3. Экспериментальная часть

Работа выполняется звеньями из 2-3 студентов.

Опыт №1.Зависимость скорости гомогенной реакции

от концентрации реагирующих веществ.

Na₂S₂O₃ + H₂SO₄ → S↓+ SO₂↑ + Na₂SO₄ + H₂O.

Скорость этой реакции можно определить по увеличению концентрации выпавшей серы в единицу времени

(8)

Экспериментально определяем время ∆t достижения одинаковой во всех случаях степени помутнения раствора, то есть достижения одной и той же концентрации серы: ∆[S]=const. Тогда относительную скорость реакции можно определить как величину, обратную времени ∆t. Для удобства расчета берем

(9)

Запишем зависимость скорости исследуемой реакции от концентрации реагирующих веществ, то есть закон действующих масс

V = k[H₂SO₄][Na₂S₂O₃]. (10)

Так как во всех случаях используем одинаковую концентрацию серной кислоты и меняем только концентрацию тиосульфата натрия, то закон действующих масс приобретает вид

V = k [Na₂S₂O₃]. (11)

Следовательно, скорость исследуемой реакции должна быть пропорционально исходной концентрации тиосульфата натрия. Проверим это экспериментально. В четыре пробирки – 1, 2, 3, 4 – налейте по 4 мл раствора H₂SO₄ концентрации 15 г/л, отмеряя объем мерным цилиндром. В другие четыре пронумерованные пробирки – 1а, 2а, 3а, 4а – отмерьте мерным цилиндром следующие объемы раствора тиосульфата натрия Na₂S₂O₃ концентрации 75 г/л и воды:

1а – 8 мл Na₂S₂O₃;

2а – 6 мл Na₂S₂O₃ + 2 мл Н₂О;

3а – 4 мл Na₂S₂O₃ + 4 мл Н₂О;

4а - 2 мл Na₂S₂O₃ + 6 мл Н₂О.

Вылейте содержимое пробирки 1 в 1а, закройте пальцем пробирку 1а, быстро переверните ее два раза вверх дном для смешивания растворов и зафиксируйте время начала реакции по часам с секундной стрелкой. Пробирку с раствором держите перед каким-либо текстом. Время окончания реакции зафиксируйте, когда раствор помутнеет настолько, что текст невозможно будет читать. То же проделайте с парами 2 и 2а, 3 и 3а, 4 и 4а, следя за тем, чтобы время начала реакции и ее окончания (при определенной, одной и той же степени помутнения) фиксировалось во всех случаях одинаково. Результаты опыта занесите в табл. 1.

По экспериментальным данным постройте график, откладывая по оси абсцисс концентрацию раствора Na₂S₂O₃, а по оси ординат – скорость реакции. График должен занимать поле приблизительно 10х10 см. По осям координат постройте равномерные шкалы, соответствующие полученным значениям концентрации и скорости, отложите экспериментальные точки. В соответствии с уравнением (11), зависимость должна выражаться прямой линией, идущей от начала координат. Проведите прямую через начало координат и экспериментальные точки или возможно ближе к этим точкам, если они не ложатся на прямую. Определите, подтверждают ли данные опыта закон действующих масс для исследуемой реакции.

Таблица 1

№ проби- рок	Объем раствора H2SO4, мл	Раствор Na2S2O3		Концент рация Na2S2O3	Вре-мя ∆t, с	Скорость
		Объем Na2S2O3, мл	Объем Н2О, мл
1 1а	4 ___	__ 8	__ 0	1,00
2 2а	4 __	__ 6	__ 2	0,75
3 3а	4 __	__ 4	__ 4	0,5
4 4а	4 __	__ 2	__ 6	0,25

Опыт №2. Влияние изменения концентраций реагирующих

веществ на химическое равновесие.

В пробирку налейте приблизительно 2/3 объема дистиллированной воды, добавьте из капельниц 2-3 капли раствора KCNS (или NH₄CNS) и 2 капли раствора FeCl₃. Происходит реакция

FeCI₃ + ЗKCNS Fe(СNS)₃ + 3KCl.

Должен получиться раствор кроваво-красного цвета, не слишком темного, чтобы в дальнейшем можно было заметить потемнение раствора. Окраску раствора дает Fe(СNS)₃. Разлейте раствор в 4 пробирки. Одну оставьте в качестве эталона окраски, в другую добавьте 3 капли раствора FeCl₃, в третью - 3 капли раствора KCNS (или NH₄CNS), в четвертую - щепотку KCl. Наблюдайте изменение окраски. Учитывая, что потемне­ние раствора отвечает сдвигу равновесия в сторону образования Fe(СNS)₃, а посветление - в обратную сторону, определите направление сдвига равновесия в каждом случае. Объясните результаты наблюдения на основании принципа Ле-Шателье. В одинаковой ли степени сдвигает равно­весие добавление FeCl₃ и KCNS?

Опыт №3. Каталитическое разложение перекиси водорода.

В три пробирки налейте примерно равные объемы перекиси водоро­да (слой 2-3 см). Первую пробирку оставьте для сравнения, во вторую добавьте немного SiО₂, в третью - столько же MnО₂.

6Н₂О₂ 6Н₂О + 3О₂ .

а) 6Н₂О₂ + 4МnO₂ → 2Мn₂O₇ + 6Н₂O;

б) 2Mn₂O₇ → 4МnO₂ + 3O₂ .

6H₂O₂ 6Н₂О + 3О₂.

О скорости реакции судят по количеству выделяющегося кислорода, которое определяют, опуская лучинку с раскаленным угольком на конце в пробирку. Определите, как повлияли добавки на скорость реакции. Какая из них является катализатором реакции разложения перекиси водорода?