4. Уметь писать уравнения реакций, отражающие химические свойства оксидов, гидроксидов, солей. Знать условия протекания до конца реакций ионного обмена

ЗАДАНИЯ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ

5. Составьте формулы средних и кислых бариевых солей следующих кислот: H₂SO₄; H₂S_; H₃PO₄; H₂SO₃; H₂C₂O₄; H₂Cr₂O_7. Назовите эти соли.

6. Изобразите графические формулы следующих солей: MgSO₃; Ca(HCO₃)_2; Na₂HPO₄; (CuOH)₂SO₄; (CuOH)₂CO₃; KaAl(SO₄)₂; KFe[Fe(CN)₆]. Назовите эти соли.

7. Определите класс и назовите соли: Al(OH)Cl₂; (CuOH)₂CO₃; Bi(OH)₂NO₃; ZnOHCl; Ca₃(PO₄)₂; CaHPO₄; Ca(H₂PO₄)₂.

8. Назовите следующие соли железа и напишите их графические формулы: Fe₂(SO₄)₃; FeOHCl; [Fe(OH)]₂SO₄; FeHPO_4’ FeOHSO_4.

9. Составьте формулы следующих солей: дигидрофосфат кальция, гидрокарбонат кальция, сульфат гидроксоалюминия, сульфит бария, сульфид бария, гидросульфид бария.

10. Составьте формулы всех кальциевых солей фосфористой кислоты и назовите их.

ЛИТЕРАТУРА

1. Курс общей химии/Под ред. Н.В.Коровина.-М.:Высш.шк., 1990.

2. Л.М.Романцева, З.Л.Лещинская, В.А.Суханова. Сборник задач и упражнений по общей химии.-М.:Высш. шк., 19991.

3. Химия:Справ.изд/В.Шретер, К.-Х.Лаутеншлегер, Х.Бибрак и др.: Пер. с нем.– М.: Химия, 1997.

Лабораторная работа № 5 Кинетика химических реакций

Цель работы: изучение скорости химической реакции и ее зависимости от различных факторов: природы реагирующих веществ, концентрации, темпе­ратуры .

Оборудование и реактивы: химический стакан, термометр, штатив с пробирками, электроплитка, лучина, дистиллированная вода, 0,1М раствор НС1, 1,0 н, раствор H₂SO₄, 0,05 н раствор Na₂S₂O₃, мел.

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЯСНЕНИЯ

Кинетика – наука о скорости химических реакций. Скоростью химической реакции называют изменение концентра­ции реагирующего вещества в единицу времени. Скорость реакции зависит от ряда факторов: природы реагирующих веществ, концентрации реагирующих веществ, темпе­ратуры, наличия катализатора.

1) Зависимость скорости реакции от концентрации выражается законом действующих масс: при постоянной температуре скорость химической реакции прямо пропорциональна произведению кон­центраций реагирующих веществ, взятых в степенях, равных стехиометрическим коэффициентам. Например, для реакции

Н₂(г) + I₂ (г) → 2HI(г)

закон действующих масс может быть записан где — скорость химической реакции; — константа скорости; и концентрации реагирующих веществ.

Реакции в гетерогенной системе осуществляются на поверхности раздела между фазами. Поэтому скорость гетерогенных реакций при постоянной температу­ре зависит не только от концентрации веществ, но и от площади поверхности раздела. Так, для реакции:

С(к) + О₂(г) → СО₂(г)

закон действующих масс имеет вид где - константа скорости; - концентрация кислорода; S - площадь поверхности раздела между фазами.

2) Зависимость скорости реакции от температуры выражается правилом Вант-Гоффа:

где v₁ и v₂ скорости реакции при Т₂ и Т₁, - температурный коэффициент, показывающий, во сколько раз увеличивается скорость реакции при повышении температуры на 10 ^оС.

3) Одним из методов ускорения химической реакции является катализ, который осуществляется при помощи веществ (катализаторов), увеличивающих скорость реакции, но не расходующихся в результате ее протекания.

Механизм действия катализатора сводится к уменьшению величины энергии активации реакции, т.е. к уменьшению разности между средней энергией активных молекул (активного комплекса) и средней энергией молекул исходных веществ. Скорость химичес­кой реакции при этом увеличивается.

Опыт 1 Зависимость скорости реакции от концентрации реагирующих веществ.

