KEMIRAPPORT

PIA JENSEN, 3.X
MANDAG DEN 25. DECEMBER 2006
ØVELSERNE ER UDFØRT TORSDAG DEN 23. NOVEMBER 2006 I SAMARBEJDE MED ANN MAI OG RIKKE AABERG
KEMIRAPPORT
REAKTIONSHASTIGHED
Side 1 af 13

KEMIRAPPORT
REAKTIONSHASTIGHED
FORORD OG INDHOLDSFORTEGNELSE
Denne rapport omhandler et forsøg vi har lavet om reaktionshastighed. Indholdet i
rapporten er bygget op på denne måde:
1. Formål Side 3
2. Teori Side 3
a. Vores reaktion Side 3
b. Bestemmelse af reaktionshastigheden Side 4
3. Forsøgsopstilling og beskrivelse af øvelsens udførelse Side 6
a. Udførsel Side 7
4. Måleresultater og behandling af disse Side 8
5. Fejlkilder Side 13
6. Konklusion Side 13
Side 2 af 13

FORMÅL
Formålet med denne rapport er at forklare vores forsøg om reaktionshastighed og endvidere
bestemme reaktionsordenen for reaktionen vi arbejder med samt udregne
hastighedskonstanten for denne samt opstille hastighedsudtrykket for reaktionen.
TEORI
Kemiske reaktioner foregår ved forskellige hastigheder. Definitionen på hastigheden for en
reaktion er givet ved:
[ A]
∆
v = −
(2.1)
∆t
Hvilket altså er formindskelsen af stoffet A til tiden t. En reaktions hastighed afhænger af
alle reaktanternes koncentrationer, så har jeg en reaktion med de to reaktanter A og B vil
hastighedsudtrykket for reaktionen være:
[ ] [ ] n m A B
v = k ⋅ ⋅
(2.2)
hvor k er hastighedskonstanten og [A] og [B] er koncentrationerne af de to reaktanter. Disse
er opløftet i ordenerne m og n, der tilsammen giver et udtryk for reaktionens orden:
Hastighedkonstanten k er desuden temperaturafhængig.
ordenen for en reaktion = m + n
(2.3)
VORES REAKTION
Når hastighedsudtrykket i formel 2.2 viser hvordan reaktionen forløber bliver man
selvfølgelig nødt til at opstille dennes reaktionsmekanisme. Den reaktion vi skal arbejde med
2−
foregår ved at persulfationer ( S , navnet betyder ”to sulfationer”, og persulfation er da
også to sulfationer
2 8 O
2−
SO 4 ) der oxiderer iodidioner ( −
2−
−
2−
S2 O8
( aq)
+ 2 I ( aq)
→ 2 SO4
( aq)
+ I2
Side 3 af 13
I ) til frit iod ( I 2 ) ved redoxreaktionen:
Som en redoxreaktion ville vi normalt afstemme reaktionen på følgende måde:
+ 7
S O
2
2
8
2−
4
2
( s)
(2.4)
− 1 + 6 0
− −
(2.5)
+ 2 I → 2 SO + I
Men denne afstemning passer ikke, eftersom oxidationstallene ikke er korrekte med den
normale måde man bestemmer disse på. Sulfation og persulfation har følgende
strukturformler (hvor a betegner sulfation og b betegner persulfation):

O -
O
S
O
O -
(a)
O -
O
+6
S O O
+6
S
-1 -1
O
Egentlig er der ingen dobbeltbindinger hverken i a eller b, bare oktetregelen er opfyldt for
svovlatomerne, men det er nemmere at skrive op hvis jeg tager dem med. Imellem de to
oxygenatomer i midten af persulfationen er der en bro der har oxidationstallet -1 i stedet for
det normale for oxygen der er -2. Derfor har svovlatomerne +6 i stedet for +7 som jeg
brugte i reaktion 2.5.
Side 4 af 13
O
O
O -
(b)
(2.6)
Vi kan ud fra reaktionsopstillingen i formel 2.4 antage at hastighedsudtrykket ud fra
formel 2.2 må være:
[ ] [ ] n m 2−
−
S O ⋅ I
v = k ⋅
(2.8)
2
8
hvor hastigheden ved formindskelsen af persulfationer per tid vil være defineret ud fra
formel 2.1, og altså være:
2−
[ S O ]
∆ 2 8
v = −
(2.9)
∆t
hvor det er værd at nævne at minus tegnet kun er der fordi koncentrationen af
persulfationerne jo falder når reaktionen forløber.
Var m og n i formel 2.8 begge to nul var det en nulteordensreaktion, var én af dem et
mens den anden stadig var nul ville det være en førsteordensreaktion og var det begge to et
ville det være en andenordensreaktion (jævnfør med hvad jeg sagde i formel 2.3).
BESTEMMELSE AF REAKTIONSHASTIGHEDEN
2−
For at kunne bestemme koncentrationsændringen af persulfation ( [ ] S
∆ ) lader vi det
1−
dannede diiod i reaktion 2.4 reagere med en kendt mængde thiosulfationer ( S ),
hvorved der igen dannes iodioner. Dette sker ved følgende reaktion:
I
2
( s)
2 8 O
2 4 O
2−
−
2−
+ 2 S O ( aq)
→ 2 I ( aq)
+ S O ( aq)
(2.10)
2
3
Thiosulfation har også et lidt underligt oxidationstal, da den har strukturformelen:
2
6

