Завдання для самоконтролю до теми "Хімічна термодинаміка"

1. Що вивчає термохімія?

2. Дайте визначення тепловому ефекту реакції. Назвіть типи хімічних реакцій за тепловим ефектом?

3. Сформулюйте закон Гесса та його наслідки.

4. Які рівняння називаються термохімічними?

5. Як визначити тепловий ефект реакції за стандартними ентальпіями утворення та стандартними ентальпіями згоряння?

6. Від чого залежить тепловий ефект реакції?

7. Які параметри стандартного стану?

8. Що характеризує ентропія?

9. За значенням якої термодинамічної функції можна визначити напрямок перебігу процесу для ізольованих та неізольованих систем?

10. Порівняйте реакцій відновлення ферум (ІІІ) оксиду різними відновниками при 298 К та визначте, якою із речовин можна найбільш ефективно і повно відновити залізо із оксиду Fe₂O₃ за умови 1100 К.

а) Fe₂O₃(к) + 3CO(г) = 2Fe(к) + 3CO₂(г);

б) Fe₂O₃(к) + 3C(графіт) = 2Fe(к) + 3CO(г);

в) Fe₂O₃(к) + 3Н₂(г) = 2Fe(к) + 3Н₂O(г).

11. Обчисліть значення реакцій та визначте, які з них можливі:

а) Cu(к) + ZnO(к) = CuO(к) + Zn(к);

б) FeO(к) + CO(г) = Fe(к) + CO₂(г);

в) 3Fe₃O₄(к)+ 8Al(к)= 9Fe(к) + 4Al₂O₃(к);

г) FeO(к) + ¹/₂C(графіт) = Fe(к) + ¹/₂CO₂(г).

12. Обчисліть значення та визначте, які з оксидів можуть бути відновлені алюмінієм при 298 К: СаО, FeO, CuО, РbO, Fe₂O₃, Cr₂O₃.

13. Визначте знак зміни ентропії наступних процесів за рівняннями:

а) 2NO(г) + O₂(г) = 2NO₂(г);

б) 2H₂S(г) + 3O₂(г) = 2H₂O(p) + 2SO₂(г);

в) CO₂(к)  = CO₂(г);

г) 2N₂(г) + O₂(г) = 2N₂O(г);

д) NH₄NO₃(к) =N₂(г) + 2H₂O(г) + ½O₂(г).

Лабораторна робота № 2

Досліди до теми: Швидкість хімічних реакцій. Каталіз

Дослід 1. Вплив концентрації реагуючих речовин на швидкість реакції

Мета: дослідити залежність відносної швидкості реакції від концентрації натрій тіосульфату.

Обладнання та реактиви: штатив із пробірками, секундомір, розчин із молярною концентрацією натрій тіосульфату 0,25 моль/л, розчин із молярною концентрацією сульфатної кислоти 0,25 моль/л.

Хід роботи. У три пробірки налийте розчин натрій тіосульфату і дистильовану воду в кількостях, зазначених у таблиці 2.2. Відміряйте 3 мл розчину сульфатної кислоти, долийте її в 1 пробірку, перемішайте вміст пробірки і відзначте час від моменту зливання до помутніння. Взаємодія натрій тіосульфату із сульфатною кислотою протікає за рівняннями:

Na₂S₂O₃ + H₂SO₄ → Na₂SO₄ + H₂S₂O₃;

H₂S₂O₃ → SО₂ + S↓ + H₂O.

Дані запишіть у таблицю 2.2. Аналогічні дії зробіть з другою і третьою пробірками. За результатами досліду побудуйте графік залежності відносної швидкості реакції (1/t) від концентрації реагенту натрій тіосульфату та проведіть паралель із законом діючих мас.

Таблиця 2.2

Об’єм, мл			Концентрація Na2S2O3, а/(a+б+в)	Час перебігу реакції, t, с	Відносна швидкість реакції, 1/t
Na2S2O3 (а)	H2O (б)	H2SO4 (в)
9	0	3
6	3	3
3	6	3

Висновок: _____________________________________________________________

Дослід 2. Вплив температури на швидкість реакції

Мета: обчислити відносні швидкості реакцій та середнє значення температурного коефіцієнту γ. У висновку провести паралель з правилом Вант-Гоффа.

Обладнання та реактиви: штатив із пробірками, секундомір, розчин з молярною концентрацією натрій тіосульфату 0,25 моль/л, розчин з молярною концентрацією сульфатної кислоти 0,25 моль/л.

Хід роботи. У три пробірки, які позначені маркером, налийте по 3 мл розчину сульфатної кислоти, а в три інші – по 3 мл розчину натрій тіосульфату. Помістіть всі пробірки в склянку з водою. Виміряйте температуру води в склянці і злийте вміст першої пари пробірок (кислоту з тіосульфатом). Відзначте час від моменту зливання до помутніння розчину. Склянку з іншими пробірками нагрійте на 10⁰С і злийте вміст другої пари пробірок. Аналогічні дії проведіть з третьою парою пробірок при температурі, яка вища за кімнатну на 20⁰С. Результати зведіть у таблицю.

