Кинетика и химическое равновесие для самоподготовки

1. Скорость гомогенной и гетерогенной реакции. Закон действующих масс. Порядок и молекулярность реакции.

2. Зависимость скорости реакции от природы реагирующих веществ, концентрации и температуры.

3. Энергия активации. Активированный комплекс.

4. Катализ. Катализаторы.

5. Обратимые реакции. Химическое равновесие.

6. Константа химического равновесия.

7. Смещение химического равновесия. Принцип Ле Шателье.

Лабораторная работа № 3 кинетика и химическое равновесие

Цель работы: изучение влияния различных факторов на смещение химического равновесия, практическое обоснование принипа Ле Шателье, исследование влияния концентрации реагентов на скорость реакции.

Приборы, посуда и реактивы

Дистиллированная вода. Насыщенные растворы хлорида железа (III), роданида аммония. Растворы солей с молярной концентрацией эквивалента 0,5 моль/дм³: хромат калия, тиосульфат натрия. Растворы серной кислоты и гидроксида натрия с молярной концентрацией эквивалента 2 моль/дм³. Концентрированный раствор аммиака. Кристаллический хлорид калия.

Индикатор: фенолфталеин.

Стакан вместимостью 100 см³, пробирки вместимостью 20 см³.

Порядок выполнения работы

Опыт 1. Влияние концентрации реагирующих веществ и продуктов на химическое равновесие

а) Сопоставляя интенсивность окраски растворов роданида железа (III), изучите влияние концентрации реагирующих веществ на состояние химического равновесия в реакции:

FeCl₃ + 3NH₄CNS Fe(CNS)₃+ 3 NH₄Cl

К 20 см³ дистиллированной воды в стакане добавьте по 1 – 2 капле насыщенных растворов хлорида железа (III) и роданида аммония. Что наблюдается при этом? Полученный раствор поровну разлейте в четыре пробирки. В первую добавьте несколько капель насыщенного раствора FeCl₃, во вторую – несколько капель насыщенного раствора NH₄CNS, в третью - 1 г кристаллического КСl. Четвертую пробирку оставьте для сравнения.

Запись данных опыта. Сопоставьте интенсивность окраски растворов в трех первых пробирках с интенсивностью окраски раствора в четвертой пробирке.

Запишите выражение константы химического равновесия для данной обратимой реакции. Объясните изменение интенсивности окраски растворов в пробирках. Укажите, в каком направлении сместится химическое равновесие для каждого случая, используйте принцип Ле Шателье.

Вывод: ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

________________________________________________________________

Опыт 2. Влияние концентрации ионов водорода на смещение химического равновесия

К раствору хромата калия (3 – 4 капли) добавьте по каплям раствор серной кислоты пока не изменится окраска раствора. К полученному раствору по каплям прибавьте раствор щелочи до изменения окраски.

Запись данных опыта. Укажите, какими ионами обусловлены окраски растворов после добавления кислоты и щелочи. Запишите уравнения реакций. Разберите смещение равновесия в системах:

2CrO + 2H⁺ Cr₂O+ H₂O

2Cr₂O + 2ОН^- 2CrO + H₂O

при добавлении кислоты и щелочи, пользуясь принципом Ле Шателье. Запишите выражение констант равновесия для обратимых процессов.

Вывод: ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

________________________________________________________________

Опыт 3. Влияние температуры на смещение химического равновесия

Заполните пробирку на ½ дистиллированной водой и добавьте по 1 капле концентрированного раствора аммиака и фенолфталеина. Нагрейте пробирку на спиртовке до исчезновения малиновой окраски. Осторожно охладите пробирку в струе водопроводной воды. Что при этом происходит?

Запись данных опыта. Объясните наблюдаемые явления, учитывая, что реакция

NH₄OH NH₄⁺ + OH^-, Н =  132,4 кДж/моль

является экзотермической. При объяснении используйте принцип Ле Шателье.

Вывод: ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

________________________________________________________________

Опыт 4. Зависимость скорости реакции от концентрации реагирующих веществ

На примере самопроизвольного разложения тиосерной кислоты H₂S₂O₃, образующейся при взаимодействии серной кислоты и тиосульфата натрия Na₂S₂O₃, изучите влияние концентрации реагирующих веществ на скорость химической реакции при постоянной (комнатной) температуре. Реакции процесса:

Na₂S₂O₃ + H₂SO₄ = H₂S₂O₃ + Na₂SO_4, (1)

H₂S₂O₃ = H₂SO₃ + S, (2)

H₂SO₃ = H₂O + SO₂. (3)

Скорость всего процесса (система последовательных реакций) определяется скоростью наиболее медленной реакции, в данном случае это реакция (2). Разложение H₂S₂O₃ сопровождается выделением эквивалентного количества коллоидной серы. Время от начала реакции до момента появления опалесценции (помутнения) раствора связано со скоростью этой реакции.

