- •Химия лабораторные работы и задачи Иркутск 2012
- •Оглавление
- •Требования к оформлению отчета по лабораторной работе по дисциплине «Химия»
- •ИрГту кафедра химии Отчет
- •Лабораторная работа 1 основные классы неорганических соединений
- •Теоретическое введение
- •Выполнение работы
- •Опыт 5. Получение основных солей
- •Примеры решения задач
- •Лабораторная работа 2 определение молярной массы эквивалентов цинка
- •Теоретическое введение
- •Выполнение работы
- •Данные опыта и результаты расчетов
- •Давление насыщенного водяного пара при различных температурах
- •Примеры решения задач
- •Лабораторная работа 3 определение теплоты реакции нейтрализации
- •Теоретическое введение
- •Выполнение работы
- •Примеры решения задач
- •После подстановки справочных данных из табл.I получаем:
- •Таким образом, тепловой эффект реакции равен –853,8 кДж, а составляет –822,2 кДж/моль.
- •Подставляем в формулу справочные данные из табл.I и получаем:
- •Используя справочные данные табл.I получаем:
- •Решение. Вычисляем dh0х.Р. И ds0х.Р.:
- •Энергию Гиббса при соответствующих температурах находим из соотношения
- •При сгорании 1 л с2н4 (н.У.) выделяется 59,06 кДж теплоты. Определить стандартную энтальпию образования этилена. (Ответ: 52,3 кДж/моль).
- •3.3. А) Сожжены с образованием h2o (г) равные объемы водорода и ацетилена, взятых при одинаковых условиях. В каком случае выделится больше теплоты? Во сколько раз? (Ответ: 5,2).
- •Лабораторная работа 4 скорость химической реакции
- •Теоретическое введение
- •Выполнение работы
- •Опыт 1. Зависимость скорости реакции от концентрации реагирующих веществ
- •Опыт 2. Зависимость скорости реакции от температуры
- •Примеры решения задач
- •Лабораторная работа 5 определение концентрации раствора кислоты
- •Теоретическое введение
- •Выполнение работы Опыт 1. Приготовление приблизительно 0,1 н раствора соляной кислоты
- •Опыт 2. Установление нормальности и титра кислоты
- •Примеры решения задач
- •4,37 Моль/кг
- •Лабораторная работа 6 окислительно-восстановительные реакции
- •Теоретическое введение
- •Выполнение работы Опыт 1. Влияние среды на окислительно-восстановительные реакции
- •Опыт 2. Окислительно-восстановительная двойственность нитрита калия
- •Опыт 3. Реакция диспропорционирования
- •Опыт 4. Внутримолекулярная реакция
- •Примеры решения задач
- •Лабораторная работа 17 коррозия металлов
- •Теоретическое введение
- •Выполнение работы Опыт 1. Влияние образования гальванической пары на процесс растворения металла в кислоте
- •Опыт 2. Роль защитной пленки в ослаблении коррозии
- •Опыт 3. Защитные свойства металлических покрытий
- •Проимеры решения задач 7 а Электродные потенциалы. Гальванические элементы
- •Для первого электрода:
- •Для второго электрода:
- •Примеры решения задач 7б Коррозия металлов
- •Лабораторная работа 8 электролиз
- •Теоретическое введение
- •Выполнение работы Опыт 1. Электролиз раствора иодида калия
- •Требования к результатам опыта:
- •Опыт 2. Электролиз раствора сульфата натрия
- •Требования к результатам опыта:
- •Опыт 3. Электролиз раствора сульфата меди
- •Требования к результатам опыта:
- •Опыт 4. Электролиз с растворимым анодом
- •Примеры решения задач
- •V газа .
- •Библиографический список
- •Приложение
Опыт 2. Зависимость скорости реакции от температуры
Налить в три пробирки по 3 мл раствора тиосульфата натрия, в три другие пробирки – по 3 мл раствора серной кислоты.
