. Необходимо смазать клеем только торец, немного порошка MnO2 насыпать на часовое стекло, прикоснуться торцом палочки к порошку, чтобы небольшое количество MnO2 осталось на стекле. Клей Высушивают в течение нескольких минут (1-2 мин). Давление внутри системы для сбора Н2О2 необходимо привести к атмосферному: открыть пробку реакционной пробирки, с помощью уравнительной склянки установит уровень воды в бюретке на нулевую отметку.

Схема прибора для измерения скорости разложения Н2О2 представле-на рис.1.

уравнительн. склянка

вода

пробирка с Н2О2

катализатор

Рис.1 – Прибор для изучения кинетики разложения Н2О2.

Пипеткой или мерным цилиндром отмеряют 2 мл 3 %-ного раствора Н2О2, выливают в пробирку 1. Если опыт проводится при комнатной температуре, готовят секундомер, таблицу для записи опытных данных, Опускают в пробирку катализатор, нанесенный на кусочек стеклянной палочки. Закрывают реакционный сосуд пробкой. Записывают объем выделяющегося кислорода сначала через 30 сек, затем интервал можно увеличить до 1 мин.

По мере понижения уровня жидкости в бюретке уравнительную склянку опускают так, чтобы уровень жидкости в бюретке и склянке не изменялся, разность уровней была минимальной.

Реакция считается законченной, если уровень жидкости в бюретке перестает опускаться.

Объем кислорода, соответствующий полному разложению Н2О2 –V¥, можно получить, если реакционный сосуд поместить в стакан с горячей водой. После охлаждения пробирки до комнатной температуры. После определяют объем О2, соответствующий полному разложению Н2О2.

Каталитическое разложение перекиси водорода

Цель работы: определить скорость разложения перекиси водорода заданной концентрации в присутствии гомогенного и гетерогенного катализатора.

Применение перекиси водорода во многих технологических процессах, медицине и других областях основывается на её окислительных свойствах. Наиболее характерный для перекиси водорода экзотермический распад в кислой среде может быть представлен уравнением:

Н2О2 Н2О + ½ О2 (1)

Реже только под действием некоторых сильных окислителей перекись водорода проявляет свойства восстановителя согласно уравнению реакции:

Н2О2 О2 +2Н (2)

Окислительная функция более отчетливо выражена у перекиси водорода в кислой среде, восстановителя – в щелочной.

Распад по схеме (1) идёт со значительной скоростью в присутствии веществ, способных окисляться выделяющимся кислородом. Ускоряющее действие на разложение перекиси водорода оказывают также твердые катализаторы (стекло, многие металлы, в частности платина, соли и окислы металлов, уголь и т.п.). На течение каталитической реакции разложения перекиси водорода влияют состояние поверхности катализатора, рН среды и каталитические яды. Сильными ядами при разложении перекиси водорода на платине являются: Cs, C2H5OH, I2, P, CO, PH3, AsH3, Na2SO3.

Согласно схеме предложенной немецким ученым Виландом, разложение перекиси водорода протекает через следующие медленные и быстрые стадии:

НООН О2 + 2Н (медленно)

НООН + 2Н 2Н2О (быстро)

2Н2О2 2Н2О + О2

Суммарная скорость реакции определяется первой стадией, и поэтому реакция идёт по первому порядку. Предполагается, что стадия адсорбции – десорбции происходит весьма быстро и не лимитирует процесс.

Скорость разложения перекиси водорода в значительной степени зависит от концентрации раствора. Это обусловлено каталитическим действием воды.

Реактивы: перекись водорода 30% (ГОСТ 177-88); калий марганцовокислый (перманганат) (ГОСТ 20478); уголь марки БАУ (ГОСТ 6217-74); окись меди (II) (ГОСТ 16539-79); окись цинка (ГОСТ 10262-73); дистиллированная вода (ГОСТ 6709).

