АСТРАХАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Методическое руководство

по выполнению лабораторной работы по

дисциплине "Химия"

Скорость химических реакций и химическое равновесие

Астрахань 2006

Скорость химических реакций и химическое равновесие: Методическое руководство по выполнению лабораторной работы по дисциплине "Химия" / Шавель И.И. – Астрахан. гос. техн. ун-т, 2006. – 6 с.

Опыт 1. Зависимость скорости химической реакции от концентрации реагирующих веществ

Зависимость скорости химической реакции от концентрации реагирующих веществ предлагается изучить на примере взаимодействия между тиосульфатом натрия и серной кислотой. При добавлении к раствору тиосульфата натрия серной кислоты появляется запах диоксида серы и через некоторое время жидкость становится мутной от выделившейся серы. Реакция между Na₂S₂O₃ и H₂SO₄ может быть выражена общим уравнением:

Na₂S₂O₃ + H₂SO₄ = Na₂SO₄ + SO₂↑ + S↓ + H₂O

Для проведения опыта требуется:

1. Разбавленный раствор Na2S2O3 (1:200);
2. Разбавленный раствор H2SO4 (1:200);
3. Дистиллированная вода;
4. Три стакана емкостью 50 мл;
5. Три пробирки по 10-15 мл;
6. Два мерных цилиндра;
7. Часы (секундомер).

В первый стакан отмерьте мерным цилиндром 5 мл раствора Na₂S₂O₃ и 10 мл дистиллированной воды, во второй – 10 мл Na₂S₂O₃ и 5 мл воды, в третий – 15 мл Na₂S₂O₃. В три пробирки отмерьте мерным цилиндром по 5 мл H₂SO₄, затем в каждый из трёх стаканов добавьте по 5 мл Н₂SО₄ и содержимое смешайте. Определите по часам время с момента добавления кислоты до помутнения раствора в каждом из стаканчиков.

Запишите результаты опыта в таблицу:

№ опыта	Объём			Общий объем раствора	Относительная концентрация	Время протекания реакции до появления мути	Скорость реакции в условных единицах
	Раствора Nа2S2О3	Н2О	Раствора Н2SО4
	мл				С	t, сек.	υ = 1/t
1	5	10	5	20	1
2	10	5	5	20	2
3	15	–	5	20	3

Результаты наблюдения изобразите на графике (на миллиметровой бумаге). Для этого по оси абсцисс отложите относительные концентрации тиосульфата натрия, по оси ординат – отвечающие им относительные скорости в условных единицах.

Сделайте вывод о зависимости скорости химической реакции от концентрации реагирующих веществ. Согласуются ли ваши наблюдения с законом действия масс ?

Опыт 2. Зависимость скорости химической реакции от температуры

Для изучения зависимости скорости химической реакции от тем­пературы в данном опыте используется та же реакция, что и в первом опыте. Налейте в три пробирки по 5 мл раствора серной кислоты (1 : 200), в другие три пробирки по 5 мл раствора тиосульфата натрия (1 : 200) и разделите их на три пары: по пробирке с Na₂S₂O₃ и H₂SO₄ в каждой паре.

Первую пару пробирок поставьте в стакан с холодной водой, спустя пять минут измерьте термометром температуру воды. Слейте вместе содержимое этих двух пробирок, перемешайте. Пробирку с раствором снова поставьте в воду. Точно отмерьте время от начала реакции (момента перемешивания) до помутнения раствора и определите скорость реакции.

Вторую пару пробирок поместите в стакан с водой и нагрейте его до температуры на 10 ⁰С выше, чем в предыдущем опыте. При нагревании стакана воду в нём перемешивайте. После нагревания снимите стакан, слейте содержимое двух пробирок в одну и, оставив её в воде, измерьте скорость реакции.

С третьей парой пробирок проведите аналогичный опыт, повысив температуру воды для нагревания пробирок ещё на 10 ⁰С.

Запишите результаты опытов в таблицу:

№ опыта	Объём раствора, мл		Температура, 0С	Время протекания реакции до появления мути, t, сек.	Относительная скорость реакции в условных единицах, υ = 1/t
	Na2S2O3	H2SO4
1	10	10
2	10	10
3	10	10

Результаты опытов изобразите графически, откладывая по оси абсцисс температуру и по оси ординат – скорость.

