Работа № 2 скорость химических реакций.

Химическая кинетика изучает факторы, влияющие на скорость химических реакций и механизм их протекания.

Скорость реакции в гомогенных системах определяется изменением концентрации реагирующих веществ в единицу времени. В химической кинетике концентрация измеряется в молях на литр (моль/л), а скорость - в молях на литр в секунду (моль/л·с). Скорость реакции в гетерогенных системах определяется изменением количества вещества на единице поверхности в единицу времени.

Зависимость скорости химических реакций от различных факторов

К основным факторам, влияющим на скорость химической реакции, относятся: природа реагирующих веществ, их концентрация, температура, поверхность раздела (для гетерогенных систем), катализаторы.

Опыт 1. Зависимость скорости реакции от концентрации реагирующих веществ

Скорость химической реакции (V) прямо пропорциональна произведению молярных концентраций (С) реагирующих веществ в степенях, соответствующих их стехиометрическим коэффициентам (закон действия масс).

Для гомогенной реакции вида mA + nB = pC + qD

V = kс · C_A^m · C_Bⁿ,

где kс – константа скорости. kс зависит от природы реагирующих веществ и температуры и не зависит от концентрации. V= kс при единичных концентрациях взаимодействующих веществ.

Для газовой системы скорость прямой реакции можно записать двояко:и, где р_Н2 и р_N2 – парциальные давления водорода и азота.

Выполнение опыта. В пробирку поместить 3 - 5 капель 1 н. раствора тиосульфата натрия Na₂S₂O₃ и добавить 2 - 3 капли 2 н. раствора серной кислоты H₂SO₄.

Через некоторое время наблюдать помутнение раствора, вызванное выделением свободной серы. Реакция идет по уравнению:

Na₂S₂O₃ + H₂SO₄ = Na₂SO₄ + SO₂ + H₂O + S.

Время, которое проходит от момента сливания растворов до появления заметного помутнения, характеризует скорость реакции.

Повторить опыт, используя большие количества реагентов. Для этого в три большие пробирки налить разбавленный (1200) раствор Na₂S₂O₃: 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 пробирки налить по 5 мл разбавленной (1200) серной кислоты.

В пробирки с Na₂S₂O₃ прилить при помешивании по 5 мл приготовленной H₂SO₄ и точно отметить (по секундной стрелке часов или секундомеру), через сколько секунд после приливания кислоты наблюдается образование мути в каждой пробирке.

Результаты записать в форме таблицы:

Номер пробирки

Объем раствора Na2S2O3, мл

Объем раствора H2SO4, мл

Объем H2O, мл

Время появления мути , с

v= 1/t

Результаты опыта представить графически, отложив скорость реакции V = 1/t на оси ординат, а концентрации растворов – на оси абсцисс.

Опыт 2. Влияние температуры на скорость химической реакции

Зависимость скорости большинства химических реакций от температуры описывается эмпирическим правилом Вант-Гоффа: при увеличении температуры на каждые 10 скорость реакции возрастает в 2 – 4 раза. Эта величина называется температурным коэффициентом реакции, или коэффициентом Вант-Гоффа и обозначается γ:

.

Закон Вант-Гоффа:

.

Рассчитаем для примера, во сколько раз увеличится скорость реакции при повышении температуры на 100, если  = 2. Подставим исходные данные в уравнение Вант-Гоффа:

Правило Вант-Гоффа выполняется только для реакций, энергия активации которых лежит в пределах 84 – 170 кДж/моль. Оно было сформулировано на основе экспериментального изучения таких реакций при относительно низких температурах ( = 2 – 4).

Выполнение опыта. Приготовить три термостата, для чего три стаканчика объемом 200 - 250 мл наполнить на 2/3 водой и каждый стаканчик накрыть картонной крышкой с тремя отверстиями:

В одно отверстие каждого термостата поместить термометр, в другое – коническую пробирку с 2 н. раствором серной кислоты и опущенной в нее пипеткой, в третье – пробирку с 10 каплями 1 н. раствора тиосульфата натрия.

Первый стаканчик оставить на столе при комнатной температуре; второй и третий стаканчики поочередно поместить в водяную баню и нагреть второй стаканчик - до температуры на 10C выше, чем в первый, а третий - на 10C выше, чем второй.

Не вынимая пробирки с тиосульфатом натрия из термостатов, добавить в них по 1 капле 2 н. серной кислоты из того же термостата.

Отметить время от момента добавления кислоты до появления заметного помутнения раствора в каждом из термостатов. Время протекания реакций определять секундомером или метрономом.

Результаты записать в форме таблицы:

Номер пробирки	Температура	Время появления мути , с	V = 1/t

Результаты опыта представить графически, отложив скорость реакции V = 1/t на оси ординат, а температуру проведения опыта – на оси абсцисс.

Сформулировать вывод о зависимости скорости реакции от температуры для данного опыта. Определить температурный коэффициент скорости для данной реакции.