6.3 Экспериментальная часть
6.3.1 Зависимость скорости реакции от концентрации
Оборудование. Материалы.
1. Раствор тиосульфата Na2S2O3 с молярной концентрацией C(Na2S2O3) = 0,5 моль/дм3.
2. Кислота серная H2SO4 с концентрацией С(H2SO4) = 0,5 моль/дм3.
3. Дистиллированная вода.
4. Кислота соляная HCl с концентрацией С(HCl) = 2 моль/дм3.
5. Карбонат кальция (мел) CaCO3 по ГОСТ 74348-89.
6. Пероксид водорода H2O2 с ω(H2O2) = 3 %.
7. Оксид марганца MnO2 ГОСТ 4470-70.
8. Оксид железа FeO ГОСТ 4678-48
9. Оксид кремния SiO2 ТУ МХП 2849-51.
10. Бюретки.
11. Пробирки.
12. Колбы ёмкостью по 50 см3.
13. Секундомер.
14. Водяная баня.
15. Термометр 0 – 100 0С.
16. Ступка фарфоровая с пестиком.
Опыт. Определите скорость взаимодействия тиосульфата натрия с серной кислотой. Процесс может быть выражен двумя стадиями:
а)
–
быстро;
б)
– медленно.
На второй стадии реакции выделяется свободная сера в виде опалесцирующего вещества. Время от начала реакции до появления первых видимых следов серы зависит от концентрации реагирующих веществ.
В три пробирки налейте по 5 см3 серной кислоты из бюретки, затем возьмите три колбочки емкостью по 50 см3 и налейте: в первую 15 см3 тиосульфата натрия, во вторую – 10 см3 тиосульфата натрия и 5 см3 воды и в третью – 5 см3 тиосульфата натрия и 10 см3 воды соответственно. Будьте точны при отмере нужных объемов веществ. Пометьте номера колб. Теперь по очереди в каждую колбу приливайте из пробирки приготовленный раствор серной кислоты. Время отсчитывайте по секундомеру (или секундной стрелке часов) с момента сливания растворов до начала помутнения.
Результаты опыта сведите в таблицу 6.3.1.
Таблица 6.3.1 – Зависимость скорости реакции от концентрации
Концентрация Na2S2O3
|
Время от начала отсчета до появления помутнения t, c |
Относительная скорость реакции
|
|
|
|
=
t–1
где
.
На основании механизма реакции укажите её порядок и молекулярность. Напишите кинетическое уравнение. Попытайтесь вычислить константу скорости.
Постройте график зависимости скорости реакции от концентрации реагирующих веществ. Какой линией выражается найденная зависимость? Проходит ли она через начало координат? Почему?
В итоге можно ли сделать вывод: скорость реакции зависит от природы реагирующих веществ и их концентрации?
Задачи для самостоятельного решения
1 Определите изменение скорости прямых элементарных газовых реакций при увеличения давления в два раза:
1) H2 + O → H + OH; 2) Cl + H → HCl;
3) 2NO + Cl2 → 2NOCl; 4) NO + O → NO2.
Для каждой реакции определите порядок и молекулярность и напишите кинетическое уравнение.
2 Реакция проходит в газовой фазе:
А + 2В + D ↔ С.
При увеличении концентрации реагента А в 2 раза скорость реакции возросла в 2 раза. При увеличении концентрации реагента В в 2 раза скорость реакции не изменилась. При увеличении концентрации реагента D в 2 раза скорость реакции возросла в 4 раза.
Как выглядит кинетическое уравнение этой реакции? Как изменится скорость реакции при увеличении общего давления в 3 раза? Ответ: скорость реакции при увеличении общего давления в 3 раза возрастет в 27 раз.
3 Результаты изучения скорости реакции между веществами А и В представлены в таблице 6.3.2.
Таблица – 6.3.2 – Зависимость скорости реакции от концентрации реагентов
Концентрация, моль/дм3 |
||||
Вещество А |
0,10 |
0,20 |
0,20 |
0,10 |
Вещество В |
0,10 |
0,10 |
0,20 |
0,05 |
Скорость реакции, моль/(дм3∙мин) |
0,004 |
0,016 |
0,016 |
0,004 |
Каков порядок и молекулярность реакции? Вычислите константу скорости.
4 При увеличении концентрации вещества А в 1,6 раза скорость реакции возрастает в 2,93 раза. Каков порядок реакции по веществу А? Ответ: nA = 1,83.
5 При 25 0С константа скорости реакции в газовой фазе
N2O4 ↔ 2NO2
имеет следующие значения:
Р, Па 21590 34660 89040
k(усл. единицы) 4,4 4,8 6,0.
Почему константа скорости возрастает при увеличении давления? Почему константа скорости названа константой, если она зависит от давления?