Экспериментальная часть.

ОПЫТ 1. Зависимость скорости химической реакции от концентрации реагентов.

В опыте исследуется реакция между растворами тиосульфата натрия и серной кислоты:

Na₂S₂O₃ + 2 H₂SO₄ = 2 NaHSO₄ + H₂SO₃ + S↓

Реакция протекает в две стадии:

(1) Na₂S₂O₃ + 2 H₂SO₄ = 2 NaHSO₄ + H₂S₂O₃ (быстрая)

(2) H₂S₂O₃ = H₂SO₃ + S↓ (медленная)

Сера, образующаяся в результате реакции, вызывает опалесценцию и дальнейшее помутнение раствора, поэтому о скорости протекания реакции можно судить, визуально фиксируя момент потери прозрачности раствора.

Выполнение опыта: в трех пробирках приготовить растворы тиосульфата натрия различной концентрации, для этого внесите в пробирку №1 – 4 капли раствора тиосульфата натрия и 8 капель воды, в пробирку №2- 8 капли раствора тиосульфата натрия и 4 капли воды, в пробирку №3 – 12 капель раствора тиосульфата натрия. Пробирки слегка встряхните. Таким образом, при одинаковых объемах растворов концентрация тиосульфата натрия в пробирках будет в отношении 1 : 2 : 3.

В пробирку №1 добавьте одну каплю раствора серной кислоты и одновременно включите секундомер. Пробирку встряхните для перемешивания раствора. Измерьте время от момента добавления кислоты до появления опалесценции.

Опыт повторите с пробирками №2 и №3, добавляя по одной капли кислоты и определяя время протекания реакции до одинаковой степени помутнения раствора.

Данные опыта занесите в таблицу:

№ про- бирки	Объём Na2S2O3	Объём H2O	Объём H2SO4	Относит. конц-ия H2S2O3	Время протекания реакции t,с	Условная скорость v = 100/t
1	4	8	1	1
2	8	4	1	2
3	12	-	1	3

Постройте график зависимости условной скорости реакции ( v ) от относительной концентрации раствора тиосерной кислоты.

Напишите кинетическое уравнение реакции.

Сделайте вывод о соответствии полученной графической зависимости кинетическому уравнению:

ОПЫТ 2. Влияние температуры на скорость реакции.

В опыте используется реакция между растворами тиосульфата натрия и серной кислоты (см. опыт 1).

Выполнение опыта: в три пробирки налейте по 1 мл раствора тиосульфата натрия, в другие три пробирки – по 1 мл раствора серной кислоты. Каждую пару пробирок (тиосульфат – кислота) поместите в водяные бани: первую – при комнатной температуре, вторую – при температуре на 10°С выше комнатной, третью – при температуре на 20°С выше комнатной.

Через 5 – 10 минут слейте содержимое каждой пары пробирок и по секундомеру определите время протекания реакции до появления опалесценции.

Результаты опыта занесите в таблицу:

№ опыта	Температура, °C	Время реакции, с	v=100/t		Eакт, кДж/моль
1
2
3

Запишите выражение правила Вант-Гоффа.

По полученным данным рассчитайте два значения температурного коэффициента реакции и его среднее значение.

Для каждого значения температурного коэффициента рассчитайте энергию активации реакции, а так же ее среднее значение.

Все данные занесите в таблицу.

Сделайте вывод о влиянии температуры на скорость реакции.

ОПЫТ 3. Влияние катализаторов на скорость реакции.

В опыте исследуется реакция разложения пероксида водорода в присутствии катализаторов – раствора хромата калия K₂CrО₄ и твердого диоксида марганца MnO₂. Скорость реакции оценивается по интенсивности выделения кислорода, который обнаруживается с помощью тлеющей лучинки.

Выполнение опыта: и две пробирки налейте по 10 капель раствора Н₂О₂. К отверстию одной из них поднесите тлеющую лучинку. Происходит ли выделение кислорода?

