反応速度定数と活性化エネルギー

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    工学基礎化学実験  
    反応速度定数と活性化エネルギー
    実験目的
      鉄ミョウバン水溶液を触媒として,約1.5%過酸化水素水を水と酸素に分解する。30℃と40℃における反応速度定数を求め,この反応速度の温度変化から,この反応の活性化エネルギーを見積もる。
     実験操作 器具 恒温槽,ガスビュレット(水準管付),反応管(過酸化水素分解槽), 2mlホールピペット(鉄ミョウバン溶液用), 10mlホールピペット(過酸化水素水用)
     試薬 約1.5%過酸化水素水,鉄ミョウバン水溶液
    ガスビュレットに,菅1本分程度(水準管とガスビュレットにそれぞれ半分ずつくらい)の水道水を入れておく。
    反応管の側管に鉄ミョウバン溶液を2ml,下部に約1.5%過酸化水素水を10mlホールピペットを用いて入れる。この操作のとき,およびこれ以降反応を開始するまで,両溶液が混ざらないように注意する。
    溶液を入れた反応管を,ガラス管付きゴム栓に接続する。肉厚ゴム栓が恒温槽の水面下にくるように,三方コックの水平部分が正しく水平になるように,全体を固定する。
    三方コックを空気が入る状態にして,反応管の温度が恒温槽の温度になるのを待つため反応管を恒温槽につけたまま,約10分間待つ。
    約10分たったら,三方コックはそのままにして水準管を静かにあげて,ガスビュレットの水位が目盛り2になるようにし,この位置で三方コックを180°回す。水準管は再び下げておく。
    時計を見ながら恒温槽の中で反管を横にして,側管内の鉄ミョウバン溶液を反応管下部に流し込み,軽くゆすって過酸化水素水と完全に混合させる。反応開始以後,反応管を絶えず一定の強さで振りながら,30℃では1分ごと15分間,40℃では30秒ごと6分間の時間間隔でガスビュレットに集まる酸素の体積を読む。読みとる際には必ず水準管を上げて,水準管とガスビュレットの水位を一致させて目盛りを読む。
    実験環境
         過酸化水素濃度 0.639mol/dm3,大気圧 753mmHg,気温 18.8℃,
    各水槽の水温 29.6℃・40.2℃
     
    結果
    0℃,1atmで気体の体積は22.4lあることと 反応式  より  0℃,1atmで10mlの過酸化水素から発生すべき酸素の体積Vが求められる。ここで,過酸化水素1molから酸素が0.5mol生じることに注意すると,過酸化水素の濃度をc(mol/dm3)として
     (ml)となる。 この式にc=0.639を代入すると,V=71.568 (ml)となる。  Vを用いると,外圧P(mmHg),絶対温度T(気温)の下での体積V0は,体積vの測定が常に水と接触した酸素について行われることを考慮して,ボイル-シャルルの法則より となる。 ここで,気温18.8℃(291.8K),気圧753mmHgを代入する。
    表1
    t T=273+t PH2O 0 273 4.6 5 278 6.5 10 283 9.2 15 288 12.8 20 293 17.5 25 298 23.8 30 303 31.8  また,上記の表よりグラフを次のページに描くと,
    18.8℃の時の水蒸気圧は約16mmHgである。
    よって,V=71.568 T=291.8 P=753 PH2O=16 を代入すると, V0=78.840446(ml)となり, 30℃の時は表2に記す。また、40℃の時は、6分間の測定時間終了後、体積が増えなくなるまでさらに測定を継続することにより、V0=89.6-2.0=87.6となり、表3に記す。
    表2
    t (min) 目盛り

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    工学基礎化学実験  
    反応速度定数と活性化エネルギー
    実験目的
      鉄ミョウバン水溶液を触媒として,約1.5%過酸化水素水を水と酸素に分解する。30℃と40℃における反応速度定数を求め,この反応速度の温度変化から,この反応の活性化エネルギーを見積もる。
     実験操作 器具 恒温槽,ガスビュレット(水準管付),反応管(過酸化水素分解槽), 2mlホールピペット(鉄ミョウバン溶液用), 10mlホールピペット(過酸化水素水用)
     試薬 約1.5%過酸化水素水,鉄ミョウバン水溶液
    ガスビュレットに,菅1本分程度(水準管とガスビュレットにそれぞれ半分ずつくらい)の水道水を入れておく。
    反応管の側管に鉄ミョウバン溶液を2ml,下部に約1.5%過酸化水素水を10mlホールピペットを用いて入れる。この操作のとき,およびこれ以降反応を開始するまで,両溶液が混ざらないように注意する。
    溶液を入れた反応管を,ガラス管付きゴム栓に接続する。肉厚ゴム栓が恒温槽の水面下にくるように,三方コックの水平部分が正しく水平になるように,全体を固定する。
    三方コックを空気が入る状態にして,反応管の温度が恒温槽の温度になる..

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