O -
O
+6
S S S
+6
S
-1 -1
Redoxreaktionen afstemt vil altså være som følger:
0
I
2
O
+
+ 2
2 S O
2
2−
3
→
− 1
2 I
−
Side 5 af 13
+
O
O
+ 2,
5
S O
2
2−
6
O -
(2.11)
(2.12)
Der dannes jo præcis et diiodmolekyle når der forsvinder en persulfation i reaktion 2.4,
og samtidig forsvinder diiod igen ved reaktionen med thiosulfationer herover. Når
thiosulfationerne er brugt op vil reaktion 2.10 stoppe mens reaktion 2.4 naturligvis
fortsætter. De diiodmolekyler der nu stadig dannes vil blive ved med at være på denne form,
og disse kan påvises ved hjælp af stivelse. Stivelse sammen med iod giver nemlig en meget
tydelig blå farve. Vi kender altså koncentrationen af den mængde thiosulfationer vi har tilsat,
og denne må have et bestemt forhold til koncentrationen af persulfationerne, og derved kan
vi bestemme formindskelsen af persulfationerne som:
∆
2−
1 2−
[ S2O8
] ⋅[
S2O3
] 0
= (2.13)
2
hvor [] 0 betegner begyndelseskoncentrationen til starttidspunktet, altså tiden 0.

FORSØGSOPSTILLING OG BESKRIVELSE AF ØVELSENS UDFØRELSE
Vi skulle lave to serier af målinger hvor hver serie er fire målinger der skal i et skema. Det er
meget vigtigt at vores glas er kemisk set rene, så vi skyllede dem med ethanol hver gang vi
skal bruge dem (i opgavevejledningen står der at vi skal vaske med demineraliseret vand, og
derfor skyllede vi også med dette før ethanolen, men vi brugte ethanol efter vandet fordi det
alligevel fordamper før vi bruger glasvarerne). De to serier er ens bortset fra indholdet af
Na 2S 2O 8, hvor første serie har 20,0 mL 0,200 M af denne mens den anden kun er med
koncentrationen 0,100 M. Serierne er som følger:
1. serie
20,0 mL 0,200 M Na 2S 2O 8 opløsning tilsættes 10,0 mL 4 10 -3 M Na 2S 2O 3 opløsning med
stivelse - i et bægerglas der står på en magnetomrører.
20,0 mL 0,200 M KI 0 mL 0,200 M NaCl i erhlenmeierkolbe
15,0 mL 0,200 M KI 5,0 mL 0,200 M NaCl i erhlenmeierkolbe
10,0 mL 0,200 M KI 10,0 mL 0,200 M NaCl i erhlenmeierkolbe
5,0 mL 0,200 M KI 15,0 mL 0,200 M NaCl i erhlenmeierkolbe
Hæld kolbens indhold i bægerglasset og tag tid på hvor lang tid det tager at blive blåt.
2. serie
20,0 mL 0,100 M Na 2S 2O 8 opløsning tilsættes 10,0 mL 4 10 -3 M Na 2S 2O 3 opløsning med
stivelse - i et bægerglas der står på en magnetomrører.
20,0 mL 0,200 M KI 0 mL 0,200 M NaCl i erhlenmeierkolbe
15,0 mL 0,200 M KI 5,0 mL 0,200 M NaCl i erhlenmeierkolbe
10,0 mL 0,200 M KI 10,0 mL 0,200 M NaCl i erhlenmeierkolbe
5,0 mL 0,200 M KI 15,0 mL 0,200 M NaCl i erhlenmeierkolbe
Hæld kolbens indhold i bægerglasset og tag tid på hvor lang tid det tager at blive blåt.
Grunden til at vi tilsætter NaCl er at opløsningerne skal have samme ionstyrke,
eftersom denne også indvirker på hastighedskonstanten k. Vi laver serierne som overfor
beskrevet og noterer for hver gang hvor lang tid det tager for blandingen at blive blå.
Side 6 af 13

