Ответы к тестовым заданиям

№ вопроса	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
№ ответа	3	2	3	1	3	1	2	2	2	3

Лабораторная работа № 5 Скорость химической реакции. Катализ

Цель работы: рассмотреть влияние концентрации и температуры реагирующих веществ на скорость химической реакции и смещение химического равновесия.

Реактивы: растворы Na₂S₂O₃ (1 н.), H₂SO₄ (2 н.), FeCl₃ (разб.), FeCl₃ (насыщ.), KSCN (разб.), KSCN (насыщ.), H₂O₂ (3%); KCl (тв.). MnO₂ (тв.).

Оборудование: штатив с пробирками, водяная баня, электроплитка, держатель для пробирок, микрошпатель, стеклянная палочка, термометр, лучинка.

Ход работы

Опыт 1. Влияние концентрации реагирующих веществ на скорость химической реакции в гомогенной среде

Взаимодействие тиосульфата натрия (Na₂S₂O₃) с серной кислотой протекает по уравнению:

Na2S2O3 + H2SO4 → Na2SO4 + S↓ + SO2 + H2O

Cкорость реакции при постоянной температуре зависит от концентрации H₂S₂O₃ и H₂SO₄.

Для опыта необходимо иметь три раствора тиосульфата натрия различной концентрации. Из имеющегося 1 н раствора разбавлением готовятся еще два. Для этого в первую сухую пробирку внесите 4 капли 1 н. раствора тиосульфата натрия и 8 капель воды, во вторую – 8 капель 1 н. раствора тиосульфата натрия и 4 капли воды, пробирки осторожно встряхнуть. В третью пробирку налейте 12 капель исходного 1 н раствора тиосульфата натрия. Концентрации растворов в пробирках относятся как 1 : 2 : 3. К полученным растворам добавляем по 1 капле серной кислоты.

Время реакции фиксируется по секундомеру от момента падения капли серной кислоты в раствор тиосульфата натрия до помутнения раствора (появления коллоидной серы).

Полученные данные опыта запишите в таблицу 6.1.

Таблица 6.1

Экспериментальные данные по влиянию концентрации реагирующих веществ на скорость химической реакции

№ пробирки	Число капель раствора Na2S2O3	Число капель H2O	Число капель H2SO4	Концентрация Na2S2O3, моль	Время течения реакции, τ, с	Скорость реакции в условных единицах (1/τ)
1	4	8	1	1C
2	8	4	1	2C
3	12	0	1	3C

По полученным данным постройте график зависимости обратного времени (величины пропорциональной скорости реакции) от концентрации тиосульфата натрия (рис. 6.5).

Сформулируйте вывод о влиянии концентрации реагирующего вещества на скорость реакции.

Рис. 6.5. График зависимости относительной скорости реакции от концентрации реагирующих веществ

Опыт 2. Изучение влияния концентрации реагирующих веществ на химическое равновесие

В данном опыте изучают обратимую реакцию взаимодействия хлорида железа (III) с роданидом калия:

FeCl₃ + 3 KCNS  Fe(CNS)₃ + 3KCl.

Роданид железа Fe(CNS)₃ придает раствору кроваво-красную окраску. По изменению интенсивности окраски можно судить об изменении концентрации Fe(CNS)₃, т.е. о смещении равновесия в ту или иную сторону.

В пробирку налейте 4 мл дистиллированной воды, затем внесите по 8 капель разбавленных растворов хлорида железа (III) FeCl₃ и роданида калия KCNS. Легким встряхиванием пробирки размешайте раствор. Разлейте полученный раствор на 4 пробирки. Первую пробирку оставьте в качестве эталона исходного цвета раствора. Во вторую пробирку добавьте 2 капли насыщенного раствора хлорида железа (III) (FeCl₃), в третью пробирку добавьте 2 капли насыщенного раствора роданида калия (KCNS), в четвертую пробирку добавьте несколько кристаллов хлорида калия (KCl). Растворы размешайте встряхиванием.

При оформлении отчета запишите уравнение реакции между FeCl₃ и KCNS и выражение константы равновесия данной реакции.

В таблице 6.2. отметьте изменение интенсивности окраски в каждом случае. С помощью стрелочек (→ или ←) покажите, в каком направлении смещается равновесие при добавлении: хлорида железа (III), роданида калия, хлорида калия. Сформулируйте вывод по результатам опыта.

Таблица 6.2

Экспериментальные данные по влиянию концентрации веществ на смещение химического равновесия

№ пробирки	Добавляемое вещество	Изменение интенсивности окраски раствора	Направление смещения равновесия
1	ЭТАЛОН
2	FeCl3 (насыщ.)
3	KCNS (насыщ.)
4	KCl (крист.)

Опыт 3. Влияние температуры на скорость химической реакции в гомогенной системе

Опыт проводится при трех различных температурах, при одних и тех же исходных концентрациях растворов тиосульфата натрия и серной кислоты. Нагревание пробирок с растворами реагирующих веществ проводится в стаканах, снабженных приспособлением для фиксации пробирок и термометра.

В три пробирки поместите по 10 капель 1 н. раствора тиосульфата натрия. В стакан с водой комнатной температуры (t₁) поместите первую пробирку и капельницу с 2 н. серной кислотой. Через 5–7 мин. (время, необходимое для выравнивания температур), запишите температуру воды в таблицу, и пипеткой внесите одну каплю кислоты в пробирку с тиосульфатом натрия, включите секундомер. Измерьте время от момента добавления кислоты до начала помутнения раствора.

После этого, нагрейте воду в стакане выше комнатной примерно на 10°С с помощью электрической плитки. Поместите в стакан вторую пробирку и капельницу с кислотой. Выдержите их при заданной температуре 5–7 мин., внесите одну каплю раствора серной кислоты в пробирку с Na₂S₂O₃ и отметьте время до начала помутнения раствора. Аналогично проведите опыт с третьей пробиркой, но уже в стакане с водой, подогретой выше комнатной на 20°С. Данные опыта занесите в таблицу 6.3.

Таблица 6.3

Экспериментальные данные по влиянию температуры на скорость химической реакции

№ пробирки	Объем раствора (число капель)		t, °С	Время появления помутнения, τ, с		Относительная скорость, в условных единицах, 1/τ
	Na2S2O3	H2SO4
1	10	10	t1
2	10	10	(t1 + 10°)
3	10	10	(t1 + 20°)

Вычислите температурный коэффициент γ. Так как концентрации во всех трех опытах одинаковы, то:

,

где τ₁ – время появления мути при температуре, t₁; τ₂ – время появления мути при температуре (t₁ + 10°); τ₃ – время появления мути при температуре (t₁ + 20°).

Отсюда: , , .

Сделайте вывод, соответствуют ли полученные результаты опыта правилу Вант-Гоффа.

Опыт 4. Влияние диоксида марганца на реакцию разложения пероксида водорода

Пероксид водорода при обыкновенной температуре разлагается медленно. Можно ускорить этот процесс. В пробирку с 3–4 мл 3%-ного раствора пероксида водорода введите на кончике шпателя немного диоксида марганца. Выделяющийся газ испытайте тлеющей лучинкой. Составьте уравнение реакции. Сделайте вывод о том, чем является диоксид марганца для этой реакции.