Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Основы общей и неорганической химии. Учебное пособие
.pdf
Таблица 5.2
Объем, количество капель
Номер
опыта
1 4 8 1
2 4 8 1
3 4 8 1
Про-
бирка 1
Na2S2O3 H2O Н2SO4
Пробирка 2
Т, С
Т
1/
Время
до начала
помутнения (
), с
Условная
скорость
реакции
v = (1/), с
v
lg
-1
По полученным результатам сделайте вывод, справедливо ли для
изученной реакции правило Вант-Гоффа.
Постройте график зависимости ln (1/τ) от 1/T. По графику определите тангенс угла наклона полученной прямой и вычислите энергию активации по эмпирической формуле
= 2,3 tg .R
Е
а
Вычислите величину энергии активации по уравнению Аррениуса
для каждой пары из двух температур: Т
и Т2; Т2 и Т3; Т1 и Т3. Пример
1
формулы для расчета
TT
ER
a1 1
21
TT
21
.2,3 lg
Исходя из трех полученных значений энергии активации вычислите
ее среднее значение. Сравните между собой значения Е
, полученные
а
графическим и аналитическим методами.
Определите ошибку опыта, сравнив найденное значение энергии активации с известным по литературным данным (35 кДж/моль).
Опыт 3. Скорость реакций в гетерогенных системах
1. Влияние размера поверхности реагирующих веществ на скорость
химической реакции.
Налейте в две пробирки по 2 мл разбавленной хлороводородной кислоты. Выберете два одинаковых по массе кусочка мела или мрамора
(карбоната кальция) и один из них разотрите в порошок. Одновременно
в одну пробирку ссыпьте порошок, а в другую погрузите кусочек мела.
В какой из пробирок реакция идет быстрее и почему? Напишите уравнение прошедшей реакции в молекулярном и ионном виде. Отметьте
51
качественный признак реакции. Запишите кинетическое уравнение скорости реакции. Какой порядок имеет данная реакция? Сделайте вывод
о влиянии поверхности раздела реагирующих веществ на скорость химической реакции.
2. Сравнение скорости реакций в гетерогенной и гомогенной систе-
мах.
В сухой ступке смешайте (не растирая пестиком) несколько кристаллов нитрата свинца и йодида
калия. Происходит ли изменение окраски
смеси? Энергично разотрите кристаллы пестиком. Что происходит? Добавьте к смеси несколько капель воды. Смесь моментально окрашивается в ярко-желтый цвет. Отметьте влияние поверхности раздела реагирующих веществ на скорость химической реакции. Запишите уравнение
реакции обмена, протекающей в водном растворе, между йодидом калия
нитратом свинца в молекулярном и ионном виде. Сделайте вывод
и
о том, в какой системе (гетерогенной или гомогенной) скорость реакции
выше.
Опыт 4. Влияние катализаторов на скорость реакции
1. Разложение пероксида водорода
В три пробирки налейте по 10 капель 10 %-го раствора пероксида
водорода и прибавьте одновременно в одну пробирку микрошпатель оксида марганца (IV), в другую – такое же количество оксида железа (III),
в третью – оксид кремния (IV). Скорость разложения Н
оценивайте
2О2
по интенсивности выделения газа.
Определите, с одинаковой ли скоростью в трех пробирках проходит
реакция разложения пероксида водорода
Н2О + 1/2 О2.
Н
2О2
Выделение кислорода в реакции определяется по загоранию тлеющей лучинки, внесенной в верхнюю часть пробирки.
Какие из испытанных вами веществ являются катализаторами реакции разложения пероксида водорода? В выводе напишите, какие процессы называются каталитическими, дайте определение, что такое катализатор.
2. Автокатализ
В пробирку внесите пять капель раствора щавелевой кислоты
Н
и две капли раствора серной кислоты. Смесь тщательно переме-
2С2О4
шайте. Затем по каплям к этой смеси добавляйте разбавленный раствор
52
KМnО4. Отметьте по секундомеру время обесцвечивания перманганата
калия от прибавления первой капли, второй, третьей. Очередную каплю
прибавляйте после того, как исчезнет окраска от предыдущей. Сделайте
вывод о влиянии количества перманганата калия, добавленного в реакцию, на ее скорость. Какой продукт реакции является катализатором
данного процесса?
Реакция протекает по схеме
Н
+ KМnО4 + Н2SO4 СО2 + МnSO4 + K2SO4 + Н2О.
