Ход работы

Опыт 1. Приготовление раствора из соли.

Получите у преподавателя задание и произведите расчеты. Если необходимо приготовить раствор из сухой соли или кристаллогидрата рассчитайте массу соли и воды, необходимые для приготовления раствора. Взвесьте вещество на весах. Растворите взвешенное вещество в небольшом количестве воды, перелейте в мерную колбу и добавьте необходимый объем воды. Условия и результаты расчетов запишите в лабораторный журнал.

Опыт 2. Приготовление разбавленного раствора из более концентрированного.

Получите у преподавателя задание и произведите расчеты. Измерьте плотность исходного раствора, рассчитайте объем концентрированного раствора, необходимый для приготовления более разбавленного раствора. Пипеткой отмерьте необходимый объем, перенесите в мерную колбу и доведите водой до метки. Условия и результаты расчетов запишите в лабораторный журнал.

Лабораторная работа № 7 Скорость химических реакций и химическое равновесие

Цель работы: изучение влияния концентрации, температуры, катализатора на скорость химических реакций.

Оборудование и реактивы: Секундомер. Термостат (три стакана вместимостью 200 – 250 мл) и крышка к нему с отверстиями для пробирок. Мензурка вместимостью 10 мл. Термометр на 50°С. Стеклянные палочки. Пипетки капельные. Фильтровальная бумага. Шпатель. Ступка с пестиком. Сульфит натрия (кристаллический). Диоксид марганца. Карбонат кальция (мел). Нитрат ртути (II). Иодид калия. Хлорид калия. Нитрат свинца. Растворы: тиосульфата натрия (0,1 М, 0,25 М), серной кислоты (1 М), соляной кислоты (разбав.), хлорида железа (III) (0,001 М, 0,15 М, насыщ.), роданида калия (0,001 М, 0,5 М, насыщ.), сульфата меди (0,25 М), пероксида водорода (30%-ный), дистиллированная вода.

Опыт 1. Влияние концентрации реагирующих веществ на скорость реакции в гомогенной системе.

а) Взаимодействие тиосульфата натрия с серной кислотой.

Реакция тиосульфата натрия с серной кислотой протекает по уравнению:

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

Предварительно проделать качественный опыт, для чего в пробирку внести 5-10 капель 0,1 М раствора тиосульфата натрия и 3-5 капель 1 М раствора серной кислоты. Наблюдать появление слабой опалесценции и дальнейшее помутнение раствора от выпавшей свободной серы.

А. В колбу отмерить 10 мл 0,1 М раствора Na₂S₂O₃ и 20 мл воды. Добавить 10 мл 1 М раствора H₂SO₄ и отметить время начала помутнения – ₂.

Б. В колбу отмерить 20 мл 0,1 М раствора Na₂S₂O₃ и 10 мл дистиллированной воды. К раствору Na₂S₂O₃ добавить 10 мл 1 М раствора H₂SO₄ и сразу же начать отсчет времени по секундомеру с момента перемешивания растворов до начала помутнения – ₁.

В. В колбу отмерить 30 мл 0,1 М раствора Na₂S₂O₃ и добавить 10 мл 1 М раствора H₂SO₄. Отметить время появления суспензии серы – ₃.

Запись данных опыта. По данным опытов рассчитать концентрацию и величины, пропорциональные скорости реакции. Результаты записать в таблицу по форме, приведенной ниже.

Опыт	Объем, мл			Концентрация раствора (Na2S2O3) моль/л	Время до начала помутнения , с	Величина пропорцио-нальная скорости,
	Na2S2O3 (Х1)	Н2О (Х2)	H2SO4 (Х3)
А	10	20	10		1 =
Б	20	10	10		2 =
В	30	–	10		3 =

Построить график зависимости скорости реакции от концентрации Na₂S₂O₃, откладывая на оси абсцисс концентрацию Na₂S₂O₃, а на оси ординат – величину, пропорциональную скорости.

На основании полученного графика сделать вывод о влиянии концентрации на скорость реакции.

Опыт 2. Влияние температуры на скорость реакции в гомогенной системе.

А. Налить в одну пробирку 5 мл 0,1 М раствора Na₂S₂O₃, а в другую – 5 мл 1 М раствора H₂SO₄. Поместить обе пробирки и термометр в стакан с водой комнатной температуры и через 5 мин записать в таблицу показания термометра – t₁. Не вынимая пробирку с тиосульфатом натрия из стакана с водой, добавить в нее содержимое пробирки с H₂SO₄ и начать отсчет времени по секундомеру с момента перемешивания до появления опалесценции (легкого помутнения). Записать время протекания реакции при данной температуре – ₁.

Б. В две другие пробирки налить такие же объемы растворов Na₂S₂O₃ и H₂SO₄. Поместить пробирки и термометр в стакан с водой. Стакан поставить на асбестовую сетку и нагреть воду до температуры на 10˚С выше комнатной (t₂ = t₁ + 10˚). Затем проделать опыт так же, как и в первом случае, и отметить время по секундомеру – ₂.

