Лабораторная работа №5.

Цель: Изучение влияния различных факторов на скорость химической реакции, химическое равновесие и расчёт константы равновесия.

Вопросы для подготовки к занятию:

1. Дайте определение понятию ''скорость химической реакции''. В каких единицах она измеряется?

2. Перечислите факторы, влияющие на скорость химической реакции?

3. Как влияет на скорость химической реакции изменение концентрации реагирующих веществ? Приведите математическое выражение этой зависимости.

4. Как изменяется скорость химической реакции в зависимости от температуры? Правило Вант – Гоффа.

5. Что такое энергия активации и как она влияет на скорость химической реакции? Зависит ли тепловой эффект реакции от её энергии активации.

6. Каков физический смысл константы скорости химической реакции?

7. Что называют катализатором?

8. Что такое катализ? Виды катализа. Изменится ли значение константы скорости реакции при замене одного катализатора другим?

9. Какие химические реакции называют обратимыми, какие – необратимыми?

10. Что такое химическое равновесие и константа химического равновесия?

11. Сформулируйте принцип Ле-Шателье и объясните его значение.

12. Перечислите условия смещения равновесия.

Опыт 1. Зависимость скорости химической от концентрации реагирующих веществ.

Приборы и реактивы: штатив с пробирками; 2 цилиндра на 20 мл; 0,1М раствор тиосульфата натрия, 0,1М раствор серной кислоты; 3 химических стаканчика на 100мл.

а) Сделайте предварительный качественный опыт. В пробирку с раствором тиосульфата натрия прилейте равный объем раствора серной кислоты. При взаимодействии тиосульфата натрия с серной кислотой выделяется сера, которая вызывает помутнение раствора и служит признаком реакции.

Na₂S₂O₃ + H₂SO₄ = Na₂SO₄ + H₂O + SO₂ + S

Время от начала реакции (момент приливания одного реактива к другому) до выделения серы (помутнение) характеризует скорость данной реакции.

б) 1. Возьмите пипеткой в три пробирки по 15 мл 0,1М раствора тиосульфата натрия.

2. В три стаканчика цилиндром отмерьте: в первый – 15мл 0,1М раствора H₂SO₄; во второй – 10мл раствора H₂SO₄ и 5мл воды; в третий – 5мл раствора H₂SO₄ и 10мл воды (воду брать дистиллированную).

3. Заметив время, прилейте в первый стаканчик 5мл раствора тиосульфата натрия и быстро перемешайте полученную смесь. Отметьте время появления мути и запишите его в заранее подготовленную таблицу 1.

Таблица 1.

№ опыта		Объём, мл			Время начала помутнения раствора, сек.
		H2SO4	Н2О	Na2S2O3
1	15		-	15
2	10		5	15
3	5		10	15

Проделайте то же самое с двумя оставшимися стаканчиками.

4. Сделайте выводы относительно зависимости скорости реакции от концентрации реагирующих веществ.

Опыт 2. Зависимость скорости реакции от температуры.

Приборы и реактивы: штатив с пробирками; 2 цилиндра на 20 мл; 0,1М раствора тиосульфата натрия; 0,1М раствор серной кислоты; 3 химических стаканчика на 100мл; термометр.

1. Отмерьте в три пробирки по 10мл 0,1М раствора тиосульфата натрия, а в три другие пробирки – по 10 мл 0,1М раствора серной кислоты.

2. Отметьте температуру воздуха в комнате. В первую пробирку с раствором Na₂S₂O₃ прилейте раствор H₂SO₄. Отметьте по секундомеру промежуток времени от момента сливания раствора до появления мути.

3. Поместите одну пробирку с раствором Na₂S₂O₃ и одну пробирку с раствором H₂SO₄ в водяную баню. Когда температура растворов будет превышать комнатную на 10⁰С смешайте их и определите время начала помутнения растворов (температуру измеряйте термометром).

4. Повторите опыт, повысив температуру ещё на 10⁰С.

5. Результаты запишите в таблицу 2.

Таблица 2.

№ опыта		Объём, мл			Температура опыта, 0С	Время начала помутнения раствора, сек.
		H2SO4		Na2S2O3
1	10		10
2	10		10
3	10		10

Во сколько раз возрастает скорость реакций в данном опыте при повышении температуры на 10⁰С?

6. По правилу Вант – Гоффа (при =2) , получаем что при повышении температуры на 10⁰С скорость реакции увеличивается в 2 раза, на 20⁰С – в 4 раза, на 30⁰С – в 6 раз и т. д.

7. Рассчитайте значение температурного коэффициента , исходя из опытных данных. Сравните их с теоретическими.

Сделайте вывод о зависимости скорости реакции от температуры.

Опыт 3. Влияние поверхности реагирующих веществ на скорость реакции в гетерогенной системе.

