Химическое равновесие в гетерогенных системах

Гетерогенной называется реакция, протекающая на границе раздела фаз, например, твердой и жидкой, твердой и газообразной.

Примером гетерогенной химической реакции может служить реакция термического разложения CaCO₃:

t

CaCO₃ (к) → CaO(к) + CO₂(г)

В уравнение константы химического равновесия гетерогенных систем не входят компоненты, относящиеся к твердым веществам, в отличие от гомогенных реакций, протекающих в одной фазе. Для приведенной реакции равновесие определяется только концентрацией CO₂ , т.е. К _х.р=[CO₂]. Константа гетерогенного, как и гомогенного химического равновесия зависит от температуры и не зависит от концентрации веществ. Она возрастает с повышением температуры в случае эндотермической прямой реакции и уменьшается с увеличением температуры в случае экзотермической прямой реакции.

Требования безопасности труда

При работе в химической лаборатории необходимо знать и строго выполнять основные правила поведения:

1. За каждым студентом, работающим в лаборатории, закрепляется рабочее место, которое он обязан содержать в чистоте и порядке.

2. Книги, сумки и другие предметы, не имеющие отношения к работе, убираются в ящики стола.

3. Реактивы следует расходовать бережно, беря для работы лишь указанное количество.

4. Опыты с неприятно пахнущими и ядовитыми веществами проводить обязательно в вытяжном шкафу.

5. При распознавании выделяющегося газа по запаху следует направлять струю движением руки от сосуда к себе.

6. Выполняя опыт, необходимо следить за тем, чтобы реактивы не попали на лицо, одежду и рядом работающего товарища.

7. При нагревании жидкостей, особенно кислот и щелочей, держать пробирку отверстием в сторону от себя.

8. При разбавлении серной кислоты нельзя приливать воду к кислоте, необходимо вливать кислоту осторожно, небольшими порциями в холодную воду, перемешивая раствор.

9. Отработанные растворы кислот и щелочей рекомендуется сливать в специально приготовленную посуду.

10. Все склянки с реактивами необходимо закрывать соответствующими пробками.

11. Оставшиеся после работы реактивы не следует выливать или высыпать в реактивные склянки (во избежание загрязнения).

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТ

Задание 1. Влияние концентрации веществ на скорость реакции

Приборы и реактивы: серная кислота, H₂SO₄; 0,1М; пробирки; тиосульфат натрия, Na₂S₂O₃; секундомер.

ОПЫТ. Зависимость скорости реакции от концентрации рассматривают на примере взаимодействия серной кислоты с тиосульфатом натрия.

Na₂S₂O₃ + H₂SO_{4 =} S↓ + Na₂SO₄ + H₂O + SO₂

При реакции выделяется не растворимая в воде сера и раствор мутнеет. Время протекания реакции с момента сливания до помутнения зависит от концепции веществ.

Налить в три пробирки, пользуясь цилиндром, по 5 мл раствора серной кислоты. В три другие пробирки, также пользуясь цилиндром, налить: в первую 1 мл раствора Na₂S₂O₃ и 2 мл воды, во вторую - Na₂S₂O₃ и 1 мл воды; в третью - 3 мл Na₂S₂O₃ , воды не приливать!

Затем быстро влить серную кислоту, находящуюся в одной из пробирок, в раствор тиосульфата натрия в первой пробирке. Раствор быстро перемещать и определить по секундомеру отрезок времени ∆через который началось помутнение раствора (начало реакции). Затем проделать то же самое со второй и третьей пробирками, определяя время до начала помутнения раствора. Затем быстро влить серную кислоту, находящуюся в одной из пробирок, в раствор тиосульфата натрия в первой пробирке. Раствор быстро перемещать и определить по секундомеру отрезок времени ∆через который началось помутнение раствора (начало реакции). Затем проделать то же самое со второй и третьей пробирками, определяя время до начала помутнения раствора.

Результаты опыта представить в виде таблицы:

№ Объем, мл пробир ки	Na2S2O3	H2O	H2SO4	Время от начала сливания до помутнения раствора ∆	Скорость реакции в условных единицах V= 1/
1	1	2	5
2	2	1	5
3	3	0	5

На основании полученных данных, представленных в таблице, построить график зависимости скорости реакции в условных единицах V=1/ и объёма Na₂S₂O₃ . Сделать вывод о применимости закона действия масс к рассматриваемой реакции.

Примечание: на оси абсцисс откладывают относительную концентрацию, а на оси ординат – относительную скорость реакции (V).

Задание 2. Влияние температуры на скорость реакции

Приборы и реактивы: серная кислота, H₂SO₄ 0,1 М; тиосульфат натрия Na₂S₂O₃ 0,1 М; пробирки, химический стакан, водяная баня.

Выполнение опыта: В три пробирки налить по 2 мл раствора Na₂S₂O₃ , а в 3 другие по 2 мл H₂SO₄ . Первую пару пробирок вместе с термометром поместить в стакан с водой и через 3 – 5 минут, измерив температуру, смешать оба раствора (H₂SO₄ + Na₂S₂O_3­). Отметить время ∆, через которое наступило помутнение. Повторить этот опыт со второй парой пробирок, нагрев раствор в пробирках на десять градусов выше, и опять отметить время помутнения растворов. Для третьей пары пробирок повысить температуру на 20⁰С выше предыдущей. На основании полученных данных построить график зависимости скорости от температуры.

Примечание: на оси абсцисс откладывать температуру, на оси ординат – скорость реакции.