ЛР4 Агеев Алексей (1205)
.pdfМИНОБРНАУКИ РОССИИ САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «ЛЭТИ» ИМ. В.И. УЛЬЯНОВА (ЛЕНИНА) Кафедра физической химии
ОТЧЕТ по лабораторной работе №4
по дисциплине «Химия» Тема: Скорость химических реакций
Студент гр. 1205 |
|
Агеев А.А. |
|
Преподаватель |
|
|
Карпов О.Н. |
Санкт-Петербург
2021
2
Цель работы: изучение влияния концентрации реагирующих веществ и температуры на скорость гомогенной химической реакции.
Основные теоретические положения
Согласно закону действия масс при постоянной температуре скорость химической реакции прямо пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ, причем каждая из концентраций участвует в степени,
равной стехиометрическому коэффициенту перед формулой данного вещества в уравнении реакции. Например, скорость v реакции (mА + nB) записывается следующим образом: v = k[A]m[B]n, где k - константа скороcти реакции,
зависящая от природы реагирующих веществ и температуры; [A], [B] -
концентрации реагирующих веществ, моль * л-1; m, n - стехиометрические коэффициенты.
Скорость химической реакции зависит от: природы реагирующих веществ, концентрации реагентов, площади соприкосновения реагирующих веществ, температуры, наличия катализатора.
Зависимость скорости химической реакции от концентрации исходных веществ определяется законом действующих масс: скорость элементарной химической реакции пропорциональна произведению концентраций реагентов в степенях, равных стехиометрическим коэффициентам в уравнении реакции.
ν1А1 + ν2А2 + ν3А3 В.
Константой скорости химической реакции называется коэффициент пропорциональности k (еѐ физический смысл: численно равна скорости реакции при концентрации каждого из реагирующих веществ, равной 1 моль/л
или в случае порядков реакции по каждому реагенту, равных 0), и она зависит от температуры, от природы реагирующих веществ, от катализатора.
Скорость химической реакции от температуры описывается правилом Вант-
Гоффа: при повышении температуры на каждые 10 градусов константа скорости гомогенной элементарной реакции увеличивается в два—четыре раза.
3
Физический смысл температурного коэффициента γ – отвечает за увеличение скорости реакции. Если он равен 2, например, то скорость реакции будет увеличиваться в 2 раза при повышении температуры на 10 градусов.
Зависимость константы скорости k от температуры T описывается основным законом химической кинетики – уравнением Аррениуса:
Энергия активации химической реакции – это эмпирически
определяемый параметр, характеризующий показательную зависимость константы скорости реакции от температуры.
Энергия активации химической реакции зависит от температуры и не зависит от скорости элементарной химической реакции.
В лабораторной работе для исследования зависимости скорости реакции от концентрации и температуры используется реакция взаимодействия серной кислоты и тиосульфата натрия. Эта реакция протекает в две стадии.
1)Na2S2O3 + H2SO4 = H2S2O3 + Na2SO4
2)H2S2O3 = H2O + SO2↑ + S↓
Экспериментально доказано, что первая стадия протекает с большой скоростью. Скорость всей реакции в целом определяется скоростью второй
(медленной) стадии в соответствии с ν = k[H2S2O3].
Поскольку концентрация H2S2O3 в растворе прямо пропорциональна концентрации Na2S2O3, скорость реакции можно рассматривать как ν = k[Na2S2O3].
