DECOMPOSIÇÃO CATALÍTICA DO PERÓXIDO DE HIDROGÊNIO

 QFL - 411

OBJETIVO    

Estudo comparativo da decomposição do peróxido de hidrogênio pelo uso de catalisador.

TEORIA

A velocidade de uma reação química depende de numerosos fatores como, por exemplo, das concentrações dos reagentes, da temperatura, de catalisadores e etc. Um catalisador pode aumentar notavelmente a velocidade do processo, especialmente na presença de aceleradores e promotores.

O peróxido de hidrogênio se decompõem segundo a equação: 2H₂O₂ ® 2H₂O+ O₂

A velocidade é grandemente acelerada por vários catalisadores, por exemplo, dióxido de manganês, nitrato férrico, ou pela ação combinada de um catalisador e um promotor de catalisador (nitrato férrico + nitrato cúprico). A luz, o pH e as próprias paredes de vidro podem afetar a velocidade da decomposição da água oxigenada.

O objetivo desta experiência é verificar qualitativa e quantitativamente a velocidade de decomposição da água oxigenada na presença de diferentes catalisadores. A experiência constará de quatro partes:

Primeira Parte - Verificação da decomposição da água oxigenada, contida em uma solução aquosa, na ausência de catalisadores ou promotores de catalisador. Nesta experiência você poderá observar se a ação da luz e das paredes do recipiente é eficiente para decompor a água oxigenada no intervalo de tempo da experiência (cerca de três horas).

Segunda Parte - Verificação da decomposição da água oxigenada em solução aquosa contendo nitrato férrico (catalisador).

Terceira Parte - Verificação da decomposição da água oxigenada em meio aquoso contendo nitrato férrico e nitrato cúprico (catalisador + promotor).

Quarta Parte - Verificação da decomposição da água oxigenada em solução aquosa contendo nitrato cúprico (promotor).

O curso da reação, para cada caso, será seguido pela titulação de alíquotas das respectivas misturas com solução padronizada de permanganato de potássio para vários intervalos de tempo.

A decomposição da água oxigenada sob as condições da experiência, é de primeira ordem e obedece a equação diferencial: onde:

a representa a concentração inicial de H₂O₂,

x a concentração que reagiu no instante t

k a constante de velocidade da reação.

Podemos admitir (a-x) = y e escrever a equação na forma:

onde y representa a concentração de H₂O₂ ainda presente na solução no instante t.

Integrando a equação (II) desde t = O (quando y = a) a t = t, tem-se:

Pelo gráfico de log y em função de t é calculado o k da reação.

APARELHAGEM:

REAGENTES:

Soluções: KMnO₄ 0,1 N; solução de H₂SO₄ 2 N; de nitrato férrico (0,05 moles de Fe(NO₃)₃ + 0,4 moles de HNO₃ por litro de água); de nitrato férrico e nitrato cúprico (0,05 moles de Fe(NO₃)₃ + 0,005 moles de Cu(NO₃)₂ + 0,4 moles de HNO₃ por litro de água; solução 0,6% (2 volumes) de H₂O₂, recém preparada.

PROCEDIMENTO:

Primeira Parte - (a)Em um dos erlenmeyers de 125 ml colocar 75 ml de solução de H₂O₂ a 2 volumes e 15 ml de água destilada. (b) Retirar uma alíquota de 5 ml e colocar num dos erlenmeyers de 100 ml contendo, previamente 5 ml de H₂SO₄ 2 N. (c ) Anotar o tempo exato em que retirou a primeira alíquota. (d) Titular esta alíquota com solução 0,1 N de permanganato de potássio. (e) Retirar novas alíquotas a cada meia hora, fazendo um total de cinco titulações. (f) Após a primeira titulação começar a segunda parte.

Segunda Parte - (a) Em outro erlenmeyers de 125 ml colocar 75 ml de solução de H₂O₂ a 2 volumes e 15 ml da solução de nitrato férrico. (b) Retirar uma alíquota de 5 ml e proceder da mesma maneira que na primeira parte. (c ) Após a primeira titulação começar a terceira parte.

Terceira Parte - (a) No outro erlenmeyers de 125 ml colocar 75 ml de solução de H₂O₂ a 2 volumes e 15 ml da solução de nitrato férrico + nitrato cúprico. (b) Retirar uma alíquota de 5 ml e proceder igualmente às experiências anteriores.

Quarta Parte - (a) Em outro erlenmeyers de 125 ml colocar 75 ml de solução de H₂O₂ a 2 volumes e 15 ml da solução de nitrato cúprico. (b) Retirar uma alíquota de 5 ml e proceder igualmente às experiências anteriores.

TRATAMENTO DOS RESULTADOS

Construir os gráficos de log y em função de t para as quatro partes da experiência. A partir dos gráficos calcular k para cada caso.

Comparar e discutir os resultados.

BIBLIOGRAFIA

1.       J. Rose, Advanced Physico-Chemical Experiments, Sir Isaac Pitman & Sons Ltd., London, 1964, p. 149-152.

2. Treadwell-Hall, Analytical Chemistry, vol. II, 9a ed., John Wiley & Sons, N.Y., 1961, p. 561-562.

3. V.L. Bohnson & A.C. Robertson, J. Am. Chem. Soc., 1923, 45, p. 2493-2512.

4. M.L. Kremer, J. of Catalysis, 1, 351 (1962).

5. C. Walling and M. Cleary, Int. J. of Chemical Kinetics, vol. IX, 595 (1977).

6. M.L. Kremer and G. Stein, Int. J. of Chemical Kinetics, vol. IX, 179 (1977).

7. Remolo Ciola, Fundamentos da Catálise, Ed. USP, 1981

Procedimento
Preparação da solução de água oxigenada:

· Transfira uma alíquota de 10 mL (pipeta volumétrica) da água oxigenada comercial 10 volumes para um balão volumétrico de 100 mL e complete o volume com água destilada. Homogeneize a solução.

Titulação da solução de água oxigenada com KMnO₄ 0,02 mol L^-1  (bureta de 25 mL)

· Retire alíquota de 10 mL da solução da água oxigenada com pipeta volumétrica. Transfira para o erlen e junte 20 mL água destilada.
· Junte 8 mL de solução de H₂SO₄ 1:8 v/v.
· Proceda a titulação com solução de KMnO₄, usando bureta de 25 mL, até o aparecimento de coloração rósea na solução do erlen, que persista por mais de 30 segundos, o que indica o final da titulação. Anote o volume da solução de KMnO₄ consumido. Esse volume será usado no cálculo da concentração.
· O procedimento deve ser feito pelo menos em duplicata.
· Calcule a concentração (em volumes) de H₂O₂.

Cálculos

Esperado: |V₁ - V₂| < 0,10 mL Se |V₁ - V₂| 0,10 mL ® faça triplicata

        reação:                             2 MnO₄^- + 6 H⁺ + 5 H₂O₂ ® 2 Mn²⁺ + 8 H₂O + 10 O₂

        No Ponto Final:             solução Ü H₂O₂ Ü h _H2O2 = h _MnO4- Þ KMnO₄ Þ solução

2´ (CV) _{água oxigenada} = 5 (CV) _permanganato

Considere a diluição inicial:

C _titulação x V _{total da diluição} = C_{H2O2 no "produto" original} x V_{alíquota para diluição}

Concentração em volumes:

Volume de O₂ na CNTP liberado pela decomposição de 1 litro da solução de H₂O₂

H₂O₂ ® H₂O + 1/2 O₂