Вопросы для предварительной подготовки лабораторной работы
1. Приведите пример гетерогенной реакции из вашего жизненного опыта.
2. Перечислите основные стадии гетерогенной химической реакции.
3. Какой режим протекания гетерогенной химической реакции называется диффузионным, какой - кинетическим, какой - переходным?
4. Напишите кинетические уравнения гетерогенных реакций, считая их элементарными:
2 Mg(к) + O2(г) = 2 MgO(к)
CO2(г) + C(гр) = 2 CO(г)
5. Запишите кинетическое уравнение для реакции:
Mg + 2 HCl(р-р) = MgCl2(р-р) + H2(г) ,
если известно, что это реакция второго порядка.
6. Что понимается под скоростью твердофазной реакции?
7. Какая стадия реакции называется лимитирующей?
8. . В чем особенность применения постулата химической кинетики к гетерогенным реакциям?
Практическая часть
Опыт 1. Взаимодействие цинка с раствором кислоты
Изучение взаимодействия цинка с раствором 20% -ной серной кислоты проводится на приборе, изображенном на рис. 2. Для заполнения бюретки 5 водой кран 2 поставьте в положение а и с помощью уравнительного сосуда 6 доведите уровень воды в бюретке до верхней метки. Затем зафиксируйте уровень воды поворотом крана в положение б.
Возьмите четыре гранулы цинка и поместите их в реакционную колбу 4 (объем 50 мл). В эту же колбу до метки налейте раствор серной кислоты (H2SO4). Закройте колбу 4 пробкой с газоотводной трубкой, переведите кран 2 в положение в и начинайте отсчет времени. Непрерывно равномерным аккуратным потряхиванием помешивайте содержимое колбы. Через определенные промежутки времени отмечайте объем выделившегося газа (например, через каждые 1-2 мин.). Произведите не менее пяти отсчетов и результаты занесите в таблицу. Суммарный объем выделившегося газа получают как разность показаний бюретки за истекший общий интервал времени и начальный момент.
Таблица 1
-
№
Время [мин.]
Показания
бюретки, мл
Суммарный объем
выделившегося газа, мл
1.
0
0
2.
3.
...
Аналогичный эксперимент проведите с приблизительно равной по массе навеской порошка цинка (4 лопаточки порошка). Дальше заполните таблицу, аналогичную для кусочков цинка.
Постройте на одном и том же рисунке по полученным данным кинетические кривые (в координатах объем газа V - время t) для реакций кусочка вещества (кривая 1) и его порошка (кривая 2) с кислотой. Определите графически начальные скорости реакции и скорости реакции через определенные интервалы времени (в см 3 / мин) еще в двух точках для каждого случая.
а б в
Рис. 2. Прибор для определения скорости гетерогенной реакции:
1 – штатив, 2 - трехходовой кран, 3 – резиновая пробка с газоотводной трубкой, 4 – реакционная колба, 5 – бюретка, 6 – уравнительный сосуд: а - положение крана при заполнении бюретки водой, б - рабочее положение крана при фиксации уровня воды, в - рабочее положение крана при выделении водорода.
Сравните соответствующие скорости взаимодействия кусочка вещества и его порошка. Напишите стехиометрическое уравнение реакции и кинетическое уравнение для скорости изучавшейся вами реакции.
Опыт 2. Твердофазная реакция нитрата свинца и иодида калия
В сухой ступке осторожно смешайте несколько кристаллов нитрата свинца Pb(NO3)2 и йодида калия KI. Отметьте, происходит ли изменение окраски. Затем энергично разотрите кристаллы пестиком, запишите наблюдения. Из капельницы добавьте к смеси несколько капель воды. Объясните различия в скорости появления окраски. Напишите стехиометрическое уравнение происходящей реакции.
Опыт 3. Образование роданидного комплекса кобальта в твердой фазе
Смешайте в сухой ступке несколько кристаллов хлорида кобальта (II) (CoCl2) и роданида аммония NH4SCN. Отметьте, происходит ли изменение цвета. Затем разотрите кристаллы пестиком, запишите наблюдения. В результате реакции образуется комплексное соединение (NH4)2 [Co(SCN)4]. Напишите стехиометрическое уравнение реакции. К полученной смеси прибавьте по каплям дистиллированной воды до получения розовой окраски. Изменение окраски связано с превращением роданидного комплекса кобальта в аквакомплекс:
[Co(SCN)4]2- + 6H2O = [Co(H2O)6]2+ + 4 SCN -