|
|
|
Обработка результатов |
|
|
||
1. Зависимость скорости химической реакции от концентрации |
|||||||
График зависимости относительной скорости химической реакции от |
|||||||
концентрации Na2S2O3: |
|
|
|
|
|
||
|
5.5 |
|
|
|
|
|
|
(v) |
5 |
|
|
|
|
|
|
реакции |
4.5 |
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
скорость |
3.5 |
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Относительная |
2.5 |
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
1.5 |
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0.2 |
0.3 |
0.4 |
0.5 |
0.6 |
0.7 |
0.8 |
|
|
|
Концентрация тиосульфата натрия |
|
|
||
2. Зависимость скорости химической реакции от температуры |
|||||||||
Построить график зависимости относительной скорости химической |
|||||||||
реакции от температуры: |
|
|
|
|
|
|
|
||
(v) |
2.8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
2.6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
реакции |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2.4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2.2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
скорость |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1.8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Относительная |
1.6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
1.4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1.2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
30 |
35 |
40 |
|
45 |
|
|
|
50 |
|
|
|
Температура, t, °С |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
t |
2 |
t |
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
На основании правила Вант-Гоффа: υt |
|
υt γ |
|
10 |
, выразите и рассчитайте |
||||
|
|
|
|
2 |
1 |
|
|
|
|
температурный коэффициент γ для трех пар: |
|
|
|
|
|
||||
2− 1 |
|
|
40−30 |
|
|
||
|
|
|
|
||||
|
|
1,7 |
|
||||
|
|
|
10 |
|
|
||
γ12= 10 |
√ |
2 |
= |
|
√ |
= 1,7; |
|
|
|
1 |
|||||
|
|
1 |
|
|
|
|
|
3− 2 |
|
|
50−40 |
|
|
||
|
|
|
|
||||
|
|
2,56 |
|
||||
|
|
|
10 |
|
|
||
γ23= 10 |
√ |
3 |
= |
√ |
≈ 1,5; |
||
|
|
1,7 |
|||||
|
|
2 |
|
|
|
|
|
3− 1 |
|
|
50−30 |
|
|
||
|
|
|
|
||||
|
|
2,56 |
|
||||
|
|
|
10 |
|
|
||
γ13= 10 |
√ |
3 |
= |
|
√ |
= 1,6. |
|
|
|
1 |
|||||
|
|
1 |
|
|
|
|
|
На основании формулы
|
|
|
|
υ |
|
|
RT T ln |
T |
|
|
|
2 |
||
|
|
1 2 |
υ |
|
|
|
|
|
|
E |
|
|
|
T |
a |
|
1 |
||
|
T |
T |
||
|
|
|||
|
|
2 |
|
1 |
рассчитайте энергию активации
реакции для трех пар температур.
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
1,7 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
1 2 ln |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
8,31×300×310×ln |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Дж |
|
|
||||||
Еа12= |
|
|
|
|
|
= |
|
1 |
≈ 41008,5 |
; |
||||||||||||||||||
|
− |
|
|
|
310−300 |
|
моль |
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
2 |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
2,56 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
2 3 ln |
|
|
8,31×310×320×ln |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Дж |
|
|
|||||||||||
Еа23= |
|
|
|
|
2 |
|
= |
1,7 |
|
≈ 33747,2 |
|
|
|
; |
||||||||||||||
|
− |
|
|
320−310 |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
моль |
|||||||||||||||||
3 |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
2,56 |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
1 3 ln |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
8,31×300×320×ln |
|
|
|
|
|
|
|
Дж |
|
|
|
||||||||||
Еа13= |
|
|
|
|
1 |
= |
|
1 |
|
≈ 37495 |
|
; |
||||||||||||||||
|
− |
|
|
320−300 |
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
моль |
|
|
|||||||||||||||||
3 |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
Выводы: скорость химической реакции линейно зависит от концентрации
Na2S2O3 (графики отражают это). Скорость химической реакции зависит от температуры с температурным коэффициентом, равным приблизительно 1,6. Cогласно правилу Вант-Гоффа при повышении температуры на 10 °С скорость реакции увеличивается в 2-4 раза. Наши результаты соответствуют теоретическим лишь в грубом приближении. Следовательно, в ходе проведения лабораторной работы были допущены некоторые ошибки, связанные с неточностью измерения времени, а также неточностями определения объёма реагирующих веществ, вследствие чего возникла неточность в концентрации реагентов.