Методичка по химии

Обратить внимание на скорость выделения пузырьков газа в обеих пробирках.

Написать соответствующее уравнение реакции. Объяснить, почему скорость растворения мела в этих случаях различна.

Опыт 5. Влияние изменения концентраций реагирующих веществ на равновесие химической реакции

Провести обратимую реакцию

FeCl3 + 3NН4SCN  Fe(SCN)3 + 3NH4Cl.

В химический стакан налить 20 мл воды и добавить по 1–2 капли насыщенных растворов хлорного железа (III) и роданида аммония. Полученный раствор разлить поровну в четыре пробирки. Добавить следующие реактивы:

впервую пробирку – 2 капли насыщенного раствора FeCl3; во вторую – 2 капли насыщенного раствора NH4SCN;

втретью – несколько кристалликов NH4Cl.

Сравнить интенсивность окраски полученных растворов с интенсивностью окраски раствора четвертой пробирки.

Записать свои наблюдения.

Какое вещество придает раствору красную окраску?

В каком направлении сместится равновесие данной реакции при до-

бавлении: а) FeCl3; б) NH4SCN; в) NH4Cl?

Задания для самостоятельной работы

1. Как изменяются скорости прямых и обратных реакций?

а) 2NO + O2  2NO2;

б) H2 + Cl2  2HCl;

если при постоянной температуре:

–уменьшить концентрацию каждого вещества в 2 раза;

–увеличить давление в 3 раза?

Ответ: а) 8;4 б) 9;9..

2. В каком направлении будет смещаться равновесие следующих обратимых реакций если повысить давление, если повысить температуру?

а) С + H2O  СО + Н2, + Н;

сколько раз увеличивается скорость реакции при повышении температуры от 10о до 50о?

Ответ: в 16 раз.

11

4. Написать формулы констант равновесия для систем:

Тема II Молярная масса эквивалентов элемента и сложных веществ. Закон эквивалентов.

Эквивалентом называют реальную или условную частицу вещества, которая взаимодействует с одним атомом или ионом водорода в обменных реакциях или соответствует одному электрону в окислительновосстановительных реакциях.

Молярная масса эквивалента – это, масса одного моль эквивалента вещества, выраженная в граммах.

Молярную массу эквивалента элемента (МЭК(элемента)) вычисляют по формуле:

где А – атомная масса элемента, В – валентность (или степень окисления) элемента.

Молярная масса эквивалента водорода равна 1 г/моль, кислорода – 8г/моль.

Молярная масса эквивалента элемента с переменной степенью окисления имеет несколько значений.

Например:

Молярная масса эквивалента меди в CuO

1

Молярная масса эквивалентов сложных веществ рассчитывается по следующим формулам:

МЭК(оксида) = МЭК(элемента) + МЭК(кислорода)

Например:

Молярная масса оксида железа (III) Fe2O3:

12

где, М(кислоты) – молярная масса кислоты,

nH+ - число замещенных ионов водорода, участвующих в данной реакции. (основность кислоты).

Например, в реакциях:

H3PO4 + NaOH = NaH2PO4 + H2O

где М(основания) – молярная масса основания,

nОH –- – число гидроксильных групп основания, замещенных в данной реакции.

13

Молярную массу эквивалента соли (МЭК(соли)) рассчитывают по формуле:

где n- число ионов металла, В – заряд иона металла.

Например:

Молярную массу эквивалента кислой и основной солей определяют исходя из уравнений реакций:

замещены на три хлорид иона).

В общем случае молярную массу эквивалента любого вещества определяют по формуле:

14

где МЭК(вещества) – молярная масса вещества,

- фактор эквивалентности, где Z – число замещенных валентностей (ионов Н+, ОН- или электронов).

Закон эквивалентов: массы реагирующих веществ пропорциональны их молярным массам эквивалентов

где m(А) и m(В) – массы реагирующих веществ А и В; МЭК (А) и МЭК (В) – молярные массы эквивалентов веществ А и В. Другими словами: вещест-

ва реагируют между собой в эквивалентных количествах, т. е. число эквивалентов исходных веществ А и В и продуктов реак-

ции С равны между собой поскольку

nA = nВ = nC

Лабораторная работа 2: определение молярной массы эквивалента металла.

В данной работе эквивалент цинка определяется по объему водорода, вытесненного им из раствора соляной кислоты в соответствии с реак-

цией Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2.

Для проведения опыта используют прибор, изображенный на рис. 1.

2

6

1

4

3

5

15

Рис. 1. 1 – двухколенная пробирка; 2 – зажим или стеклянный кран; 3 – бюретка на 50 мл; 4 – уравнительный сосуд; 5 – соединительный шланг; 6 – резиновые пробки.

В одно из колен пробирки поместить кусочек цинка, взвешенный на аналитических весах с точностью до 0,0002 г. В другое колено осторожно (чтобы не смочить стенки пробирки) налить 5 мл раствора соляной ки-

слоты (1:1).