Таблиця 2.3

Температура Т, 0С	Час перебігу реакції, t, с	Відносна швидкість реакції, 1/t	γ;
Ткімнатна
Ткімнатна + 10
Ткімнатна + 20

Обчисліть середнє значення температурного коефіцієнту γ та проведіть паралель з правилом Вант-Гоффа.

Висновок:____________________________________________________________________________________________________________________________________

Дослід 3. Вплив каталізаторів на швидкість реакції

а) Гомогенний каталіз. Вплив концентрації каталізатору на швидкість реакції

До 10 мл дистильованої води додайте 1 краплю насиченого розчину ферум (ІІІ) хлориду і 1 краплю насиченого розчину амоній роданіду. Отриманий розчин ферум (ІІІ) роданіду розлийте порівну в 3 пробірки. В першу пробірку налийте 3 мл розчину з молярною концентрацією натрій тіосульфату 0,1 моль/л і одночасно включіть секундомір. Зафіксуйте час від моменту зливання до знебарвлення розчину. Реакція протікає відповідно рівнянню:

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

Речовини, що утворюються внаслідок реакції, безбарвні.

В другу пробірку додайте 1 краплю розчину купрум (ІІ) сульфату і такий же об’єм розчину натрій тіосульфату. Визначте по секундоміру час досліду. В третю пробірку додайте 5 крапель розчину купрум (ІІ) сульфату і зробіть аналогічний дослід. Зробіть висновок, яку роль відіграють йони Сu²⁺ і як впливає кількість каталізатора на швидкість реакції?

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

б) Гетерогенний каталіз

У 2 пробірки налийте по 3 мл розчину з масовою часткою гідроген пероксиду 3 %. В першу додайте щіпку манган (ІV) оксиду, а в другу – таку ж кількість силіцій (ІV) оксиду. Стежте за розкладом гідроген пероксиду з виділенням кисню (проба тліючої скіпки). Чи однаково швидко відбувається реакція? Наведіть рівняння.

____________________________________________________________________________________________________________________________________________

в) Автокаталіз

У конічну колбу налийте 5 мл розчину щавлевої кислоти, 5 мл розчину сульфатної кислоти, перемішайте, додайте 0,5 мл розчину калій перманганату і одночасно увімкніть секундомір. Збовтуючи колбу, спостерігайте за зміною забарвлення. Відзначте час, за який розчин став безбарвним. Додайте в колбу ще 0,5 мл розчину КMnO₄ і відзначте час, за який розчин знебарвиться. Повторіть дослід ще, кожний раз відзначаючи час знебарвлення розчину. Чи змінюється час реакції:

2KMnO₄ + 5H₂C₂O₄ + H₂SO₄ = 2MnSO₄ + K₂SO₄ + 10CO₂ + 8H₂O?

Напишіть рівняння реакції в йонній формі. Які йони каталізують цю реакцію?

____________________________________________________________________________________________________________________________________________

Досліди до теми: Хімічна рівновага

Дослід 4. Вплив концентрації реагентів на хімічну рівновагу

Мета: дослідити вплив концентрації компонентів системи на хімічну рівновагу.

Обладнання та реактиви: штатив із пробірками, розчин з молярною концентрацією ферум (ІІІ) хлориду 0,1 моль/л, розчин з молярною концентрацією амоній роданіду 0,1 моль/л, насичений розчин ферум (ІІІ) хлориду, насичений розчин амоній роданіду.

Хід роботи. Досліджуємо реакцію: FeCl₃ + 3NH₄SCN ⇄ Fe(SCN)₃+3NH₄Cl.

Fe(SCN)₃ забарвлено в криваво-червоний колір, інші речовини – безбарвні чи слабко забарвлені, тому зміна концентрації Fe(SCN)₃ позначиться на зміні забарвлення розчину. Це дозволяє спостерігати за зсувом рівноваги. До 20 мл дистильованої води додайте 1,5 мл розчину FeCl₃ і 0,5 мл розчину NH₄SCN. Отриманий розчин налийте у 4 пробірки і додайте в першу – насичений розчин FeCl₃, у другу – насичений розчин NH₄SCN, у третю – кристалічний NH₄Cl. Четверта пробірка – контроль. Результати досліду занесіть в таблицю. Порівнюючи інтенсивність забарвлення з кольором розчину в контрольній пробірці, і, використовуючи правило Ле-Шательє, поясніть зміну забарвлення розчинів.

Таблиця 2.4

№ пробірки	Розчин, що доданий	Зміна інтенсивності забарвлення (посилення чи ослаблення)	Напрямок зсуву рівноваги (вліво, вправо)
1	нас.FeCl3
2	нас.NH4SCN
3	кр. NH4Cl

Висновок____________________________________________________________________________________________________________________________________­