Швидкість і рівновага хімічних реакцій

Необхідні прилади і реактиви: штатив з пробірками, бюретки з лійками, розчини Na₂S₂O₃, H₂SO₄, дистильована вода, секундомір.

Послідовність виконання роботи

Дослід 1. Залежність швидкості реакції від концентрацій реагуючих речовин

Експериментально ви будете вивчати залежність від концентрації Na₂S₂O₃ швидкості реакції між натрій тіосульфатом і сульфатною (сірчаною) кислотою у розчинах:

Na₂S₂O₃ + H₂SO₄  Na₂SO₄ + H₂SO₃ + S

Реакція супроводжується утворенням білого осаду дрібнодисперсної сірки.

Необхідно провести не менше трьох дослідів при постійній температурі, в яких концентрацію натрій тіосульфату змінюють, розбавляючи вихідний розчин цієї речовини водою, а концентрацію сірчаної кислоти залишають постійною.

Осад дрібнодисперсної сірки стає помітним для ока спостерігача після накопичення за якийсь час  певної її концентрації с. Хоча ця концентрація невідома, вона постійна від досліду до досліду, якщо спостерігач фіксує час від початку реакції (зливання розчинів) до моменту, коли він помічає однаковий ступінь "помутніння" розчину. Тому середня початкова швидкість реакції обернено пропорційна цьому часу : v = с/ = const/, де const при розрахунках зручно прийняти рівною 100.

Досліди проводяться так. Шість пробірок заповнюють розчинами вихідних речовин. Три з них – розчинами Na₂S₂O₃ (у першу і другу пробірки додайте воду так, щоб загальний обєм розчинів становив 7,5 мл), і три – розчином сірчаної кислоти однієї і тієї ж концентрації. Необхідні обєми розчинів указані в табл.1.

Таблиця 1

№	Обєм розчинів речовин, мл			"с"	lg"c"	,с	v=100/	lgv
	1 пробірка		2 пробірка
	Na2S2O3	Н2О	H2SO4
1	2,5	5	2,5	2,5
2	5	2,5	2,5	5
3	7,5	-	2,5	7,5

З таблиці видно, що в кожному досліді береться постійний обєм другого вихідного розчину – сірчаної кислоти. Оскільки сумарний обєм реакційної суміші у всіх дослідах однаковий (10 мл), то при розрахунках замість концентрації с можна брати пропорційну їй величину – обєм розчину Na₂S₂O₃.

Візьміть пробірки з розчинами Na₂S₂O₃ і H₂SO₄, які ви приготували для першого досліду. Швидко вилийте розчин кислоти в пробірку з розчином тіосульфату натрію, обережно збовтайте отриманий при зливанні розчин для більш повного перемішування і зразу ж почніть відрахування часу за секундоміром. Визначте і запишіть в таблицю час до появи осаду () в секундах. Зробіть ще два аналогічних досліди.

Обробка результатів досліду

Розрахуйте і внесіть в таблицю величини v та lgv. За результатами досліду ви повинні встановити характер залежності швидкості реакції від концентрації тіосульфату натрію і визначити порядок реакції за натрій тіосульфатом.

а) Встановлення характеру залежності швидкості реакції від концентрації натрій тіосульфату.

Побудуйте графік залежності швидкості реакції v від концентрації Na₂S₂O₃, відклавши значення швидкості реакції на осі ординат, а значення концентрацій Na₂S₂O₃ на осі абсцис. Зробіть висновок про характер залежності швидкості цієї реакції від концентрації Na₂S₂O₃. Що вам відомо про інші види подібної залежності?

б) Визначення порядку реакції за тіосульфатом натрію.

Кінетичне рівняння реакції можна записати у вигляді:

v = kc^а(Na₂S₂O₃)с^b(H₂SO₄),

де а і b – порядки реакції за Na₂S₂O₃ і H₂SO₄. Оскільки концентрація сірчаної кислоти береться однаковою у серії дослідів, то це рівняння можна переписати у наступному виді:

v = k c^a(Na₂S₂O₃), де k^ = k c^b(H₂SO₄).

З метою зображення залежності між v і с(Na₂S₂O₃) у вигляді лінійної функції, використовують метод лінеаризації. Лінеаризація досягається логарифмуванням рівняння:

lgv = lgk + a lg c(Na₂S₂O₃).

Ця залежність у координатах lgv – lgc(Na₂S₂O₃) зображається прямою лінією з тангенсом кута нахилу прямої чисельно рівним порядку реакції a за речовиною Na₂S₂O₃.

Побудуйте графік залежності логарифму швидкості реакції lgv (відклавши його по осі ординат) від логарифму концентрації натрій тіосульфату (відклавши його по осі абсцис). З нахилу графіка розрахуйте порядок реакції за тіосульфатом натрію.