3 Вопросы для самоконтроля

1. Сколько граммов сульфата натрия необходимо растворить в 650 г воды для получения 11% раствора?

2. Сколько граммов CaCl₂ ·6H₂O и какой объем воды необходимо взять для приготовления 700 г 6% раствора.

3. Сколько мл воды необходимо прилить к 250 мл 26% раствора гидроксида натрия (ρ=1,285 г/см³) чтобы концентрация раствора стала 3,4%?

4. Сколько граммов карбоната калия необходимо взять для приготовления 750 мл 1,5М раствора?

5. Вычислить С_М и С_Н 1 литра 24% раствора ортофосфорной кислоты (ρ=1,140 г/см³)

6. Смешали 600 мл 42% раствора хлорида лития (ρ=1,169 г/см³) и 1200 мл 8% раствора хлорида лития (ρ=1,044 г/см³), определите концентрацию полученного раствора.

7. Сколько мл 30% раствора хлороводородной кислоты (ρ=1,180 г/см³) потребуется для приготовления 1 л 0,8М раствора, сколько потребуется воды?

4 Экспериментальная часть

Оборудование: колбы, мерные цилиндры, воронки, наборы ареометров, электронные весы, набор реактивов в бюксах.

1. Получите у преподавателя одну из солей для приготовления раствора- CuSO₄·5H₂O, NiSO₄·7H₂O, NiCl₂·6H₂O, CoSO₄.·7H₂O, Co(NO₃)₂·6H₂O, CoCl₂·6H₂O, AlCl₃·6H₂O, Mg(NO₃)₂·6H₂O.

2. Рассчитайте массу кристаллогидрата и объем воды, необходимые для приготовления 50г раствора с концентрацией безводной соли 5 % (см. решение типовых задач, пример 4. Расчет массы соли проведите с точностью до сотых. Промежуточные результаты расчета занесите в таблицу 2.3.

3. Рассчитанную навеску кристаллогидрата взвесьте на электронных весах. На весы положите листок бумаги и нажмите кнопку «zero», при этом масса листа принимается равной нулю. На листок шпателем аккуратно насыпьте необходимое количество соли. После взвешивания навеску пересыпьте в колбу.

4. В мерный цилиндр объемом 50 мл налейте необходимое количество дистиллированной воды. Верхняя часть столба жидкости расслаивается, определение объема ведут по нижнему мениску, см. рис.2.1 (риска деления должна быть касательной к самому нижнему мениску).

Рис. 2.1 Определение объёма

5. Отмеренный объем дистиллированной воды перелейте в колбу, где находится соль, и все хорошо перемешайте.

6. Полученный раствор перелейте в цилиндр и запишите получившийся объем раствора - V_{экспер.} в таблицу 2.3. Почему объем раствора не равен 50 мл?

7. Определите плотность полученного раствора ареометром.

Ареометр - прибор для измерения плотности жидкостей. Действие ареометра основано на законе Архимеда - по глубине погружения ареометра (объему вытесненной жидкости) и массе ареометра можно определить плотность жидкости. Ареометр представляет собой пустотелый стеклянный поплавок, в верхней части которого находится шкала, а в нижней - груз, благодаря которому ареометр в растворе находится в вертикальном положении. Масса груза в каждом ареометре разная, т.к. ареометры используется для определения плотности разных жидкостей. Взяв один из ареометров, посмотрите цену деления шкалы см. рис.2.2.

Рис. 2.2 Ареометр

Из всего набора ареометров выбираете тот, который в растворе будет плавать таким образом, чтобы шкала деления ареометра пересекала край жидкости, а сам ареометр не касался стенок сосуда (рис. 2.3: а - правильно, б, в – неправильно).

Значение плотности раствора запишите в таблицу 2.3 в двух единицах измерения - кг/м³, г/см³.

а б в

Рис.2.3 Положение ареометра при измерении плотности:

а - правильно; б, в - неправильно.

Таблица 2.3

Результаты расчетов и определений

mр.в., г	Мсоли, г/моль	Мкристалл., г/моль	m кр., г	V(H2O) мл	V р-ра экспер., мл	ρ, кг/м3	ρ, г/см3

Лабораторная работа № 3

СКОРОСТЬ ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ

Цель работы: на основании экспериментальных данных выявить зависимость скорости химической реакции от концентрации

1 ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1.1 Закон действия масс

Различные химические реакции протекают с различными скоростями: быстро – выпадение осадка в реакциях ионного обмена; мгновенно – взаимодействие водорода и кислорода, происходит взрывообразно; медленно – коррозия металлов, которая протекает годами.

