Reaktionen mellem Persulfationer og Iodidioner

Side 1

Kemi-rapport 09/09-11 Camilla 31.p

0

Reaktionen mellem persulfationer og iodidioner

Kemirapport september 2011

Eksperiment udført af:

Mathilde 3.p

Anja 3.p

Camilla 1.p

Eksperiment udført 26. august

STX 3.g

Kommentar [R1]: Hvem er gæsten?

Kommentar [R2]: Har du glemt, at du er rykket op?

Side 2

Kemi-rapport 09/09-11 Camilla 31.p

1

Formål:

Formålet med forsøget er at finde ud af hvilken betydning reaktanternes koncentration har for den pågældendegivende reaktion og finde et hastighedsudtryk for reaktionen, der forløber mellem persulfationer og iodidioner.

Teori:

Reaktioners hastigheder afhænger af:

1) stoffernes egenskaber

2) reaktanternes koncentrationer

3) temperaturen

4) katalysatorer/inhibitorer

5) ved heterogene reaktioner: reaktanternes overfladeareal

I denne rapport fokuseres på reaktanternes koncentrationer, og hvordan disse påvirker reaktionshastigheden.

Den kemiske reaktionshastighed kan defineres som: tilvæksten af reaktionsproduktet som funktion af tiden eller som formindskelse af reaktantens koncentration som funktion af tiden.

Reaktionen vi vil undersøge hastighedsudtrykket for, er reaktionen mellem persulfationer og iodidioner:

𝑆_{2} 𝑂_{8}^{2−} + 2𝐼^{−} → 2𝑆𝑂 + 𝐼_{2}

4

2−

Reaktionshastigheden vil i dette tilfælde derfor udregnes ved at finde formindskelsen af

                                                           2−
                                                      −Δ[𝑆 𝑂 ]
                                                         2 8
persulfationer som funktion af tiden, beskrevet ved udtrykket: 𝑣 = .
                                                         Δ𝑡

Da vi har med reaktanterne persulfat og iodid at gøre vil hastighedsudtrykket for reaktionen være:

𝑣 = 𝑘 ∙ [𝑆_{2} 𝑂_{8}^{2−}]^{𝑚} ∙ [𝐼^{−}]^{𝑛}

                                                           2−     −
hvor k er hastighedskonstanten, som er afhængig af temperaturen og [𝑆 𝑂 ] og [𝐼 ] er
                                                         2 8

koncentrationerne af de to reaktanter. De er opløftet i ordenerne m og n, der tilsammen giver et udtryk for reaktionens orden.

Fint

Materialer:

Side 3

Kemi-rapport 09/09-11 Camilla 31.p

2

Apparatur: Bægerglas(100 mL), to pipetter(10 mL & 20 mL), reagensglas, spatel, stopur.

Kemikalier: 0,200 M Na S O, 0,100 M Na S O (med 0,100 mol Na SO pr. L), 4,00·10^{-3} M

2 2 8 2 2 8 2 4

Na S O (med stivelse), 0,200 M KI, 0,200 M NaCl.

2 2 3

Fremgangsmåde:

Vi hældte 20 mL 0,200 M Na

2 2 8

S

O

-opløsning i et bægerglas og tilsatte 10,0 mL

4,00·10^{-3} M Na S O med stivelse. Derefter hældte vi det angivne(i skemaet under

2 2 3 forsøgsresultaterne) volumen 0,200 M KI og 0,200M NaCl i bægerglasset, og stillede bægerglasset på et hvidt stykke papir. I det øjeblik saltsyren og kaliumiodiden blev hældt over i bægerglasset, startede vi et stopur. Så snart blandingen begyndte at blive blå, stoppede vi uret.

På samme vis lavede vi resten af forsøgsserien.

Anden forsøgsserie, blev også lavet på samme måde, bortset fra koncentrationen af persulfationerne, der her var 0,100 M.

Forsøgsresultater:

Første forsøgsserie

Forsøg nr. | V(0,200 M | V(0,200 M KI) | V(0,200 M NaCl) | Δt

Na S O)

2 2 8

1 | 20,0 mL | 20,0 mL | 0 mL | 21,9 s
2 | 20,0 mL | 15,0 mL | 5,0 mL | 28,9 s
3 | 20,0 mL | 10,0 mL | 10,0 mL | 45,9 s
4 | 20,0 mL | 5,0 mL | 15,0 mL | 134,7 s

Anden forsøgsserie

Forsøg nr. | V(0,100 M | V(0,200 M KI) | V(0,200 M NaCl) | Δt

Na S O)

2 2 8

5 | 20,0 mL | 20,0 mL | 0 mL | 32,2 s
6 | 20,0 mL | 15,0 mL | 5,0 mL | 35,8 s
7 | 20,0 mL | 10,0 mL | 10,0 mL | 75 s
8 | 20,0 mL | 5,0 mL | 15,0 mL | 155 s

Efterbehandling/diskussion:

Side 4

Kemi-rapport 09/09-11 Camilla 31.p

3

                                                       2−        −4
                                                  −Δ[𝑆 𝑂 ]  4,00∙10
                                                     2 8
1. For at udregne reaktionshastigheden, bruges formlen: 𝑣 = =     (grunden til at
                                                     Δ𝑡       Δ𝑡

lige dette tal bruges til udregning af hastigheden, forklares i punkt 6).