В. Точно также поступить с третьей парой пробирок, повысив температуру воды еще на 10˚С, т.е. t₃ = t₂ + 10˚. Затем проделать опыт так же, как и во втором случае, и отметить время по секундомеру – ₃.

Запись данных опыта. Результаты опытов записать в таблицу по форме:

Опыт	Температура опыта t, ˚С	Время до начала помутнения , с	Температурный коэффициент, γ	Энергия активации Еа, кДж/моль
А	t1 =	1 =	γ1 =
Б	t2 =	2 =	γ2 =
В	t3 =	3 =	γ3 =

Рассчитать температурный коэффициент скорости реакции γ:

.

Сделать вывод о влиянии температуры на скорость реакции.

Энергию активации рассчитать по уравнению Аррениуса:

для температур Т₁ и Т₂, Т₂ и Т₃, а также среднюю Е_а.

Опыт 3. Влияние величины поверхности раздела реагирующих веществ на скорость реакции в гетерогенной системе.

а) Взаимодействие нитрата ртути (II) с иодидом калия.

Несколько кристаллов сухих солей нитрата ртути (II) и иодида калия поместить в сухую пробирку, в другую пробирку насыпать приблизительно такое же количество этих же веществ в виде мелкого порошка. Энергично встряхнуть обе пробирки. Наблюдать появление окраски вследствие образования иодида ртути (II).

Запись данных опыта. Отметить различную, скорость течения реакции. Влиянием какого фактора это объясняется? Написать уравнение протекающей реакции.

б) Растворение карбоната кальция в соляной кислоте.

Взять два небольших по возможности одинаковых кусочка мела. Один из них положить на кусочек фильтровальной бумаги и стеклянной палочкой измельчить его в порошок. Полученный порошок поместить в пробирку. Второй кусочек мела целиком опустить в другую пробирку. В обе пробирки одновременно добавить одинаковое количество (5 мл) разбавленной соляной кислоты. Отметить время полного растворения мела в каждом случае.

Запись данных опыта. Написать уравнение соответствующей реакции. Почему скорость растворения мела в этих двух случаях различна? Сделать вывод о влиянии поверхности реагирующих веществ на скорость реакции, протекающей в гетерогенной системе.

Опыт 4. Влияние катализатора на скорость реакции.

а) Каталитическое восстановление железа (III).

В две пробирки внести по 10 мл 0,5 М раствора роданида калия и по 1 мл 0,15 М раствора хлорида железа (III). Что наблюдается? В одну из пробирок добавить 1 мл 0,25 М раствора сульфата меди. В обе пробирки внести по 10 мл тиосульфата натрия. Наблюдать различную скорость обесцвечивания растворов, которое происходит вследствие восстановления железа (III) до железа (II) тиосульфатом натрия.

Запись данных опыта. Отметить все наблюдаемое. Написать уравнения реакций:

а) взаимодействия хлорида железа (III) с роданидом калия, в результате которого образуется Fe(SCN)₃ красного цвета;

б) восстановления железа (III) в железо (II) тиосульфатом натрия, протекающую по уравнению:

2Fe(SCN)₃ + 2 Na₂S₂O₃ = Na₂S₄O₆ + 2Fe(SCN)₂ + 2NaSCN.

Какую окраску имеет Fe(SCN)₂? Что являлось катализатором в данном опыте?

Опыт 5. Разложение пероксида водорода.

В две пробирки внести по 10 капель 30%-ного раствора пероксида водорода Н₂О₂. В одну пробирку добавить немного диоксида марганца MnO₂, а в другую – столько же диоксида свинца PbO₂. О скорости разложения Н₂О₂ судят по интенсивности выделения пузырьков газа.

Запись данных опыта. Как доказать, что в обеих пробирках выделяется кислород? Написать уравнение реакции разложения пероксида водорода.

Опыт 6. Смещение химического равновесия обратимых реакций.

а) Влияние концентрации реагирующих веществ на смещение равновесия.

В четыре пробирки внести по 5-7 капель 0,001 М растворов хлорида железа (III) и роданида калия. Растворы размешать стеклянной палочкой и поставить в штатив. Одну пробирку с полученным раствором сохранить для сравнения результатов опыта. В остальные пробирки добавить следующие реактивы: в первую — 1 каплю насыщенного раствора хлорида железа (III), во вторую — 1 каплю насыщенного раствора роданида калия, в третью — несколько кристалликов хлорида калия. Сравнить интенсивность окраски полученных растворов с интенсивностью окраски эталона.

Запись данных опыта. Записать свои наблюдения. Составить уравнение соответствующей обратимой реакции и написать выражение константы равновесия.

1. Какие вещества находятся в исследуемом растворе при равновесии?

2. Какое вещество придает раствору красную окраску?

3. Как изменяется интенсивность окраски раствора, и в каком направлении смещается равновесие данной равновесной системы при добавлении: а) хлорида железа (III); б) роданида калия; в) хлорида калия?

4. Как изменяются при этом в каждом случае концентрации компонентов равновесной системы: а) роданида железа; б) хлорида калия; в) хлорида железа (III); г) роданида калия по сравнению с их концентрациями при установлении первоначального равновесия?