KemiForsøget - LMFK

KemiForsøgetGer t W. Ber gstein, HorsensStatsskoleReaktionshastighed – bestemmelse afreaktionsorden og aktiveringsenergiVi vil i dette forsøg se på en redoxreaktion,hvor iodidioner oxideres til diiod afperoxodisulfationer (S 2O 82–), der reducerestil sulfationer.Opskriv det afstemte reaktionsskema.Dannelsen af diiod forsinkes, idet der ertilsat en smule thiosulfationer (S 2O 32–),som straks reducere det dannede diiodtil iodidioner igenI + S O22 2 3- - 2-® 2I + S O4 6Vi skal lave en stribe forsøg, hvor vi ændrerpå begyndelseskoncentrationerne,temperatur samt tilsat katalysator. Så snartthiosulfaten er brugt op, vil den dannedediiod forblive i opløsningen. Da vi ithiosulfaten har blandet lidt stivelsesopløsning,vil vi tydeligt kunne se, når derbegynder at dannes diiod i opløsningen,da stivelse virker som indikator for diiod.Til alle forsøg tilsætter vi den sammemængde thiosulfat, og hastighedenfor reaktionen kan derfor skrives somv=2-D[S2O 3] =DtHvor a angiver startkoncentrationen afthiosulfat. Da det i alle forsøg er den sammemængde thiosulfationer, der forsinkerdannelsen af diiod, kan vi benytte v = 1/tsom et udtryk for hastigheden.atMængden af kemikalier i de enkelte forsøgfremgår af nedenstående tabel.De første 8 forsøg foretages i en brøndplade.De angivne mængder kan med tilstrækkelignøjagtighed udtages med enengangsdråbepipette. A – E kommes i etaf brøndhullerne og idet F tilsættes startesstopuret. Tiden aflæses når vi ser, atder dannes diiod.Forsøg 9 – 11 skal benyttes til at lave etArrhenius–plot, så forsøgene skal udføresved tre forskellige temperaturer, ca.10 °C, 25 °C og 40 °C. Da vi skal laveen grafisk afbildning, vil vi gerne haveen større nøjagtighed i måleresultaterne.Foreslå forsøgsbetingelser så dettekrav opfyldes.Kaliumnitrat og kaliumsulfat tilsættesfor at have en ens samlet ionladning ialle forsøg.Efterbehandling• Bestem reaktionsordenen for I – og S 2O 82–.• Tag udgangspunkt i forsøg nr. 1, og beregnhvor mange procent koncentrationenaf peroxodisulfationer har ændretsig, i det øjeblik hvor farveskiftet sker.Hvad sker der med koncentrationen afiodidioner i den samme periode?• Hvilken funktion har kobbersulfat iforsøg nr. 8?• Lav et Arrhenius–plot på baggrund afforsøg 9 – 11 og bestem aktiveringsenergien.• Virker størrelsen af aktiveringsenergientil at være realistisk?• Hvor mange grader skal temperaturenstige (omkring stuetemperatur) for atreaktionshastigheden fordobles?Svar på de stillede spørgsmål flettesnaturligt ind i rapporten.Bemærkninger til forsøgetDa jeg afprøvede forsøget, viste det medstor tydelighed, at reaktionen er af førsteorden både med hensyn til iodidionenog med hensyn til peroxodisulfationen.Kobberionens virkning som katalysatorvar meget overbevisende, idet en reaktionstidpå 94 sekunder blev reducerettil 6 sekunder.Målingerne til Arrhenius–plottet blevforetaget efter nedenstående skema, idetkaliumiodid og natriumthiosulfat blevhældt i et stort reagensglas og kaliumperoxodisulfati et andet reagensglas. Beggereagensglas blev stillet til temperering iet vandbad. Efter et stykke tid blev indholdeti de to reagensglas hældt i et bægerglasmed en omrøremagnet samtidigmed at stopuret startes. Temperaturenmåles lige ved sammenblandingen ogved farveskiftet. Gennemsnittet af de totemperaturer noteres i skemaet.Arrhenius–plottet gav nedenstående overbevisenderesultat, idet jeg dog ikke harafbildet ln(k), men i stedet ln(1/t) somfunktion af 1/T.MatematikKemiKI KNO 3 K 2 SO 4A B C D E FNr. med stivelse CuSO 4 K 2 S 2 O 8 T / K t / sNa 2 S 2 O 31 2 mL - - 0,5 mL - 2 mL -2 2 mL - 0,5 mL 0,5 mL - 1,5 mL -3 2 mL - 1 mL 0,5 mL - 1 mL -4 2 mL - 1,5 mL 0,5 mL - 0,5 mL -5 1,5 mL 0,5 mL - 0,5 mL - 2 mL -6 1 mL 1 mL - 0,5 mL - 2 mL -7 0,5 mL 1,5 mL - 0,5 mL - 2 mL -8 2 mL - - 0,5 mL 1 dråbe 2 mL -9 mL - - mL - mL10 mL - - mL - mL11 mL - - mL - mLSom det ses, gav det en meget flot R 2 –værdi, og benyttes hældningen til at bestemmeaktiveringsenergien får jegJ kJa=- a⋅ R =-( -6176,3 K)⋅8,31=51,3mol ⋅K molEJeg har ikke nogen tabelværdi, men anserværdien for realistisk på baggrund af oplysningeri Kend Kemien 2 og 3, der angiveret interval på 40 – 80 kJ/mol hhv.50 – 200 kJ/mol for reaktioner, vi arbejdermed i laboratoriet.40 LMFK-bladet 2/2011

Arrhenius–plot00,003 0,0031 0,0032 0,0033 0,0034 0,0035 0,0036-1-2A D FNr. KINa 2 S 2 O 3med stivelse K 2 S 2 O 8 T / K t / s9 20 mL 5 mL 20 mL 285 34210 20 mL 5 mL 20 mL 310 6211 20 mL 5 mL 20 mL 322 28ln ( 1/t )-3-4ln( k ) = –6176,3·T –1 + 15,827R² = 0,9995-5-6-71 / T [ K –1 ]I konferencen Kemi STXFAG på Skolekom liggerøvelsesvejledningen uden bemærkningerne, dvs.øvelsesvejledningen kan downloades og benyttesdirekte i undervisningen.LMFK-bladet 2/2011 41MatematikKemi