Forsøg Startkoncentrationer v (M/s)
nr. [S_{2} O_{8}^{2-}] [I^{-}]

𝑘 =

𝑣

[𝑆_{2} 𝑂_{8}^{2−}]^{𝑚} ∙ [𝐼^{−}]^{𝑛}

1 | 0,080 M | 0,080 M

1,83E-05

2,85E-03

2 | 0,080 M | 0,060 M

1,38E-05

2,88E-03

3 | 0,080 M | 0,040 M

8,72E-06

2,72E-03

4 | 0,080 M | 0,020 M

2,97E-06

1,86E-03

5 | 0,040 M | 0,080 M

1,24E-06

3,88E-04

6 | 0,040 M | 0,060 M

1,12E-06

4,65E-04

7 | 0,040 M | 0,040 M

5,33E-07

3,33E-04

8 | 0,040 M | 0,020 M

2,58E-07

3,23E-04

2. Målserierne er her afbildet i grafer med v som funktion af iodidionkoncentrationen:

y = 0,0003x - 2E-06
R² = 0,9966

0,00E+00

2,00E-06

4,00E-06

6,00E-06

8,00E-06

1,00E-05

1,20E-05

1,40E-05

1,60E-05

1,80E-05

2,00E-05

0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1

v (M/s)

[I-] (M)

1. måleserie

Kommentar [R3]: Hvilken enhed får k?

Side 5

Kemi-rapport 09/09-11 Camilla 31.p

4

Det kan ud fra graferne ses at n har værdien 1, da de er lineære.

3. Ved at sammenligne målserie 1 med målserie 2, og de delforsøg, der har ens iodidionkoncentration, kan jeg finde ud af værdien af m:

0,080 M [S O^{2-}] 0,040 M [S O^{2-}] Stigning i

2 8 2 8 reaktionshastighed

(%)

0,080 M [I^{-}] 1,83E-05 1,24E-06

47 %

0,060 M [I^{-}] 1,38E-05 1,12E-06

24 %

0,040 M [I^{-}] 8,72E-06 63 %

5,33E-07

0,020 M [I^{-}] 2,97E-06 15 %

2,58E-07

Hvis reaktionen er af 0. orden mht. S O^{2-} forandres reaktionshastigheden ikke, hvis

2 8

koncentrationen af S O^{2-} fordobles(altså stiger reaktionshastigheden 0 %).

2 8

Hvis reaktionen er af 1. orden mht. S O^{2-} fordobles reaktionshastigheden, hvis koncentrationen

2 8

af S O^{2-} fordobles(altså stiger reaktionshastigheden 100 %).

2 8

Hvis reaktionen er af 2. orden mht. S O^{2-} firdobles reaktionshastigheden, hvis koncentrationen

2 8

af S O^{2-} fordobles(altså stiger reaktionshastigheden 300 %).

2 8

Den gennemsnitlige stigning i reaktionshastigheden ved fordobling af S O^{2-} koncentrationen er

2 8

37,25 %. Selvom denne procent er tættere på 0 end den er på 100, vil jeg tro at reaktionen er en

y = 2E-05x - 1E-07
R² = 0,9469

0,00E+00

1,00E-06

2,00E-06

3,00E-06

4,00E-06

5,00E-06

0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1

v (M/s)

[I-] (M)

2. måleserie

Kommentar [R4]: Den kunne også være 0. Men den er lineært voksende.

Kommentar [R5]: En fin måde at stille det op på!

Side 6

Kemi-rapport 09/09-11 Camilla 31.p

5

1. ordens reaktion mht. S O^{2-}, da der trods alt sker en stigning i reaktionshastigheden ved

2 8

forøgelse af koncentrationen af S O^{2-}. Desuden kan mulige fejlkilder eller måleusikkerhed,

2 8 være med til at give mindre præcise resultater. Flot databehandling – der er en rigtig god måde, at stile det op på.

4.

Forsøg Startkoncentrationer v (M/s)
nr. [S_{2} O_{8}^{2-}] [I^{-}]

𝑘 =

𝑣

[𝑆_{2} 𝑂_{8}^{2−}]^{𝑚} ∙ [𝐼^{−}]^{𝑛}

1 | 0,080 M | 0,080 M

1,83E-05

2,85E-03

2 | 0,080 M | 0,060 M

1,38E-05

2,88E-03

3 | 0,080 M | 0,040 M

8,72E-06

2,72E-03

4 | 0,080 M | 0,020 M

2,97E-06

1,86E-03

5 | 0,040 M | 0,080 M

1,24E-06

3,88E-04

6 | 0,040 M | 0,060 M

1,12E-06

4,65E-04

7 | 0,040 M | 0,040 M

5,33E-07

3,33E-04

8 | 0,040 M | 0,020 M

2,58E-07

3,23E-04

Størrelsen i skemaets sidste kolonne er konstanten k, der afhænger af temperaturen og varierer alt efter hvilken reaktion man har med at gøre.