Под скоростью химической реакции понимают изменение концентрации реагирующих веществ с течением времени:

В уравнении знак «+» показывает, что с течением времени концентрация продуктов реакции увеличивается, знак «–», что с течением времени концентрация исходных веществ становится меньше. Время, как правило, выражается в секундах.

Рис. 3.1 Зависимость концентрации веществ от времени протекания реакции, а – исходные вещества; б – продукты реакции.

Для изучения кинетики химических реакций, большое значение имеет не только определение скорости реакции, но и определение механизма протекания реакции.

Уравнения химических реакций указывают только начальное и конечное состояние системы и являются символическим выражением материального баланса (закона сохранения массы веществ). В действительности реакция может протекать через ряд промежуточных стадий, так называемых элементарных актов реакции. Например, реакция окисления иодоводорода пероксидом водорода записывается следующим образом:

2HI + H₂O₂ ® I₂ + 2H₂O

Механизм этой реакции представлен следующими стадиями:

1. HI + H₂O₂ ® HIO + H₂O (медленная стадия)

2. HIO + HI ® I₂ + H₂O (быстрая стадия)

Скорость и общий порядок реакции определяется медленной стадией -лимитирующая стадия реакции. Такие реакции называются сложными.

К сложным реакциям также относятся цепные реакции (простые и разветвленные), например, реакция образования хлороводорода из простых веществ, которая на свету сопровождается взрывом:

H₂ + Cl₂ 2HCl

Для цепных реакций характерны 3 стадии:

1) стадия зарождения цепи

Cl₂ 2Cl·

2) стадия развития цепи

H₂ + Cl· ® HCl + H·

H· + Cl₂ ® HCl +Cl· и т.д.

3) стадия обрыва цепи

H· + H· ® H₂

Cl· + Cl·→ Cl₂

Cl· + H·→ HCl

Cl· + стенка → Cl

К сложным относятся и параллельные реакции:

4KCl + 6O₂

4 KClO₃

3KClO₄ + KCl

Рис. 3.2 Зависимость концентрации продуктов реакции от времени протекания реакции.1 – обычная реакция; 2 – цепная реакция; I – первая стадия; II – вторая стадия; 3 – III – третья стадия.

Число молекул, участвующих в одном элементарном акте реакции, называется молекулярностью реакции. Одностадийная реакция, в которой участвует только одна молекула, называется мономолекулярной. Реакция, в которой участвуют две молекулы – бимолекулярная, реакции в которых участвуют три молекулы – тримолекулярная (так как вероятность одновременного столкновения трех разных молекул мала, то и тримолекулярные реакции очень редки).

Факторами, влияющими на скорость реакции, являются природа и концентрация реагирующих веществ, температура, давление (для газовой фазы), а для гетерогенной реакции еще и площадь соприкосновения.

Зависимость скорости реакции от концентрации выражается законом действия масс (ЗДМ), сформулированным в 1867 г. Гульдбергом и Вааге:

Скорость химической реакции пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ, возведенных в степень, равную коэффициентам в уравнении реакции.

Так, для гомогенной реакции

aA + bB = cC + dD

можно записать:

где С_A, C_B – текущие концентрации исходных веществ A и B;

a, b – коэффициенты в уравнении химической реакции;

k – константа скорости реакции, она равна скорости реакции при концентрациях веществ равных единице.

Константа скорости не зависит от концентрации реагирующих веществ, а определяется только природой реагирующих веществ и условиями протекания процесса.

Если эта реакция протекает в газовой фазе, то закон действия масс записывается следующим образом:

где p_A, p_B – текущие парциальные давления компонентов A и B.

Порядок реакции – это показатель степени, в которой входит концентрация этого вещества в уравнение скорости реакции. Но, как правило, порядок реакции и стехиометрические коэффициенты совпадает лишь для некоторых простых реакций. Для сложных реакций порядок реакции определяется экспериментально. Порядок реакции - величина формальная. Он может быть положительным, отрицательным, дробным, нулевым - это свидетельствует о многоступенчатом характере протекающей реакции.