Первую пару пробирок (кислота – тиосульфат) и термометр поместить в стакан с водой комнатной температуры. Через 3-5 мин, когда растворы в пробирках примут температуру воды, записать показания термометра. Слить растворы в одну пробирку и встряхнуть ее несколько раз. Определить время от начала реакции до появления заметной мути.
Для следующего определения в стакан подлить горячей воды так, чтобы температура стала на 10 0С выше. Поместить вторую пару пробирок и оставить их на 3-5 мин, поддерживая температуру постоянной. Слить содержимое пробирок и отметить время. Повторить опыт с третьей парой пробирок, повысив температуру еще на 10 0С.
Требования к результатам опыта:
Данные опыта занести в табл. 2.
Таблица 2.
№ п/п |
Температура t, 0С |
Время τ, с |
Относительная скорость, V=100/τ |
g |
gср. |
1 |
|
|
|
g1 |
|
2 |
|
|
|
g2 |
|
3 |
|
|
|
|
1. Рассчитать относительную скорость реакции по соотношению
V = 100/τ.
2. Вычислить температурный коэффициент скорости реакции g, разделив
V2 на V1 и V3 на V2. Найти среднее значение gср. =
3. Выразить графически зависимость скорости реакции от температуры, откладывая на оси абсцисс температуру, а на оси ординат – относительную скорость. Проходит ли кривая через начало координат и почему?
4. Сделать вывод о влиянии температуры на скорость химической реакции.
Примеры решения задач
Пример 4.1. Как изменится скорость реакции каждой из реакций
2NO (г) + Cl2 (г) = 2NOCI (г) (1); СаО (к) + СО2 (г) = СаСО3 (к) (2),
если в каждой системе увеличить давление в 3 раза?
Решение. Реакция (1) гомогенная, и согласно закону действия масс начальная скорость реакции равна v = k∙ ∙ ; реакция (2) гетерогенная и ее скорость выражается уравнением v = k∙ . Концентрация веществ, находящихся в твердой фазе (в данной реакции СаО), не изменяется в ходе реакции, поэтому не включается в уравнение закона действия масс.
Увеличение давления в каждой из систем в 3 раза приведет к уменьшению объма системы в 3 раза и увеличению концентрации каждого из реагирующих газообразных веществ в 3 раза. При новых концетрациях скорости реакций: v' = k∙(3 )2 ∙3 = 27 k∙ ∙ (1) и v' = k 3 (2). Сравнивая выражения для скоростей v и v', находим, что скорость реакции (1) возрастает в 27 раз, а реакции (2) – в 3 раза.
Пример 4.2. Реакция между веществами А и В выражается уравнением 2А + В = D. Начальные концентрации составляют: СА = 5 моль/л, СВ = 3,5 моль/л. Константа скорости равна 0,4. Вычислить скорость реакции в начальный момент и в тот момент, когда в реакционной смеси останется 60% вещества А.
Решение. По закону действия масс v = . В начальный момент скорость v1 = 0,4 × 52 × 3,5 = 35. По истечении некоторого времени в реакционной смеси останется 60% вещества А, т. е. концентрация вещества А станет равной 5 × 0,6 = 3 моль/л. Значит, концентрация А уменьшилась на 5 – 3 = 2 моль/л. Так как А и В взаимодействуют между собой в соотношении 2:1, то концентрация вещества В уменьшилась на 1 моль и стала равной 3,5 – 1 = 2,5 моль/л. Следовательно, v2 = 0,4 × 32 × 2,5 = 9.
Пример 4.3. Через некоторое время после начала реакции
2NO + O2 = 2NO2 концентрации веществ составляли (моль/л): = 0,06;
= 0,12; = 0,216. Найти исходные концентрации NO и O2.
Решение. Исходные концентрации NO и O2 находим на основе уравнения реакции. Согласно уравнению реакции на образование 2 моль 2NO2 расходуется 2моль NO. По условию задачи образовалось 0,216 моль NO2, на что израсходовалось 0,216 моль NO. Значит, исходная концентрация NO равна:
= 0,06 + 0,216 = 0,276 моль/л.