2С2О4
Повторите опыт в другой пробирке, предварительно добавив к исходной смеси кислот четыре капли раствора сульфата марганца (II).
В выводе дайте определение, что такое автокатализ, и объясните, почему во втором случае реакция протекает быстро, а в первом она ускоряется постепенно.
3. Реакция ингибирования
В две пробирки налейте по 2 мл 2
капле раствора K
[Fe(CN)6] (объясните, зачем). В первую пробирку вне-
3
М хлороводородной кислоты и по
сите несколько кристаллов уротропина (гексаметилентетрамин, продается в аптеке в качестве антисептического средства), хорошо перемешайте содержимое до полного растворения кристаллов. В обе пробирки
опустите зачищенные наждачной бумагой железные гвозди. По времени
появления достаточно интенсивной синей окраски оцените скорость реакций в пробирках. Составьте
уравнение реакции растворения металли-
ческого железа в растворе кислоты.
Сделайте вывод о влиянии уротропина на скорость химической реакции. Дайте определение, что такое ингибитор.
Опыт 5. Химическое равновесие
1. Влияние среды на смещение химического равновесия
В пробирку налейте 0,5…1,0 мл раствора йода в водном растворе
йодида калия, добавьте 1–2 капли раствора крахмала. Раствор окрашивается в сине-фиолетовый цвет. Почему? K полученному раствору прилейте несколько капель раствора щелочи до обесцвечивания. K бесцветному раствору добавьте (медленно взбалтывая) несколько капель разбавленного раствора HCl
до появления синей окраски, затем – снова щелочи до обесцвечивания. Составьте электронный баланс и определите
коэффициенты для схемы реакции
+ KOH KI + KIO3 + H2O.
I
2
53
Напишите уравнение реакции в ионном виде, условие химического
равновесия и выражение константы равновесия. Объясните смещение
равновесия в системе под влиянием среды (кислой или щелочной).
2. Влияние температуры на равновесие в системе «аммиак – вода»
Наблюдать за смещением равновесия в этой системе можно по изменению окраски раствора, обусловленной взаимодействием фенолфта-
с ОН– ионами.
леина
В пробирку налейте 2–3 мл дистиллированной воды, добавьте несколько капель концентрированного раствора аммиака и 1–2 капли
фенолфталеина. Полученный раствор нагрейте до кипения, а затем
охладите водой из-под крана или снегом. Как изменилась окраска раствора при нагревании и после охлаждения? Дайте объяснение, записав
соответствующее равновесие, и сделайте вывод о
том, как изменяется
энтальпия реакции диссоциации аммиака.
К этому же раствору добавьте небольшое количество кристаллов
хлорида аммония или раствор, хорошо перемешайте. Как изменяется
окраска фенолфталеина? Дайте объяснение, применяя принцип Ле Шателье.
3. Влияние концентрации реагирующих веществ на состояние хими-
ческого равновесия
Реакция между хлоридом железа (III) FeCl
SСN протекает по уравнению
NH
4
FeCl
+ 3NH4SСN ↔ Fe(SCN)3 + 3NH4Cl.
3
и тиоцианатом аммония
3
Образующийся в результате реакции тиоцианат железа (III) имеет
кроваво-красный цвет. По изменению интенсивности окраски раствора
можно определить направление смещения равновесия при изменении
концентрации какого-либо из реагирующих веществ.
В пробирку налейте 3 мл хлорида железа (III) и по каплям добавьте
тиоцианат аммония до появления кроваво-красной окраски раствора.
Разбавьте раствор водой до
окраски, похожей на цвет чая средней за-
варки.
Полученный раствор разделите поровну на четыре пробирки.
В первую добавьте 2–3 капли концентрированного раствора FeCl
рую – 2–3 капли концентрированного раствора NH
сите шпателем немного кристаллов NH
Cl, четвертую пробирку оставьте
4
SCN, в третью вне-
4
, во вто-
3
для сравнения. Содержимое трех пробирок энергично перемешайте
54
и сравните изменение окраски растворов в них с цветом раствора в четвертой пробирке. Результаты опытов занесите в табл. 5.3.
Таблица 5.3
Номер
пробирки
1 FeCl
Добавлено
3
Изменение
окраски
раствора
Смещение
равновесия
Изменение
С
и С
исх
прод
при смещении
2 NH4SCN
3 NH4Cl
Запишите уравнение реакции, условие химического равновесия
и выражение для константы химического равновесия. На основании
опытных данных сделайте вывод о направлении смещения равновесия
при оказанных воздействиях.