Зависимость скорости реакции от концентрации реагирующих веществ изучают на примере взаимодействия тиосульфата натрия с серной кислотой:

Nа₂S₂О₃ + Н₂S0₄ = S0₂ + Nа₂S0₄ + H₂O + S

Признаком реакции является помутнение раствора вследствие выделения серы.

Заполните три бюретки: первую – 1н раствором Н₂S0₄, вторую – 0,05 н раствором Nа₂S₂О₃, третью — водой. Приведите бюретки в рабочее положение.

Налейте в три пробирки из бюретки по 1 мл Н₂S0₄. В другие три пробирки из бюреток налейте: в первую — 1 мл раствора Nа₂S₂О₃ и 2 мл воды; во вторую –2 мл раствора Nа₂S₂О₃ и 1 мл воды; в третью – 3 мл раствора Nа₂S₂О₃ и 0 мл воды.

Заметив время, в первую пробирку прилейте из пробирки 1 мл отмеренного раствора серной кислоты и быстро перемешайте полу­ченную смесь. Отметьте время начала помутнения раствора. Проделайте то же самое с двумя оставшимися пробирками.

Рассчитайте v_практ для второго и третьего случаев, учитывая, что скорость реакции и время протекания реакции до начала по­мутнения раствора обратно пропорциональны. Следовательно:

где v₁ – скорость реакции в первом случае (v₁ = 1); v₂ – скорость реакции во втором (третьем) случае; τ₁ – время протекания реак­ции до начала помутнения раствора в первом случае, с; τ₂ – время протекания реакции до начала помутнения раствора во втором случае, с.

Резуль­таты опыта внесите в табл. 1.

Таблица 1.

№ п/п	Объем, мл			Относительная концентрация	Температура опыта, °С	Время начала помутнения, с	Относительная скорость реакции
	H2S04	Н2О	Na2S2O3				vтеор	vпракт
1	1	2	1	1	комнатная		1	1
2	1	1	2	2	комнатная		2
3	1	0	3	3	комнатная		3

Опыт 2 Зависимость скорости реакции от температуры.

Зависимость скорости реакции от температуры изучают на при­мере реакции

Nа₂S₂О₃ + Н₂S0₄ = Nа₂SО₄ + S0₂ + H₂O + S

По правилу Вант - Гоффа (при γ = 1,8) получаем, что при повышении температуры на 10° скорость реак­ции увеличится в 1,8 раза, на 20° - в 3,24 раза, на 30° - в 5,832 раза и т.д.

Приведите бюретки с растворами Nа₂S₂О₃, Н₂S0₄ и водой в рабочее положение.

В две пробирки из бюретки прилейте по 1 мл Н₂S0₄. В две другие пробирки из бюреток прилейте по 1 мл раствора Nа₂S₂О₃ и по 2 мл воды.

Одну пару пробирок (одна пробирка с Н₂S0₄, другая с 1 мл Nа₂S₂О₃ и 2 мл воды) поместите в стакан с горячей водой с температурой на 10° выше комнатной. Через 5-7 мин, когда растворы нагреются до нужной температуры, смешайте их и определите время помутнения раствора, как в опыте 1.

Другую пару пробирок поместите в термостат с температурой на 20^о выше комнатной. Через 5-7 мин смешайте растворы и опре­делите время начала помутнения.

Рассчитайте v_практ для второго и третьего случаев (методика расчета дана выше). На миллиметровой бумаге постройте кривую зависимости v_теор от температуры. На этом же графике отметьте значения v_практ.

Рассчитайте значение температурного коэффициента γ_практ исходя из опытных данных.

Результаты опыта запишите в табл. 2. (эксперименталь­ные данные для комнатной температуры возьмите из опыта 1, № п/п 1).

Таблица 2.

№ п/п	Объем, мл			Общий объем, мл	Температура опыта, 0С	Время начала помутнения , с	Относительная скорость реакции
	H2S04	Н2О	Na2S2O3				vтеор	vпракт
1	1	2	1	4	комнатная		1
2	1	2	1	4	комнатная +10		1,8
3	1	2	1	4	комнатная + 20		3,24

Опыт 3 Влияние поверхности раздела реагирующих веществ на скорость реакции в гетерогенной системе (полумикрометод)

а) Взаимодействие карбоната кальция с соляной кислотой. Приготовьте два небольших приблизительно одинаковых кусочка мела. Один из них разотрите пестиком на листе бумаги и пересыпьте в коническую пробирку, второй поместите в другую пробирку. В обе пробирки одновременно добавьте по 15-20 капель концентрированной соляной кислоты. Напишите уравнение реакции. Отметьте наблюдаемые явления и объясните их.

