4.2. Лабораторная работа № 5 «Определение влияния различных факторов на скорость химических реакций и смещение равновесия»

Цель работы. Определить роль катализатора в химических реакциях. Сравнить зависимость скорости реакции от концентрации в гомогенных и гетерогенных реакциях. Проанализировать, как концентрация реагирующих веществ влияет на смещение равновесия.

Приборы и реактивы. Лабораторные технические весы. Пробирки. Мерные пробирки. Пипетки. Фильтровальная бумага. Растворы кислот: H₂SO₄, HCl. Растворы солей: CuSO₄, FeCl₃, NH₄CNS, KMnO₄, KNO₃. Цинк в гранулах. Кристаллический NaCl. Мрамор.

Порядок выполнения работы

Опыт 1. Влияние катализатора на скорость химической реакции.

1. В две пробирки налить по шесть капель раствора серной кислоты. В каждую пробирку опустить по кусочку цинка. Наблюдать начало химической реакции. В одну из пробирок добавить 1-2 капли раствора медного купороса (CuSO₄). Сравнить скорость выделения водорода в обоих пробирках. Какую роль играет выделившаяся на цинке медь?

2. В три пробирки внести по 2 мл раствора перманганата калия (KMnO₄) и по 1 мл раствора серной кислоты. В две пробирки опустить по кусочку цинка, третью пробирку оставить в качестве эталона. В одну из пробирок, в которую добавлен цинк, внести 3-4 капли раствора нитрата калия (KNO₃). Что при этом наблюдается? Какую роль выполняет нитрат калия? Написать уравнения происходящих реакций.

Опыт 2. Влияние величины поверхности на скорость химической реакции в гетерогенной системе.

1. Взять одинаковые навески порошка и кусочка мрамора.

2. Приготовить две пробирки с 10-11 каплями раствора соляной кислоты (HCl).

3. Одновременно стряхнуть с бумажек кусочек мрамора в одну из пробирок с соляной кислотой, а порошок мрамора – в другую.

4. Написать уравнение реакции взаимодействия мрамора (CaCO₃) с соляной кислотой.

5. Сопоставить интенсивность процесса в обоих пробирках и сделать вывод о влиянии величины поверхности реагирующих веществ на скорость химической реакции в гетерогенных системах.

Опыт 3. Влияние концентрации реагирующих веществ на сдвиг химического равновесия.

Провести опыт, подтверждающий влияние концентрации реагирующих веществ на состояние химического равновесия.

1. В четыре пробирки внести по 3 мл дистиллированной воды и добавить по 2 капли раствора хлорида железа (FeCl₃), прилить такое же количество разбавленного раствора роданида аммония (NH₄CNS). Какое из образующихся веществ сообщает раствору красное окрашивание? Написать уравнение протекающей реакции.

2. Одну из пробирок оставить в качестве контрольной. В остальные пробирки добавить следующие реактивы: в первую – 1 каплю концентрированного раствора хлорида железа, во вторую – 1 каплю концентрированного раствора роданида аммония, в третью – несколько кристалликов хлорида натрия (NaCl).

3. Сравнить интенсивность окраски растворов во всех четырех пробирках. Написать выражение константы равновесия для изучаемого процесса и дать объяснения происходящим явлениям.

4.3. Лабораторная работа № 6 «Изучение влияния различных факторов на скорость химических реакций и смещение равновесия»

Цель работы. На конкретных примерах установить зависимость скорости реакции от природы реагирующих веществ, температуры проведения процесса, рН среды растворов и роли катализирующих веществ.

Приборы и реактивы. Лабораторные технические весы. Электроплитка. Термометр. Секундомер. Пробирки. Мерные пробирки. Химические стаканы. Пипетки. Фильтровальная бумага. Растворы кислот: HNO₃ (2 н), H₂SO₄ (2 н), HCl (2 н), CH₃COOH (2 н). Растворы солей: MnSO₄, Na₂C₂O₄ (0,1 н), KMnO₄ (0,1 н; 0,025 н), KBr (0,1 н). Металлический цинк и магний. Кристаллический (NH₄)₂S₂O₈.

Порядок выполнения работы

Опыт 1. Влияние природы реагирующих веществ на скорость химической реакции.

1. Взвесить на технических весах равные навески цинка и магния.

2. В две пробирки налить по 5 мл 2 н соляной кислоты. В одну опустить магний, а в другую цинк.

3. В какой из пробирок происходит более интенсивное выделение водорода? Почему? Написать уравнения происходящих реакций.

Опыт 2. Влияние температуры процесса на скорость химической реакции.

1. В два стакана (№ 1, 2) налить по 10 мл раствора перманганата калия (0,025 н) и по 5 мл серной кислоты.

2. В другие два стакана (№ 3, 4) налить по 10 мл оксалата натрия и по 5 мл серной кислоты.

3. Растворы в стаканах № 1 и 3 нагреть на водяной бане до температуры 42-43 ^оС, а стаканах № 2, 4 – до 52-53 ^оС.

4. Нагретые растворы 1 и 3 слить между собой, одновременно включив секундомер. Зафиксировать время исчезновения малиновой окраски перманганата калия.

5. То же проделать с растворами 2 и 4.

6. Написать уравнение реакции. Сделать вывод о влиянии температуры на скорость реакции.

Опыт 3. Влияние рН среды на скорость химической реакции.

1. В два стакана налить по 10 мл раствора перманганата калия (0,1 н).

2. В один стакан добавить 2,5 мл раствора серной кислоты, а в другой – 2,5 мл уксусной кислоты.

3. Одновременно в оба стакана добавить по 10,0 мл раствора бромида калия и включить секундомер, зафиксировав время исчезновения малиновой окраски перманганата калия.

4. Написать уравнение реакций. Сделать вывод о влиянии силы кислоты на скорость реакции.

Опыт 4. Влияние катализатора на скорость химической реакции.

1. В две пробирки внести по 3-4 мл раствора сульфата марганца (II) и подкислить таким же объемом 2 н раствора азотной кислоты.

2. В одну из пробирок добавить одну каплю раствора нитрата серебра и в обе пробирки по несколько кристалликов персульфата аммония ((NH₄)₂S₂O₈).

Реакция выражается уравнением:

2MnSO₄ + 5(NH₄)₂S₂O₈ + 8H₂O = 2HMnO₄ + 5(NH₄)₂SO₄ + 7H₂SO₄.

3. В какой из пробирок раньше появилось окрашивание? Какой из ионов является катализатором в данной реакции?