Контрольные вопросы
1. Напишите выражение закона действующих масс для реакций:
а) 2СО
б) С
(г)
+ СО
(т)
+ О
Какие из вышеперечисленных реакций относятся к гомогенным,
а какие к гетерогенным?
2.
Реакция между веществами А
[А]
= 7 моль/л; [В]0 = 6 моль/л; k = 0,4 л/моль.с. Рассчитайте скорость
0
реакции в начальный момент и после того, как прореагирует 50 % от
исходного количества вещества В.
3.
Как изменится скорость реакции
→ 2СО
2(г)
→ 2СО
2(г)
; в) СаСО
2(г)
; г) СН
(г)
и В
(г)
2А + В = С;
→ СаО
3(т)
+ 2О
4(г)
протекает по уравнению
(г)
2(г)
+ СО
(т)
СО
+ 2Н2О
2(г)
2(г);
(г)
.
2NO
+ O
(г)
2NO
2(г)
2(г)
,
если в системе: а) увеличить давление в 2 раза; б) уменьшить объем
в 2 раза; в) повысить концентрацию NO в 2 раза, г) повысить концентрацию О
в 2 раза?
2
Температурный коэффициент реакции равен 3. Во сколько раз
4.
увеличится скорость реакции при увеличении температуры на 30 градусов?
55
5. При увеличении температуры на 80 градусов, скорость реакции
возросла в 256 раз. Рассчитайте температурный коэффициент скорости
реакции.
При Т
6.
кончится эта реакция при Т
Чем объясняется повышение скорости реакции при введении в си-
7.
= 345 К реакция заканчивается за 30 с. За какое время за-
1
= 283 К, если γ = 3.
2
стему катализатора?
Константа скорости некоторой реакции при мпературе 273 К равна
8.
1,17 л ꞏ моль
–1
ꞏ мин–1, а при температуре 298 К – 6,56 л ꞏ моль–1 ꞏ мин–1.
Рассчитайте энергию активации и температурный коэффициент скорости реакции.
Что называется химическим равновесием? Какие факторы влияют
9.
на смещение химического равновесия?
Для реакции, протекающей в стандартных условиях, найдены сле-
10.
дующие значения K
2,4 ꞏ 10
–3
; 1,0. Установите, какому значению Kс соответствует протека-
при разных температурах: 75; 0,02; 1,7 ꞏ 105;
с
ние реакции:
а) преимущественно в прямом направлении;
б) преимущественно в обратном направлении;
в) равновероятно в прямом и обратном направлении.
Влияет ли катализатор на положение равновесия и почему? Зави-
11.
сит ли константа равновесия от катализатора?
Рассчитайте константу равновесия и исходные концентрации
12.
реагирующих веществ для обратимой реакции
+ O2 ↔ 2SO3,
2SO
2
если равновесные концентрации равны (моль/л): [SO
= 0,028; [SO
Запишите выражение для констант равновесия следующих обра-
13.
] = 0,044.
3
] = 0,056; [O2] =
2
тимых реакций:
2СО
С
(т)
N
2(г)
N
2(г)
+ О
(г)
+ Н2О
+ 3H
+ O
↔ 2СО
2(г)
↔ СО
(г)
↔ 2NH
2(г)
↔ 2 NO
2(г)
, ΔН < 0;
2 (г)
+ Н
(г)
3(г)
, ΔH 0.
(г)
, ΔН > 0;
2(г)
, ΔH < 0;
В какую сторону сместится равновесие в этих системах:
а) при понижении температуры; б) при понижение давления?
56
14. Вещества А и В в количестве 3 и 4 моль соответственно находятся
в сосуде емкостью 2 л. Вещества реагируют друг с другом следующим
образом: 2А + 3В А
. Прореагировало 1 моль вещества А. Рассчи-
2В3
тайте количество израсходованного вещества В, полученного продукта
и константу равновесия.
А
2В3
Проанализируйте влияние на смещение равновесия в реакции
15.
Fe
+ H2O
(к)
↔ FeO
(г)
(к)
+ H
, ΔН° > 0,
2(г)
следующих факторов:
а) добавление катализатора;
б) увеличение концентрации водорода;
в) уменьшение давления;
г) увеличение концентрации водяного пара;
е) увеличение площади поверхности железа.