По уравнению реакции на образование 2 моль NO2 необходимо 1 моль О2, а для получения 0,216 моль NO2 требуется 0,216 / 2 = 0,108 моль/ О2. Исходная концентрация О2 равна: = 0,12 + 0,108 = 0,228 моль/л.
Таким образом, исходные концентрации составляли:
= 0,276 моль/л; = 0,228 моль/л.
Пример 4.4. При 323 К некоторая реакция заканчивается за 30 с. Определить, как изменится скорость реакции и время ее протекания при 283 К, если температурный коэффициент скорости реакции равен 2.
Решение. По правилу Вант-Гоффа находим, во сколько раз изменится скорость реакции:
= = 2–4 = .
Скорость реакции уменьшается в 16 раз. Скорость реакции и время ее протекания связаны обратно пропорциональной зависимостью. Следовательно, время протекания данной реакции увеличится в 16 раз и составит 30 × 16 = 480с = 8 мин.
Задачи
4.1. Реакция протекает по уравнению 3Н2 + СО = СН4 + H2O
Начальные концентрации реагирующих веществ были (моль/л): = 0,8; CCO = 0,6. Как изменится скорость реакции, если концентрацию водорода увеличить до 1,2 моль/л, а концентрацию оксида углерода до 0,9 моль/л?
(Ответ: увеличится в 5 раз).
4.2. Реакция разложения N2O идет по уравнению 2N2O = 2N2 + O2. Константа скорости реакции равна 5·10–4. Начальная концентрация
= 0,32 моль/л. Определить скорость реакции в начальный момент и в тот момент, когда разложится 50 % N2O. (Ответ: 5,12.10-5; 1,28.10-5).
4.3. Реакция между веществами А и В выражается уравнением
А + 2В = D. Начальные концентрации: СА = 0,3 моль/л и СВ = 0,4 моль/л. Константа скорости равна 0,8. Вычислить начальную скорость реакции и определить, как изменилась скорость реакции по истечении некоторого времени, когда концентрация вещества А уменьшилась на 0,1 моль.
(Ответ: 3,84.10-2; уменьшилась в 6 раз).
4.4. Чему равен температурный коэффициент скорости реакции, если при понижении температуры на 30°, время протекания реакции увеличилось в 64 раза? (Ответ: 4).
4.5. Вычислить, при какой температуре реакция закончится за 45 мин, если при 20 0С на это потребуется 3 ч. Температурный коэффициент скорости реакции равен 3 (Ответ: 32,6 0С).
4.6. Как изменится скорость реакции CO + Cl2 = COCl2, если повысить давление в 3 раза и одновременно повысить температуру на 30 0С (γ = 2)?
(Ответ: увеличится в 72 раза).
4.7. Реакции протекают по уравнениям
С (к) + О2 (г) = СО2 (г) (1); 2СО (г) + О2 (г) = 2СО2 (г) (2)
Как изменится скорость (1) и (2) реакций, если в каждой системе: а) уменьшить давление в 3 раза; б) увеличить объем сосуда в 3 раза; в) повысить концентрацию кислорода в 3 раза? (Ответ: а) уменьшится в (1) в 3, во (2) в 27 раз);
б) уменьшится в (1) в 3, во (2) в 27 раз); в) увеличится в (1) и (2) в 3 раза).
4.8. Реакция идет по уравнению H2 + I2 = 2HI . Константа скорости равна 0,16. Исходные концентрации водорода и иода соответственно равны 0,04 моль/л и 0,05 моль/л. Вычислить начальную скорость реакции и ее скорость, когда концентрация Н2 станет равной 0,03 моль/л.
(Ответ: 3,2.10-3; 1,9.10-3).
