лабораторная работа / 3 Изучение скорости гомогенной химической реакции

Лабораторная работа №3. Изучение скорости гомогенной химической реакции.

Цель работы: Экспериментальное определение скорости гомогенной химической реакции и изучении влияния на неё концентрации реагирующих веществ и температуры.

Теория:

Скорость химической реакции – это отношение изменения концентрации, или доли реагента, или продукта химической реакции к интервалу времени, в течении которого произошло это изменение.

Скорость химической реакции определяется (измеряется) изменением концентрации реагирующих веществ в единицу времени.

, где и - начальная (время ) и конечная (время ) концентрации реагирующего вещества.

Закон действующих масс: Скорость элементарной химической реакции при данной температуре прямо пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ в степенях с показателями, равными стехиометрическим коэффициентам в уравнении реакции. Для реакции , где и - концентрации веществ А и В, k – константа скорости реакции.

При повышении температуры на 10⁰С скорость большинства химических реакций возрастает в 2-4 раза (правило Вант-Гоффа).

, где и - скорости реакций, при начальной (t₁) и конечной (t₂) температуре.  - коэффициент скорости реакции, показывающий, во сколько раз увеличится скорость реакции при повышении температуры реагирующих веществ на 10⁰С.

Ход работы:

В этой лабораторной работе скорость химической реакции изучается на примере взаимодействия между растворами Na₂S₂O₃ (тиосульфата натрия) и H₂SO₄ (серной кислоты).

Na₂S₂O₃ + H₂SO₄  Na₂SO₄ + SO₂ + S + H₂O

Скорость этой реакции можно определить по количеству серы, выделившейся в определённом объёме раствора за единицу времени:

, где - некая начальная концентрация серы (примем её равной 0).

Величину мы фиксируем в момент визуального наблюдения помутнения раствора. Во всех опытах будет примерно одинаковая концентрация серы в этот момент. Поэтому скорость реакции с точностью до постоянного сомножителя определяется как величина, обратная времени, прошедшего после сливания растворов соли и кислоты до помутнения.

, с^-1

Опыт №1. Определение константы скорости химической реакции.

При некой постоянной комнатной температуре проводим определение скорости реакции для трёх различных концентраций раствора Na₂S₂O₃ (тиосульфата натрия), концентрация серной кислоты постоянна.

В первую пробирку наливаем 4 капли Na₂S₂O₃ и 8 капель H₂O, во вторую – 8 капель Na₂S₂O₃ и 4 капли H₂O и в третью – 12 капель Na₂S₂O₃.

Добавляем в первую пробирку 1 каплю H₂SO₄, через 38 секунд наблюдал помутнение содержимого пробирки. Аналогично для второй и третьей - 22,89 и 19 секунд.

Если начальную концентрацию соли в первом случае обозначить через 1 у.е., то начальная концентрация соли во второй пробирке – 2 у.е., а в третьей – 3 у.е.

Зависимость , t⁰=const

(Получено с помощью Excel)

Опыт2. Влияние температуры на скорость химической реакции.

Наливаем в две пробирки по 4 капли Na₂S₂O₃ и 8 капель H₂O (берём маленькую концентрацию, потому что с увеличением температуры скорость химической реакции растёт и можно просто не успеть измерить время её протекания).

Нагреваем пробирки и термометр в стакане с водой (метод водяной бани).

Нагрев пробирки до температуры 34⁰С добавляем 1 каплю серной кислоты в первую пробирку и измеряем время до помутнения (₁=33.59 c). Затем нагреваем пробирки до 44⁰С и повторяем измерение (₂=15.24 c).

Зависимость , С=const

(Получено с помощью Excel)

Возьмём два близких к прямым участка:15⁰-25⁰ и 35⁰-45⁰, сосчитаем на них .

Так как участки близки к прямым, то можно считать, что на них зависимость - линейна, т.е.

При имеем:

Итак:

1)

2)

Основные результаты: Мною на опыте была определена скорость гомогенной химической реакции и изучено влияния на неё концентрации реагирующих веществ и температуры.

Выводы: Я убедился, что скорость химической реакции существенно зависит от таких параметров, как концентрация и температура.