Дайте обоснованный ответ.
57
р
Глава 6
ПРИГОТОВЛЕНИЕ РАСТВОРОВ
Растворы – гомогенные (однородные) смеси переменного состава
двух или большего числа веществ (компонентов), одним из которых является растворитель. Сумма масс всех компонентов раствора (раство-
ренные вещества и растворитель) составляет его массу:
mm m
-ра раств. в-вр-ля
Массу раствора легко можно найти экспериментальным путем, зная
его объем и плотность:
р-ра
Растворитель – преобладающий компонент, агрегатное состояние
которого в процессе растворения остается неизменным.
Растворимостью некоторого вещества называется его концентра-
ция в насыщенном при данных условиях растворе.
Коэффициент растворимости – масса растворенного вещества
(в граммах) в насыщенном растворе, приходящаяся на 100 г раство-
рителя.
Растворы могут быть ненасыщенными, насыщенными и пересыщенными.
Ненасыщенный раствор – раствор, в котором концентрация рас-
творенного вещества меньше, чем в насыщенном растворе, и в котором
при данных условиях можно растворить еще некоторое его количество.
Насыщенный раствор – это раствор, в котором достигнута макси-
мальная концентрация растворенного вещества при данных условиях.
Пересыщенный раствор – раствор, содержащий при данных усло-
виях больше растворенного вещества, чем в насыщенном растворе, при
этом избыток вещества легко выпадает в осадок.
.mV
.
58
Идеальный раствор – это раствор, в котором нет химического
р
взаимодействия между компонентами и каждый компонент ведет себя
независимо от других.
Основной количественной характеристикой растворов является концентрация.
Концентрация – величина, выражающая относительное содержа-
ние данного компонента в растворе.
Способы выражения концентрации растворов
На практике при приготовлении растворов чаще всего используют
два вида концентрации, рекомендуемые ИЮПАК:
весовые – массовая доля (процентная концентрация), моляльная кон-
центрация, мольная доля;
объемные – молярная концентрация, молярная концентрация эквива-
лентов и титр.
Массовая доля (ω
ства к массе всего раствора (в процентах – число граммов растворенного
вещества в 100 г раствора):
Молярная концентрация (С) показывает число молей (n) растворенного вещества в 1 л раствора:
Единицы измерения [моль/л], краткое обозначение – М.
Молярная концентрация эквивалента (С
эквивалента (n
) растворенного вещества в 1 л раствора:
экв
Единицы измерения – моль/л, краткое обозначение – н.
Моляльная концентрация (С
ренного вещества в 1 кг растворителя:
Единицы измерения – моль/кг.
) – это отношение массы растворенного веще-
в-ва
mm
в-ва
С
в-ва в-ва
100 % .
mV
р-ра р-ра
m
С
C
m
n
в-ва
VMV
nm
экв в-ва
экв
VMV
) – показывает число молей (n) раство-
m
n
m М m
-ля в-ва р-ля
в-ва
.
в-ва
) показывает число молей
экв
.
экв
m
в-ва
.
59
Титр (Т
) – число граммов растворенного вещества в 1 мл раствора:
в-ва
m
ТV
в-ва
в-ва
р-ра
.
Единицы измерения – г/мл.
Способы приготовления растворов
Приготовление раствора по навеске. Отвешивается рассчитанное
количество вещества (в граммах) и растворяется в определенном весовом или объемном количестве растворителя.
Разбавление. Растворы, более концентрированные, чем заданная
концентрация, разбавляют водой до определенной массы или объема
Смешивание. Растворы готовятся из двух растворов: одного – более
разбавленного, второго – более концентрированного, чем заданная концентрация.
Методы определения концентрации растворов
Денсиметрия – метод количественного
анализа, основанный на измерении плотности исследуемого раствора и сравнении полученной величины с табличными данными. Между плотностью раствора и концентрацией растворенного вещества существует непосредственная зависимость. Для
наиболее часто применяемых кислот, растворимых оснований и солей эта зависимость установлена и приводится в справочниках
определения плотности раствора приме-
Определение плотности
раствора с помощью
ареометра
няют ареометр – прибор, принцип действия которого основан на законе Архимеда (см. рисунок).
имеющий вверху шкалу, градуированную в единицах плотности. Исследуемый раствор наливают в стеклянный цилиндр и подбирают такой
в виде таблиц. Для приближенного
Ареометр – это стеклянный поплавок,
60
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]