Приборы и реактивы: 2 кусочка мела; ступка с пестиком; штатив с пробирками; цилиндр на 20 мл; 2М раствор соляной кислоты.

Ход опыта:

1. Возьмите 2 кусочка мела массой 0,5г. Один из них разотрите пестиком в ступке и пересыпьте в сухую пробирку, второй целиком поместите во вторую пробирку.

2. В каждую пробирку одновременно прилейте по 5мл 2М раствора соляной кислоты. С помощью секундомера отметьте окончание реакции в первой и второй пробирке.

3. Напишите уравнение соответствующей реакции. Отметьте наблюдаемые явления и сделайте выводы.

Опыт 4. Влияние катализатора на скорость реакции.

Приборы и реактивы: штатив с пробирками; 2 цилиндра на 20 мл; 0,1М раствора тиосульфата натрия; 0,1М раствор серной кислоты; 1М раствор медного купороса; 3 химических стаканчика на 100мл

Ход опыта:

В результате проделанного ранее опыта2 было установлено время необходимое для взаимодействия 10мл 0,1М раствора Na₂S₂O₃ и 10мл 0,1М раствора H₂SO₄, характеризующее скорость данной реакции.

Установим влияние 1М раствора медного купороса CuSO₄ на скорость этой реакции при тех же условиях.

1. Отмерьте в одну пробирку 10мл 0,1М раствора Na₂S₂O₃ а в другую 10мл 0,1М раствора H₂SO₄ и 1 каплю 1н. раствора CuSO₄.

2. Смешайте содержимое обоих пробирок и перемешайте раствор.

3. Отметьте время от начала реакции до получения осадка. Результаты занесите в таблицу 3.

4. Повторите опыт ещё два раза, добавляя к раствору серной кислоты две и три капли медного купороса.

5. Сделайте вывод о влиянии катализатора на скорость химической реакции.

Существует ли зависимость скорости химической реакции от концентрации иона двухвалентной меди?

Таблица 3.

№ опыта		Объём, мл			Время начала помутнения раствора, сек.
		H2SO4	Na2S2O3	CuSO4
1	10		10	0,5
2	10		10	1
3	10		10	1,5

Опыт 5. Влияние концентрации реагирующих веществ на химическое равновесие.

Классическим примером обратимой реакции является взаимодействие бесцветных растворов хлорида железа (III) и роданида аммония:

FeCl₃ + 3NH₄CNS  Fe(CNS)₃ + 3NH₄Cl

Образующийся в результате реакции роданид железа Fe(NCS)₃ придаёт раствору красную окраску. Изменение интенсивности окраски свидетельствует об изменении концентрации Fe(NCS)₃, т. е. о смещении равновесия в ту или иную сторону.

Приборы и реактивы: штатив с пробирками, пипетки на 5мл, растворы хлорида железа (III) и роданида аммония.

Ход опыта.

1. В четыре пробирки налейте по 5 мл разбавленных растворов трихлорида железа FeCl₃ и роданида аммония NH₄NCS (используйте для каждого раствора индивидуальную пипетку).

2. В первую пробирку внесите 2-3 капли концентрированного раствора FeCl₃, во вторую – 2-3 капли концентрированного раствора тиоционита аммония, в третью – несколько кристаллов хлорида аммония, четвёртую пробирку оставьте для сравнения. Содержимое пробирок энергично перемешайте.

3. Сравните окраску раствора в первых трёх пробирках с окраской исходного раствора в четвёртой пробирке.. Результаты оформите в форме таблицы 4.

Влияние концентрации реагирующих веществ

на химическое равновесие. Таблица 4.

№ пробирки	Добавленный раствор	Интенсивность окрашивания	Направление смещения равновесия
1
2
3
4

4. Запишите выражение константы химического равновесия данной реакции.

5. Сделайте выводы, в каком направлении смещается равновесие и как изменится концентрация каждого компонента в конкретном случае. Обоснуйте свои выводы исходя из принципа Ле-Шателье.

Опыт 6. Влияние среды на смещение химического равновесия.

Реакция превращения хромата в дихромат выражается уравнением:

2CrO₄^2- + 2H⁺  Cr₂O₇^2- + H₂O

Соли хромовой кислоты – хроматы – имеют жёлтую окраску, а соли двухромовой кислоты – дихроматы – оранжевую.

Реакция обратима вследствие изменения концентрации водорода в растворе.

Приборы и реактивы: штатив с пробирками, пипетка, раствор K₂Cr₂O₇, разбавленный раствор KOH, раствор H₂SO₄.

Ход опыта:

1. В пробирку пипеткой внесите 2мл раствора K₂Cr₂O₇.

2. Прилейте столько же миллилитров разбавленного раствора KOH. Наблюдения запишите в тетрадь.

3. К этому же раствору по каплям приливайте раствор H₂SO₄ до тех пор, пока окраска раствора не станет прежней.

4. Сделайте вывод.