Приготовьте 4 (один для пробы) раствора тиосульфата натрия различной концентрации. Для этого в три сухие пробирки внесите: в первую – 4 капли раствора Na₂S₂O₃ и 8 капель воды, во вторую – 8 капель такого же раствора Na₂S₂O₃ и 4 капли воды, в третью – 12 капель того же раствора тиосульфата натрия. Первую и вторую пробирку встряхните. В одинаковых объемах полученных растворов будет содержаться разное число молей Na₂S₂O₃. Обозначим концентрацию Na₂S₂O₃ в первой пробирке С моль/дм³, во второй – 2С моль/дм³, в третьей – 3С моль/дм³.

В первую пробирку добавьте 1 каплю раствора H₂SO₄ и включите секундомер. Измерьте время от момента добавления кислоты до появления в растворе опалесценции. Опыт повторить с другими пробирками.

Запись данных опыта. Данные опыта внести в таблицу.

Таблица

Номер пробирки	Число капель Na2S2O3	Число капель Н2О	Число капель H2SO4	С(Na2S2O3), моль/дм3	Время реакции , с	Скорость реакции в условных единицах 1/
1	4	8	1	1С
2	8	4	1	2С
3	12	0	1	3С

Постройте график зависимости скорости реакции от концентрации реагирующих веществ. На оси абсцисс в масштабе отложите относительные концентрации тиосульфата натрия, на оси ординат – соответствующие им скорости (в условных единицах).

Сделайте вывод о зависимости скорости реакции от концентрации реагирующего вещества.

Вывод: ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

________________________________________________________________

Приготовление растворов различной

концентрации

Лабораторная работа № 4

Приготовление растворов с заданной массовой долей растворенного вещества

Цель работы: научиться готовить растворы различной концентрации.

Приборы, посуда и реактивы

Мерные колбы (100, 250, 500 см³), мерные цилиндры (25, 100, 250, 500 см³), воронки, пипетки (5, 10 см³), часовые стекла, стаканы (50, 100 см³),ареометры, шпатели, резиновые груши, технические весы с разновесами.

Порядок выполнения работы

Опыт 1.Приготовление растворов с заданной массовой долей растворенного вещества

а) Из твердого вещества и воды

Приготовьте раствор заданного объема со следующей массовой долей вещества:

Вариант	Массовая доля	Масса раствора, г
1	0,1	100
2	0,03	250
3	0,5	100
4	0,015	500
5	0,072	100
6	0,25	250
7	0,044	500
8	0,19	250
9	0,63	100
10	0,8	100

В качестве растворенного вещества предлагаются следующие соли: ZnSO₄^. 7H₂O, SnCL₂^.2H₂O, NiCL₂^.6H₂O.

Растворение навесок происходит в дистиллированной воде. Для того чтобы приготовить требуемый раствор, необходимо рассчитать массу растворяемого вещества и растворителя. Если в качестве растворяемого вещества используется кристаллогидрат, нужно произвести расчет массы безводного вещества, кристаллогидрата и растворителя. После этого взвесьте вещество на технохимических весах в стеклянном стаканчике или на часовом стекле с точностью до 0,01 г. Необходимый объем воды отмерьте мерным цилиндром. Вылейте воду в стакан и растворите в ней вещество. Приготовленный раствор сдать лаборанту.

Запись данных опыта.

1. По таблице в приложении справочника определить массовую долю соли в растворе, рассчитать погрешность определения.

2. Заполните таблицу.

 заданное	 опытное	 опытное	Относительная погрешность определения  -   100/

Рассчитайте молярную концентрацию приготовленного раствора.

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Вывод: ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

б) Из более концентрированного раствора и воды.

В качестве исходного раствора предлагается насыщенный раствор хлорида натрия, но могут быть использованы и растворы других солей.

Для приготовления раствора с определенной массовой долей растворенного вещества необходимо знать плотность исходного раствора. Её определяют с помощью ареометра. Он представляет собой стеклянный поплавок, в нижней части которого находится дробь. Верхняя узкая часть имеет шкалу, градуированную в единицах плотности (г/см³).Показание шкалы на уровне поверхности жидкости соответствует её плотности. Следите за тем, чтобы ареометр не касался стенок цилиндра. После измерения плотности ареометр обмойте дистиллированной водой и положите в футляр.

По таблице 1 (прил.) найдите массовую долю растворенного вещества и рассчитайте объем исходного раствора, необходимый для приготовления раствора с заданной массовой долей (ώ %).

Мерным цилиндром отмерьте требуемые объемы концентрированного раствора хлорида натрия и воды. Полученный раствор перемешайте и измерьте его плотность ареометром.