Пробирку (1) плотно надеть на пробку (6), зажим (2) закрыть, при этом прибор изолируется от внешней среды, а бюретка соединяется с пробиркой.

Затем следует проверить прибор на герметичность. Для этого уравнительный сосуд (4) опустить так, чтобы уровень воды в нем был ниже уровня воды в бюретке. В таком положении его закрепить. При опускании уравнительного сосуда уровень воды в бюретке несколько снизится и, если прибор герметичен, дальнейшее понижение уровня воды не произойдет. Если обнаружится, что прибор не герметичен, то необходимо найти причину и устранить ее (проверить места соединения).

После испытания на герметичность следует привести воду в бюретке и в уравнительном сосуде к одному уровню и зафиксировать положение уровня воды в бюретке до начала опыта (отсчеты делаются по нижнему краю мениска с точностью до 0,01 мл).

Затем нужно перелить соляную кислоту в то колено пробирки, где находится цинк. Выделяющийся в результате реакции цинка с кислотой водород вытесняет из бюретки в уравнительный сосуд воду. Уравнительный сосуд (4) при этом нужно опускать, сохраняя воду в нем и в бюретке на одном уровне. После окончания реакции, когда прекратится понижение уровня воды в бюретке, следует подождать 5–10 мин, чтобы газ в бюретке принял температуру окружающего воздуха, и отметить положение уровня воды в бюретке после опыта. Записать показания барометра и термометра из табл. 1. Все данные записать в табл.2.

16

где R – универсальная газовая постоянная, равная 62 400 мм рт. ст.мл/моль · град.; Т – абсолютная температура (273 + tºC).

Рассчитать молярную массу эквивалента цинка, пользуясь законом эквивалентов

17

газообразными – например, воздух: О2 и СО2 и инертные газы в

азоте; Раствор состоит из растворителя и растворенного вещества, напри-

мер, соль в воде: растворитель – вода, растворенное вещество – соль.

I. Энергетические эффекты процессов растворения

Растворение твердых веществ в воде сопровождается поглощением или выделением тепла ( Hраств. – энергия (энтальпия) растворения).

При растворении твердого вещества в воде происходит два процес-

са:

1)разрушение кристаллической решетки, требующее затраты энергии – эндотермический процесс (Eкр. реш . 0);

2)процесс гидратации – взаимодействие частиц растворенного вещества с молекулами растворителя (воды) с образованием гидратирован-

ных частиц – экзотермический процесс (Eгидр. 0).

3)

H раств. = Eкр.реш. – Eгидр.,.

где H раств – энергия (энтальпия) растворения; Eкр.реш – энергия, затрачивающаяся на разрушение кристаллической решетки; Eгидр. – энергия,

выделяемая в процессе гидратации.

Общая энергия растворения в зависимости от того, какой из процессов преобладает, может быть положительной или отрицательной

Важнейшей количественной характеристикой раствора является его концентрация, показывающая соотношение между количеством растворенного вещества и растворителя. Наиболее часто применяют следующие способы выражения концентраций растворов:

1. Массовая доля – ω выражается в долях единицы или процентах.

m( В)

,

m( р ра)

m( р ра)

19

где ω – массовая доля;

m(В) – масса растворенного вещества; m(р-ра) – масса раствора,

ω(%) показывает, сколько граммов растворенного вещества содержится в 100 граммах раствора.

Так, раствор серной кислоты с массовой долей 20% показывает, что в 100 граммах раствора содержится 20 грамм серной кислоты и 80 граммов воды.

m(р–ра) = m(В) + m воды

m(р-ра) = ρ · V,

где ρ – плотность мл (г/см3);

V – объем, см3 или дм3 (мл или л).

2. Молярная концентрация вещества См(В)

Это количество моль растворенного вещества В, содержащего в 1 л (дм3) раствора, размерность моль/л (моль/дм3).

Принято пользоваться сокращенной формой записи молярной концентрации. Например, 2М H2SO4 означает раствор, в 1 л которого содержится 2 моля H2SO4, т. е. См (H2SO4)= 2 моль/л.

3. Молярная концентрация эквивалентов вещества В (эквивалентная или нормальная концентрация), (СЭК(В)),

- это количество моль эквивалентов растворенного вещества, содержащегося в 1л раствора, размерность моль экв./л.

Сокращенное обозначение молярной концентрации эквивалентов растворенного вещества принято обозначать н. Так, 2н NaOH означает раствор, в одном литре которого содержится 2 моль эквивалентов гидроксида натрия.

По закону эквивалентов произведение СЭК(В) на объем раствора V(в), в литрах есть величина постоянная

nЭК ( А) nЭК ( В) ,

СЭК ( А) V ( А) CЭК (В) V (В) ,

где CЭК (A) и CЭК (В) – молярные концентрации эквивалентов первого и второго растворов, а

VA и VB – их объемы.

Пэк(А) и Пэк(в) – количество эквивалентов А и В.

20