Лабораторная работа № 12 химическая кинетика. Химическое равновесие

ЦЕЛЬ РАБОТЫ: Экспериментально подтвердить влияние концентрации реагирующих веществ и температуры на скорость реакции; зависимости скорости гетерогенной реакции от величины поверхности раздела фаз; смещение химического равновесия при изменении концентрации реагирующих веществ, влияние температуры на состояние химического равновесия.

Опыт № 1. Зависимость скорости реакции от концентрации реагирующих веществ

Влияние концентрации реагирующих веществ на скорость химической реакции можно исследовать на примере реакции разложения тиосерной кислоты, которая образуется при сливании растворов тиосульфата натрия и серной кислоты:

Скорость этой реакции, происходящей между ионами,

очень велика, и временем этой реакции можно пренебречь. Полученная кислота распадается:

Этот процесс происходит во времени, скорость его зависит от концентрации реагирующих веществ.

Выполнение работы.

а) К концентрированному раствору тиосульфата натрия прилить равный объём концентрированного раствора серной кислоты. Появление коллоидных частиц серы можно заметить по голубоватой опалесценции раствора. Время, которое проходит с момента сливания растворов до заметного помутнения, характеризует скорость химической реакции.

б) в три большие пронумерованные пробирки налить разбавленный (1 : 200) раствор тиосульфата натрия: в первую – 5 мл, во вторую – 10 мл, в третью 15 мл. В первую пробирку добавить 10 мл воды, во вторую – 5 мл воды. В три другие большие пробирки налить по 5 мл разбавленного раствора (1 : 200) серной кислоты. В каждую пробирку с тиосульфатом натрия прилить при перемешивании по 5 мл серной кислоты. Момент сливания растворов заметить по секундомеру и замерить время до момента помутнения раствора. Записать результаты в табл. 1.

Рассчитать скорость реакции в трех опытах ν = 1/τ в условных единицах. Построить график зависимости скорости реакции от условий концентрации С тиосульфата натрия. Сделать вывод о зависимости скорости реакции от концентрации реагирующих веществ.

Таблица 1

№ пробирки	Объем раствора тиосульфата натрия, мл	Объем воды, мл	Объем раствора серной кислоты, мл	Общий объем раствора, мл	Условная концентрация тиосульфата натрия, С	Время протекания реакции до помутнения, τ	Скорость реакции в условных единицах, ν = 1/τ

Опыт № 2. Зависимость скорости реакции от температуры

В три большие пронумерованные пробирки налить по 10 мл разбавленного (1 : 200) раствора тиосульфата натрия, в три другие пробирки – по 10 мл разбавленного раствора (1 : 200) серной кислоты Разделить пробирки с растворами на три пары: по пробирке с раствором тиосульфата натрия и раствором серной кислоты в каждой паре.

Провести опыт по взаимодействию серной кислоты с тиосульфатом натрия при температуре в лаборатории (определить ее по термометру). Определить время протекания реакции.

Четыре остальные пробирки поместить вместе с термометром в стеклянный стакан с водой и медленно нагреть на газовой горелке до температуры на 10˚С выше, чем температура в лаборатории. Оставить горелку, слить содержимое двух пробирок и определить время протекания реакции. Нагреть содержимое стакана до температуры на 20˚С выше температуры в лаборатории, слить растворы и определить время протекания реакции. Результаты опытов записать в таблицу 2.

Таблица 2

№ пробирки	Объем раствора тиосульфата натрия, мл	Объем раствора серной кислоты, мл	ТемператураоС	Время до появления мути, с	Скорость реакции в условных единицах, =1/

Построить график зависимости скорости химической реакции от температуры и рассчитать температурный коэффициент скорости реакции γ. Сделать вывод о зависимости скорости химической реакции от температуры.

Опыт № 3. Зависимость скорости гетерогенной реакции от величины поверхности раздела фаз

Одинаковые навески (приблизительно по 0,5 г) куска мрамора и измельченного мрамора поместить в 2 пробирки (№ 1 и № 2) . Налить в эти пробирки по 5 мл 10 %-ной соляной кислоты.

Момент начала реакции заметить по секундомеру. Отметить различие скорости газовыделения в обеих пробирках. Определить время протекания реакции в пробирках 1 () и 2 (). Определить скорость реакций , =1/. Заполнить таблицу 3.

Таблица 3

Опыт № 4. Смещение химического равновесия при изменении концентрации реагирующих веществ

Смещать в стакане по 10 мл разбавленных растворов хлорида железа(III) и тиоцианата калия. В результате обратимой реакции образуется тиоцианат железа(III) красно-коричневого цвета:

Fe+3KNCS Fe + 3KCl

Полученный раствор разлить поровну в четыре пробирки. В первую пробирку добавить 1-2 мл концентрированного раствора хлорида железа(III), во вторую - концентрированного раствора тиоцианата калия, в третью - несколько кристаллов хлорида калия, в четвертую пробирку оставить для сравнения. Сравнить цвет жидкостей в пробирках, составить выражение константы равновесия процесса и сделать вывод о сдвиге равновесия при увеличении концентрации исходных веществ и продуктов реакции.

Опыт № 5 . Влияние температуры на состояние химического равновесия

Прибор (рис. 1), заполняется оксидом азота(IV). Измерения молярной массы показали что при нагревании выше 140 ^оС этот газ состоит исключительно из мономеров, а при понижении температуры происходит постепенная димеризация:

+ 54,39 кДж

Рис. 1. Прибор для наблюдения сдвига химического равновесия

Газ NO₂ - бурого цвета, N₂O₄ – бесцветный. Поэтому по изменению цвета смеси можно судить о направлении сдвига равновесия системы.

Одну колбу прибора поместить в стакан с теплой водой, другую – в сосуд со смесью льда и соли. С помощью принципа Ле Шателье объяснить изменения, происходящие в сосудах.