Приборы: бюретка газовая (ГОСТ 29252-91); колбы конические, вместимостью 100 см3 (ГОСТ 25336); цилиндры мерные, вместимостью 50 см3 (ГОСТ 1770); пипетки градуированные, вместимостью 1, 2, 5 и 10 см3 (ГОСТ 29227); секундомер (ГОСТ 8.423); термометр стеклянный лабораторный с диапазоном измерения от 0 0С до 100 0С, цена деления 1 0С (ГОСТ

1-ая серия опытов. В работе измеряют скорость разложения перекиси водорода заданной концентрации в присутствии катализаторов. Для этой цели применяют газометрический способ, который позволяет определить с достаточной точностью среднюю скорость за короткие промежутки времени и, таким образом, строить кривые изменения скорости реакции во времени.

Рисунок 1 – Установка каталитического разложения перекиси водорода

1 – реакционный сосуд; 2 – образец катализатора; 3 – сосуд для раствора перекиси; 4 – проходной кран; 5 – трехходовой кран; 6

– газовая бюретка; 7 – уравнительная склянка; 8 – соединительная трубка; 9 – магнитная мешалка.

Количество разложившейся к данному моменту перекиси водорода определяют по объему выделившегося кислорода. Схема прибора для измерения скорости разложения перекиси водорода представлена на рисунке 1.

Перед началом опыта высушенный реакционный сосуд 1, с помещенной в него навеской катализатора, и воронку 3 соединяют в соответствии со схемой и проверяют герметичность системы. Для этого приводят давление внутри системы к атмосферному, уравняв на произвольной высоте жидкость в бюретке 6 и уравнительной склянке 7, несколько раз поворачивают кран 5, поднимают склянку 7, чтобы заполнить бюретку затворной жидкостью (водой) доверху, после чего сообщают бюретку с реактором и опускают склянку приблизительно на четверть высоты бюретки. Если обеспечена достаточная герметичность, установившийся уровень затворной жидкости в бюретке не должен смещаться в течение нескольких минут.

Для приготовления исследуемого раствора отмеряют пипеткой или микробюреткой заданный преподавателем объем исходного раствора Н2О2 и разбавляют дистиллированной водой, добавляют раствор KMnO4 в заданном преподавателем объеме и закрывают крышкой. После тщательно перемешивают и отбирают для анализа градуированной пипеткой 10 мл приготовленного раствора.

По мере понижения уровня жидкости в бюретке уравнительную склянку опускают так, чтобы на протяжении всего опыта разность уровней в бюретке и уравнительной склянке была минимальной.

В момент ввода KMnO4 включаем секундомер. Значение объема выделяющегося кислорода следует регистрировать постоянно вместе со временем, начиная с ввода KMnO4 в реактор. В ходе 1 опыта делают 15-20 замеров. Опыт следует заканчивать, когда объем выделившегося кислорода составит более 7075% от общего объема, который может выделиться при полном разложении перекиси.

2-ая серия опытов. Вторая серия опытов проделывается аналогично первой, вместо гомогенного катализатора перманганата калия в реакционную смесь помещается гетерогенный катализатор. В качестве гетерогенного катализатора предлагается провести проверку на активность в реакции разложения перекиси водорода трёх образцов: уголь марки БАУ (кристаллы), окись меди (II) (стружка), окись цинка (порошок).

3-я серия опытов. Третья серия опытов проводится аналогично первой, к гомогенному катализатору перманганату калия добавляются промоторы, т.е. вещества которые способны повысить или понизить активность катализатора на несколько порядков. В качестве промоторов катализатора предлагается провести проверку с добавлением уксусной кислоты объемами (0,025; 0,05; 0,1; 0,15; 0,2; 0,25 мл) и с добавлением изопропилового спирта объемами (0,2; 0,5; 1; 1,5; 2 мл).

Материал взят из книги Катализ в технологии основного органического и нефтехимического синтеза (Ярулина Г.Р.)

Please wait.

We are checking your browser. gomolog.ru

Why do I have to complete a CAPTCHA?

Completing the CAPTCHA proves you are a human and gives you temporary access to the web property.

What can I do to prevent this in the future?

If you are on a personal connection, like at home, you can run an anti-virus scan on your device to make sure it is not infected with malware.

If you are at an office or shared network, you can ask the network administrator to run a scan across the network looking for misconfigured or infected devices.

Another way to prevent getting this page in the future is to use Privacy Pass. You may need to download version 2.0 now from the Chrome Web Store.

Cloudflare Ray ID: 6e3347433a7d4c37 • Your IP : 85.95.188.35 • Performance & security by Cloudflare