UDFØRSEL
Opstillingen for forsøget har jeg vist herunder. Der er ikke så meget at forklare om den,
eftersom forsøget jo bare er at lave to opløsninger som man hælder sammen, hvor man
under forsøget kun ændrer på de forskellige opløsninger. Jeg har vist hvordan bægerglasset
og kolben med de to forskellige opløsninger bliver blandet i en af serierne herunder. Den
anden serie foregår på samme måde.
Saltopløsninger 2-4
Saltopløsning 1
Na 2 S 2 O 8 og Na 2 S 2 O 3
4
3
2 1
5 6 7
8
11 9
Side 7 af 13
4
3
2
1 1
0
5 6 7
8
9
Magnetomrører
Saltopløsningerne havde kemilæreren lavet i forvejen, og disse to skulle altså bare opmåles
med pipette og hældes i en kolbe. Vores natriumthiosulfat og natriumpersulfat opmålte vi på
samme måde og tilsatte desuden cirka 2 g stivelse som indikator. Dette kom i et bægerglas
der altså stod på en magnetomrører. Når vi hælde kolbens indhold i bægerglasset startede vi
et stopur, og med det samme blandingen blev blå på grund af diiod i denne der reagerede
med stivelse stoppede vi uret og noterede den tid det havde taget.

MÅLERESULTATER OG BEHANDLING AF DISSE
Vores måleresultater har jeg sat op i to tabeller, som jeg vil gå ud fra når jeg viderebehandler:
Serie 1 20,0 mL 0,200 M Na2S2O8 - 10,0 mL 4 10 -3 M Na2S2O3 tid [s]
20,0 mL 0,200 M KI 0 mL 0,200 M NaCl 15,18
15,0 mL 0,200 M KI 5,0 mL 0,200 M NaCl 21,43
10,0 mL 0,200 M KI 10,0 mL 0,200 M NaCl 34,59
5,0 mL 0,200 M KI 15,0 mL 0,200 M NaCl 71,39
Serie 2 20,0 mL 0,100 M Na2S2O8 - 10,0 mL 4 10 -3 M Na2S2O3 tid [s]
20,0 mL 0,200 M KI 0 mL 0,200 M NaCl 33,11
15,0 mL 0,200 M KI 5,0 mL 0,200 M NaCl 45,69
10,0 mL 0,200 M KI 10,0 mL 0,200 M NaCl 75,01
5,0 mL 0,200 M KI 15,0 mL 0,200 M NaCl 195,86
Jeg skal nu finde startkoncentrationerne for de forskellige stoffer. Koncentrationerne angivet
i tabellerne ovenfor er koncentrationerne af stofferne før det er blevet blandede, men denne
ændrer sig jo når jeg ændrer rumfanget for den væske stoffet er opløst i - hælder andre
opløsninger sammen med det stof jeg ser på. Mine opløsninger ender altid med at have et
volumen på 50 mL, eftersom jeg i bægerglasset har 30 mL opløsning og i kolben har 20 mL
opløsning. Jeg kan altså finde startkoncentrationen for persulfation for de to serier til at
være:
2−
n c ⋅ V 0,
200 M ⋅ 20 mL
[ S O ] = = =
= 0,
0800 M
2
8
0
V
V
total
50 mL
2−
n c ⋅ V 0,
100 M ⋅ 20 mL
[ S O ] = = =
= 0,
0400 M
2
8
0
V
V
total
50 mL
hvor 4.1 er for serie 1 mens 4.2 er for serie 2. Startkoncentrationen af iodionerne udregnes
på samme måde, bortset fra at der her skal udregnes fire værdier, eftersom der er fire
forskellige opløsninger af saltene. Jeg finder disse koncentrationer her:
− n c ⋅ V 0,
200 M ⋅ 20 mL
[ I ] = = =
= 0,
0800 M
0
V
V
total
50 mL
− n c ⋅ V 0,
200 M ⋅15
mL
[ I ] = = =
= 0,
0600 M
0
V
V
total
50 mL
− n c ⋅ V 0,
200 M ⋅10
mL
[ I ] = = =
= 0,
0400 M
0
V
V
total
50 mL
Side 8 af 13
(4.1)
(4.2)
(4.3)
(4.4)
(4.5)