Da k er en konstant, skulle tallet k gerne være det samme i alle 8 delforsøg. Da dette ikke er tilfældet, kan derfor tales om mulige fejlkilder. En fejlkilde kan bl.a. være, at det er svært at bedømme lige præcis, hvornår man mener blandingen er blevet blå og at der går en vis reaktionstid, fra man ser blandingen blive blå, til man får trykket på stopuret.

For at få en mere præcis k-værdi, tager jeg gennemsnittet af alle k-værdierne jeg har regnet

mig frem til: 𝑘 = 1,48 ∙ 10^{−3} enhed?

5. Reaktionens hastighedsudtryk, kommer til at se ud som følger:

𝑣 = 1,48 ∙ 10^{−3} ∙ [𝑆_{2} 𝑂_{8}^{2−}]^{1} ∙ [𝐼^{−}]^{1} ok, men 1-tallerne er unødvendige.

                                           2−             −4
6. Grunden til at begyndelseskoncentrationen af 𝑆 𝑂 bliver 8,00 ∙ 10 𝑀 er fordi
                                         2 3

                                                                  -3
koncentrationen bliver mindre, når volumenet bliver større. Idet de 10 mL 4,00·10 M

Na S O (med stivelse) bliver blandet ned i et bægerglas med 20,0 mL 0,200 M Na S O og

2 2 3 2 2 8

                                         0,01𝐿∙0,004𝑀
20,0 mL 0,200 M KI, falder koncentrationen: 𝐶 =   = 0,0008𝑀.
                                           0,05𝐿

                                        2−
Der forløber to reaktioner på samme tid indtil 𝑆 𝑂 er opbrugt, nemlig følgende reaktioner:
                                      2 3

Kommentar [R6]: Husk enhed.

Side 7

Kemi-rapport 09/09-11 Camilla 31.p

6

(1) 𝑆_{2} 𝑂_{8}^{2−} + 2𝐼^{−} → 2𝑆𝑂_{4}^{2−} + 𝐼_{2}
(2) 2𝑆_{2} 𝑂_{3}^{2−} + 𝐼_{2} → 𝑆_{4} 𝑂_{6}^{2−} + 2𝐼^{−}

Da reaktion (2) forløber meget hurtigere end (1), vil iodmolekylerne, straks blive genomdannet til iodidioner, inden de kan nå at reagere med stivelsen i blandingen, og give den blå farve.

Omdannelsen af iodmolekylerne kan altså foregå så længe, der er thiosulfationer tilbage i bægerglasset. Når det er opbrugt, vil blandingen blive blå. Da der er en startkoncentration af

                      −4
thiosulfationer på 8,00 ∙ 10

𝑀, ved vi at når blandingen bliver blå, er den mængde blevet omdannet. Da thiosulfationerne reagerer 2:1 med iodmolekylerne ved vi, at der er blevet omdannet

                                                                       −4
en halv så stor koncentration af iodmolekyler når blandingen bliver blå, nemlig 4,00 ∙ 10 𝑀. Da

der for hvert omdannede persulfation bliver et iodmolekyle, ved vi at koncentrationen af

                                                                          −4
persulfationer i det øjeblik alle thiosulfationerne er omdannet, er formindsket med 4,00 ∙ 10 𝑀.

Fint

7. [𝑆_{2} 𝑂_{8}^{2−}] er beregnet ved først at tage koncentrationen og gange med det volumen 𝑆_{2} 𝑂_{8}^{2−}

man tilsætter. Man har nu stofmængden og denne divideres med det samlede volumen af alle de blandinger, der kommer i bægerglasset.ok

8. Første måling: [S2O82-]%-ændring = 4,00 × 10-4 / 0,08 = 0,005 0,005 × 100 = 0,5%
Anden måling: [S2O82-]%-ændring = 4,00 × 10-4 / 0,04 = 0,01 0,01 × 100 = 1%

Disse fejl har ikke en særlig stor betydning da de udgør en meget lille procentdel af resultatet. Det kan dog være en af mange små fejlkilder, der gør at vores resultater ikke er så præcise.ok

9. Som forklaret under punkt 6, bliver iodidionerne omdannet igen i reaktion (2), så snart de er blevet til iodmolekyler.

ok

Konklusion:

Reaktionen mellem persulfationer og iodidioner er en 2. ordens reaktion, idet det er en 1. ordens reaktion mht. persulfat og en 1. ordens reaktion mht. iodid. Reaktionens hastighedsudtryk, ser ud

som følger 𝑣 = 1,48 ∙ 10^{−3} ∙ [𝑆_{2} 𝑂_{8}^{2−}]^{1} ∙ [𝐼^{−}]^{1} ved stuetemperatur.

En rigtig flot rapport – men husk en enhed på k.