Опыт 4 Зависимость скорости реакции от природы реагирующих веществ.

В две пробирки поместите примерно одинаковые промытые водой кусочки цинка. В первую пробирку прилейте 0,1 М раствора HCI, в другую 0,1 М раствора уксусной кислоты. Отметьте, в какой из пробирок газ выделяется более интенсивно. Чем объяснить различную скорость выделения водорода в первом и во втором случаях? Напишите уравнения реакций взаимодействия цинка с уксусной и соляной кислотами.

ПРИМЕРЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ

Пример 1 Вычисление скорости реакции по концентрациям реагирующих веществ.

Реакция между веществами А и В протекает по уравнению 2А + В = С; концентрация вещества А равна 6 моль/л, а вещества В - 5 моль/л. Константа скорости реакции равна 0,5 л²∙моль ^-2∙с^-1. Вычислите скорость химической реакции в начальный момент и в тот момент, когда в реакционной смеси останется 45 % вещества В.

Решение

Согласно закону действующих масс скорость химической реакции прямо пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ в степенях, равных стехиометрическим коэффициентам. Следовательно, для уравнения реакции в нашем примере

Скорость химической реакции в начальный момент равна

v = 0,5∙ 6 ² ∙5 = 90,0 моль ∙с ^-1∙ л ^-1

По истечении некоторого времени в реакционной смеси останется 45 % вещества В. т. е. концентрация вещества В станет равной 5,0∙0,45= 2,25 моль/л. Значит, концентрация вещества В уменьшилась на 5,0 - 2,25= 2,75 моль/л. Так как вещества А и В взаимодействуют между собой в соотношении 2:1, то концентрация вещества А уменьшилась на 5,5 моль/л (2,75∙ 2) и стала равной 0,5 моль/л (6,0 - 5,5). Следовательно, v₂ = 0,5∙(0.5)² ∙ 2,25 = 0,28 моль∙с ^-1∙л ^-1.

Пример 2

Как изменится скорость прямой реакции 2СО + О₂ = 2СО₂ если общее давление в системе увеличить в 4 раза?

Решение

Увеличение давления в системе в 4 раза вызовет уменьшение объема системы в 4 раза, а концентрация реагирующих веществ возрастет в 4 раза. Согласно закону действующих масс начальная скорость реакции равна

после увеличения давления

После увеличения давления в 4 раза скорость реакции возросла в 64 раза.

НЕОБХОДИМЫЙ УРОВЕНЬ ПОДГОТОВКИ СТУДЕНТОВ

1. Знать понятия: скорость химической реакции, катализ и катализатор, константа скорости химической реакции, энергия активации, порядок реакции.

2. Знать факторы, влияющие на скорость химической реакции.

3. Уметь выражать связь между скоростью реакции и концентраций реагирующих веществ на основе закона действующих масс.

4.Знать правило Вант - Гоффа, уметь применять его для нахождения скорости химической реакции при повышении температуры на определенное число градусов.

ЗАДАЧИ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ

1. Что называют скоростью химической реакции? От каких факторов она зависит?

2. Как и почему изменяется скорость химической реакции при изменении температуры?

3. Что называют энергией активации?

4. От каких факторов зависит скорость химической реакции в гетерогенных системах?

5. Что называют катализатором? Какое влияние и почему оказывает катализатор на скорость химической реакции?

6. Что называют порядком реакции? Запишите кинетическое уравнение для реакции первого порядка.

7. Изобразите графически зависимость IgC от t для реакции первого порядка.

8. Константа скорости реакции А + 2В = ЗС равна 0,6 л²∙ моль ^-2∙с ^-1. В результате реакции концентрация вещества В оказалось равной 0,5 моль/л. Вычислите, какова концентрация вещества А и скорость прямой реакции?

9. На сколько градусов нужно повысить температуру, чтобы скорость реакции

возросла в 90 раз? Температурный коэффициент равен 2,7.

ЛИТЕРАТУРА

1. Коровин Н.В. Общая химия .-М.: Высш.шк., 2000.-С. 167-203.

2. Романцева Л.М., Лещинская З.Л, Суханова В.А. Сборник задач и упражнений по общей химии - М.: Высш. шк., 19991.-с. 74-91.