Повторите опыт, добавив в первую пробирку несколько капель раствора хромата калия, а в другую – несколько кристаллов диоксида марганца. Отметьте признаки протекания реакции.

Напишите уравнение реакции разложения пероксида водорода:

Сделайте выводы:

- как влияют хромат калия и диоксид марганца на скорость рассматриваемой реакции:

- в каком случае катализ является гомогенным, в каком – гетерогенным:

- почему в одном случае в ходе реакции изменяется окраска раствора:

- на основе каких наблюдений можно сделать вывод о том, что катализатор в процессе реакции не расходуется:

- как изменяется энергия активации реакции в присутствии катализатора:

ОПЫТ 4. Влияние величины межфазной поверхности на скорость гетерогенной реакции.

В опыте используется реакция CaCO_3(т) + 2 HCl_(р) = CaCl_2(р) + H₂O_(ж) + CO_2(г), протекающая на поверхности твёрдого карбоната кальция, взятого в компактном и измельчённом виде.

Выполнение опыта: возьмите два небольших кусочка мела ( г ). Один из кусочков поместите в пробирку, другой разотрите в ступке и получившийся порошок поместите в другую пробирку. В обе пробирки одновременно внесите по 5 мл соляной кислоты. Отметьте время растворения мела в каждом случае:

Напишите кинетическое уравнение реакции:

Сделайте вывод о влиянии степени измельчения твёрдых веществ ( величины межфазной поверхности) на скорость гетерогенной реакции.

Вариант теста ( правильные ответы выделены ).

1. Скорость химической реакции: 3H_2(Г) + N_2(Г) = 2NH_3(Г) выражается уравнением:

1) v = k C³_H2 C_N2 2) v = k C_H2 C_N2 3) v = k C_{NH 3} 4) v = k C²_H2 C²_N2

см. ЗДМ, уравнение 2

2. Скорость химической реакции: ZnO_(K) + CO_(Г) = Zn_(K) + CO_2(Г) выражается уравнением:

1) v = k C_ZnO C_CO 2) v = k C_CO 3) v = k C_ZnO C2_CO 4) v = k C_CO

см. ЗДМ, для гетерогенных реакций, пример 3

3. Чему равен порядок реакции ( см. п. I ):

1) 1 2) 2 3) 3 4) 4

см. определение, стр. 1

4. Укажите размерность величин, которые используются в вычислениях по закону действия масс:

1) моль/л 2) Па 3) % 4) атм.

% и атм. Не системные единицы СИ

5. Скорость гетерогенной реакции зависит от:

1) Концентрации газообразных веществ 3) Концентрации твердых веществ

2) массы твердых веществ 4) давления

См. ЗДМ для гетерогенных реакций, пример 3

6. Константа скорости химической реакции зависит от:

1) энергии активации реакции 3) температуры

2) концентрации реагентов 4) присутствия катализатора

Константа скорости от концентраций не зависит

7. Во сколько раз увеличится скорость реакции при повышении температуры на 20°С, если температурный коэффициент реакции равен 3: 1) 3 2) 6 3) 8 4) 9

см. уравнение (3) и ПРИМЕР 4

8. Влияние катализатора проявляется в: 1) увеличении скорости реакции 3) изменении направления реакции

2) смещении равновесия 4) снижении энергии активации

см. стр. 3 - катализ

9. Какие стадии химической реакции определяют ее скорость?

1) медленная стадия 3) быстрая стадия

2) все стадии 4) промежуточная стадия

см. определение стр.3 и ПРИМЕР 2

10. Во сколько раз увеличится скорость реакции ( см. п.1), если общее давление в системе увеличить в 2 раза?

1) в 2 раза 2) 4 3) 8 4)16

увеличение давления приводит к эквивалентному увеличению концентраций всех реагентов, ПРИМЕР 1

Слушатели, не сдавшие по предложенному тесту, должны выполнить контрольное задание и представить отчет о выполненной работе ведущему преподавателю (см. стр. 7)

_____________________________________________________________________________________________