− n c ⋅ V 0,
200 M ⋅5
mL
[ I ] = = =
= 0,
0200 M
0
V
V
total
50 mL
Man kan se på volumen for de forskellige udregninger hvilke der hører til hvor. Ud fra
formel 2.9 og 2.13 i teoriafsnittet kan jeg finde at sammenhængen der giver
reaktionshastigheden er givet ved:
∆
v = −
1 2−
2−
⋅
[ ] [ S O ]
S O
2 3
2
∆t
8
= − 2
2-
Jeg kan finde koncentrationen af S2O3 eftersom jeg ved jeg at jeg i starten i bægerglasset har
10,0 mL 4 10 -3 M af denne:
Side 9 af 13
∆t
−3
2−
n c ⋅ V 10 mL ⋅4
⋅10
M
−4
[ S O ] = =
= 8 ⋅10
M
2
3
0
(4.6)
(4.7)
= (4.8)
V V 50 mL
total
Med denne værdi kan jeg nu skrive formel 4.7 som:
v = −
1
⋅8
⋅10
2
∆t
−4
M
−4
4 ⋅10
= −
∆t
M
(4.9)
Jeg kan altså nu lave et skema der viser hvordan de forskellige sammenhænge mellem
koncentrationer af iodioner og persulfationer hænger sammen med begge seriers målesæt,
hvor jeg også finder reaktionshastigheden v, som jeg har givet ved i formel 4.9:
2-
Nr. [S2O8 ]0 [M] [I - ] 0 [M] tid [s] v [M/s]
1 0,08 0,08 15,18 2,63505 10 -5
2 0,08 0,06 21,43 1,86654 10 -5
3 0,08 0,04 34,59 1,1564 10 -5
4 0,08 0,02 71,39 5,60303 10 -6
5 0,04 0,08 33,11 1,20809 10 -5
6 0,04 0,06 45,69 8,75465 10 -6
7 0,04 0,04 75,01 5,33262 10 -6
8 0,04 0,02 195,86 2,04228 10 -6
Jeg kan nu afbilde reaktionshastigheden som funktion af koncentrationen af iodioner. Hvis
denne er ret betyder det at reaktionen er af første orden. Graferne vil følge formel 2.8 fra
teorien, og jeg viser de to linier på grafen på næste side:

2.5E-5
2E-5
1.5E-5
1E-5
5E-6
Reaktionshastighed v [M/s]
f(x)=0.00034671905*x-1.79022E-06; R²=0.9969
Serie 1
f(x)=0.00016768945*x-1.33186E-06; R²=0.9999
Serie 2
0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08
Side 10 af 13
Iodionkoncentration c [M]
Jeg kan se at punkterne for begge serier ligger på pæne rette linier, og de må altså følge
formel 2.8 som sagt tidligere. Efter denne vil hældningskoefficienten for linierne være givet
ved:
oefficient
hældningsk
[ ] m 2
S
−
k = ⋅
(4.9)
fordi det jo er hastigheden som funktion af iodionkoncentrationen. Eftersom linierne er rette
kan jeg desuden konkludere at reaktionen med hensyn til koncentrationen af iodioner er af
første orden, og n i formel 2.3 må altså være et, eftersom der rent faktisk er en sammenhæng.
Jeg kan også bestemme m fra formel 2.3, da jeg kan se at hældningerne for de to grafer har
en sammenhæng - grafen til første serie har en cirka dobbelt så stor hældning som grafen til
anden serie:
hældning
hældning
2 8 O
1
= 2
(4.10)
2
Dette betyder at m må være 1, for der gælder lige præcis for de to serier at koncentrationen
af persulfationer er dobbelt så stor i serie 1 som i serie 2. Sammenlagt betyder det altså at
reaktionen har en orden på:
m + n = 1+
1 = 2
(4.11)
Så reaktionen mellem persulfationer og iodidioner er en andenordensreaktion der er af første
2- -
orden med hensyn til både S2O8 og I .