Сделайте вывод о зависимости скорости химической реакции от температуры. Какие значения принимает температурный коэффициент для большинства химических реакций ?

Опыт 3. Скорость реакции в гетерогенной системе

Реакция в гетерогенной системе в отличие от гомогенной проходит не во всём объём, а лишь на поверхности раздела двух фаз. Для гетерогенной системы, состоящей из двух фаз, одна их которой твёрдая, скорость химического взаимодействия сильно зависит от степени измельчения.

Поместите на одну чашу уравновешенных весов маленький кусочек мрамора весом примерно 0,5 г и уравновесьте его порошком мрамора. Налейте в две пробирки по 5 мл 10 %-ной хлороводородной кислоты и поместите в них одновременно две навески мрамора. Наблюдайте за скоростью реакции в обеих пробирках. Для этого заметьте время (t), которое потребовалось для полного растворения мрамора. Вычислите для обоих случаев относительную скорость (υ = ¹/_t) и определите в каком случае скорость реакции больше и во сколько раз. Напишите уравнение реакции. Сделайте вывод о значении по­верхности соприкосновения реагирующих веществ в гетерогенных процессах.

Опыт 4: Влияние катализаторов на скорость реакции

Разложение пероксида водорода при комнатной температуре происходит медленно. Разложение можно ускорить введением катализатора.

а) Каталитическое действие диоксида марганца на разложение пе­роксида водорода.

Налейте в пробирку 1-2 мл 3 %-ного раствора пероксида водорода. Выделяется ли из пробирки газ ? Внесите в раствор микрошпателем щепотку порошкообразного диоксида марганца. Что наблюдается ? Внесите в верхнюю часть пробирки тлеющую лучину. Что происходит? Сделайте вывод, какой газ выделился ? Напишите уравнение разложения пероксида водорода.

б) Каталитическое действие иона Cu²⁺ на разложение пероксида водорода.

Проделайте опыт, аналогичный предыдущему, взяв вместо диоксида марганца 2-3 капли 1 н. раствора медного купороса (CuSO₄).

Опыт 5. Смещение химического равновесия вследствие изменения кон­центрации веществ, участвующих в обратимой реакции.

Классическим примером обратимой реакции является взаимодействие между хлоридом железа (III) и роданидом калия или аммония.

FeCl₃ + 3KCNS Fe(CNS)₃ + 3KCl

Из веществ этой системы только Fe(CNS)₃ является интенсивно окрашенным в вишнёвый цвет, в то время как FeCl₃ имеет, в разбавленных растворах, слабую желтую окраску, а KCNS и KCl вообще бесцветные. Поэтому всякое изменение его концентрации сказывается на интенсивности окраски раствора. Это даёт возможность наблюдать, в каком направлении сдвигается равновесие при изменении концентрации реагирующих веществ. Если увеличить концентрацию FeCl₃ и KCNS, сразу же увеличится скорость прямой реакции, что повлечёт увеличение концентрации Fe(CNS)₃, а следовательно, усиление интенсивности окраски раствора. Наоборот, увеличение концентрации KCl сместит равновесие в обратную сторону, и интенсивность окраски уменьшится.

В стакан на 50 мл налейте 25 мл дистиллированной воды и добавьте по 2 капли концентрированных растворов FeCl₃ и KCNS. Окрашенный в красный цвет раствор разлейте поровну в четыре пробирки. Первую пробирку оставьте для сравнения, во вторую пробирку добавьте 2-3 капли насыщенного раствора FеСl₃. Что наблюдается ? Дайте объяснение. В третью пробирку прилейте 2-3 капли насыщенного раствора КСNS. Дайте объясне­ние наблюдаемому изменению. Чем объяснить, что увеличение концентрации KCNS вызывает более эффективное смещение равновесия, чем увеличение концентрации FeCl₃. В четвёртую пробирку поместите немного твёрдого хлорида калия и сильно взболтайте. Сравните цвета растворов в четырёх пробирках. Дайте объяснение.

Сделайте вывод о смещении химического равнове­сия. Составьте уравнение константы равновесия для данной обратимой реакции.

8