4.9. Окисление серы и ее диоксида протекает по уравнениям:
S (к) + О2 (г) = SO2 (г) (1); 2SO2 (г) + О2 (г) = 2SO3 (г) (2)
Как изменится скорость (1) и (2) реакций, если в каждой системе: а) увеличить давление в 4 раза; б) уменьшить объем сосуда в 4 раза; в) повысить концентрацию кислорода в 4 раза? (Ответ: а) увеличится в (1) в 4, во (2) в 64 (раза);
б) увеличится в (1) в 4, во (2) в 64 раза); в) увеличится в (1) и (2) в 4 раза).
4.10. Константа скорости реакции 2А + В = D равна 0,8. Начальные концентрации: СА= 2,5 моль/л и СВ = 1,5 моль/л. В результате реакции концентрация вещества СВ оказалась равной 0,6 моль/л. Вычислить, чему стала равна СА и скорость реакции. (Ответ: 0,7 моль/л; 0,235).
4.11. Реакция протекает по уравнению 4HCl + O2 = 2H2O + 2Cl2
Через некоторое время после начала реакции концентрации участвующих в ней веществ стали (моль/л): = 0,85; = 0,44; = 0,30. Вычислить начальные концентрации HCl и О2. (Ответ: = 1,45; = 0,59 моль/л).
4.12. Начальные концентрации веществ в реакции
СО + Н2О ↔ СО2 + Н2
были равны (моль/л): CCO = 0,5; = 0,6; = 0,4; = 0,2. Вычислить концентрации всех участвующих в реакции веществ после того, как прореагировало 60 % Н2О.
(Ответ: CCO = 0,14; = 0,24; = 0,76; = 0,56 моль/л).
4.13. Как изменится скорость реакции 2СО + О2 = СО2, если:
а) объем реакционного сосуда увеличить 3 раза; б) увеличить концентрацию СО в 3 раза; в) повысить температуру на 40 0С (γ = 2)? (Ответ:
а) уменьшится в 27 раз; б) увеличится в 9 раз; в) увеличится в 16 раз).
4.14. При 10 0С реакция заканчивается за 20 минут. Сколько времени будет длиться реакция при повышении температуры до 40 0С, если температурный коэффициент равен 3? (Ответ: 44,4 с).
4.15. Реакция протекает по уравнению CO + Cl2 = COCl2
Через некоторое время после начала реакции концентрации участвующих в ней веществ стали (моль/л): = 0,2; = 0,3; = 1,2. Вычислить исходные концентрации хлора и СО. (Ответ: =1,5; = 1,4 моль/л).
4.16. Скорость реакции А + 2В = АВ2 при СА = 0,15 моль/л и
СВ = 0,4 моль/л равна 2,4 ∙ 10-3. Определить константу скорости и скорость реакции, когда концентрация В станет 0,2 моль/л. (Ответ: 0,1; 2 ∙ 10-4).
4.17. Как изменится скорость реакции 2А + В = А2В, если концентрацию вещества А увеличить в 3 раза, концентрацию вещества В уменьшить в 2 раза, а температуру повысить на 40 0С (γ = 2)? (Ответ: увеличится в 72 раза).
4.18. Реакция идет по уравнению 2H2S + 3O2 = 2SO2 + 2H2O.
Через некоторое время после начала реакции концентрации участвующих в ней веществ стали (моль/л): = 0, 009; = 0,02; = 0,003. Вычислить:
а) концентрацию водяного пара в этот момент; б) исходные концентрации аммиака и кислорода. (Ответ: = 0,003; = 0,012; = 0,0245 моль/л).
4.19. Две реакции протекают при 25 0С с одинаковой скоростью. Температурный коэффициент скорости первой реакции равен 2, второй – 3. Найти отношение этих скоростей при 75 0С. (Ответ: v2 / v1 = 7,59).
4.20. Реакция идет по уравнению N2 + 3H2 = 2NH3.
Через некоторое время после начала реакции концентрации участвующих в ней веществ были (моль/л): = 0,8; = 1,5; = 0,1. Вычислить концентрации веществ в момент, когда концентация N2 стала 0,5 моль/л.
(Ответ: = 0,6 моль/л; = 0,7 моль/л).