Jeg finder reaktionskonstanten k ved at bruge formel 2.8, eftersom jeg nu kender både m og
n til 1. Mine udregnede værdier af k har jeg i følgende tabel, der er en udbygning af forrige
tabel:
Nr.
2-
[S2O8 ]0 [M] [I - ] 0 [M] tid [s] v [M/s] k [M -1 s -1 ]
1 0,08 0,08 15,18 2,63505 10 -5 0,0041173
2 0,08 0,06 21,43 1,86654 10 -5 0,0038886
3 0,08 0,04 34,59 1,1564 10 -5 0,0036138
4 0,08 0,02 71,39 5,60303 10 -6 0,0035019
5 0,04 0,08 33,11 1,20809 10 -5 0,0037753
6 0,04 0,06 45,69 8,75465 10 -6 0,0036478
7 0,04 0,04 75,01 5,33262 10 -6 0,0033329
8 0,04 0,02 195,86 2,04228 10 -6 0,0025528
Jeg har fundet k ved at isolere denne i formel 2.8, og jeg har altså brugt følgende udtryk:
v
k = (4.12)
[ ] [ ] n m 2−
−
S O ⋅ I
2
8
hvor m og n altså er 1 og resten af værdierne er givet i tabellen. Gennemsnitsværdien for
hastighedskonstanten er 0,003553792 M -1 s -1 .
Under forsøgene går vi i formel 2.8, hastighedsudtrykket, hele tiden ud fra at
2- 2-
koncentrationen af S2O8 er konstant, eftersom startkoncentrationen af S2O3 er valgt meget
2-
lille i forhold til dennes startkoncentration. Dette passer dog ikke helt, da [S2O8 ] vil ændre
sig lidt i forhold til tiden. Jeg ser nu på en graf over hastighedskonstanten k i forhold til t:
0.004
0.003
0.002
0.001
Hastighedkonstanten k
f(x)=-7.8317342E-06*x+0.0040357062; R²=0.9476
k-værdier med hensyn til tiden
Gennemsnitsværdi for k
20 40 60 80 100 120 140 160 180 200
Side 11 af 13
Tid t

Jeg kan se at der er en meget tydelig sammenhæng mellem hastighedskonstanten og den tid
der er gået, og der må altså være en usikkerhed på hastighedskonstanten der bliver større og
større des mere tid der går. For at undgå denne usikkerhed bruger jeg hastighedskonstanten
2-
til tiden nul, hvor koncentrationen af S2O8 rent faktisk er den som jeg har sat den til at være
konstant igennem hele tiden (men som ikke er det alligevel). Denne værdi for k er skæringen
af andenaksen, og dermed værdien 4,0357062 10 -3 M -1 s -1 . Hastighedsudtrykket for
reaktionen er altså:
v
Side 12 af 13
2−
− [ S O ] ⋅[
]
−3
−1
−1
= 4,
0257062 ⋅10
M s ⋅ 2 8 I
(4.13)

FEJLKILDER
Af fejlkilder var der er del forskellige. Jeg vil her skrive dem op på punktform sammen
med de ting de forskellige fejlkilder kan resultere i samt hvorfor de gør det. Jeg vil desuden
lige kommentere om den specifikke fejlkilde er relevant for vores forsøg og om man kan se
det på resultaterne.
◊ Den vigtigste af fejlkilderne var nok vores afmålinger, der selvfølgelig ikke kan være
100 % korrekte når vi gør det manuelt. Dette har kunnet resultere i at vores
resultater både blev større og mindre end det perfekte, og har vi helt misforstået en
måde at bruge f.eks. en pipette på har det selvfølgelig resulteret i store fejl.
◊ Når vi hælder saltopløsningen fra kolben ned i bægerglasset er det ikke hele
opløsningen der kommer i med det samme (det skal jo lige derned først), men helt
ideelt skulle de to blandinger jo gerne være helt blandede og hældt sammen på et
splitsekund til tiden nul. Dette kan man ikke fysisk, og derfor er det også en rimelig
stor fejlkilde.
◊ Når vi renser vores udstyr er der selvfølgelig også lidt rester tilbage, hvorfor vi ikke
bare ville nøjes med at rense med demineraliseret vand. Vi vaskede med ethanol for
at være mest muligt sikre på at alle rensemidler var væk (fordampet) før vi hældte
vores opløsninger i. Hvis de forskellige væsker ikke var væk ville det resultere i at
vores opløsningers volumen blev større. Dette har dog ikke være en særlig stor
fejlkilde, eftersom vi nok har målt mere skævt end der har været ethanol/vand
tilbage.
KONKLUSION
Jeg kan konkludere at vores forsøg gik udmærket og at sammenhængen mellem
koncentrationen af iodioner og reaktionshastighed var fin. Med dette viste jeg at reaktionen
mellem persulfation og iodidioner er en andenordensreaktion der er af første orden med
2- -
hensyn til både S2O8 og I .
2-
Desuden viste jeg hvordan der var en usikkerhed på koncentrationen af S2O8 , som
jeg kom udenom ved at bruge hastighedskonstanten til tiden nul til at lave
hastighedsudtrykket for reaktionen.
Side 13 af 13