Материал: Руководство к выполнению лабораторных работ по химии для студентов заочного обучения всех специальностей. Сергуткина О.Р., Кукина О.Б

Таблица 5 Зависимость скорости реакции от концентрации реагирующих веществ

Рассчитайте относительную скорость реакции и представьте результаты эксперимента в виде графика, отложив по абсциссе объем раствора тиосульфата (концентрация), по ординате – относительную скорость реакции.

Сделайте вывод о влиянии концентрации реагирующих веществ на скорость химической реакции.

Опыт 2. Влияние температуры на скорость химической реакции

Зависимость скорости реакции от температуры изучите также на примере взаимодействия тиосульфата натрия с серной кислотой. Объёмы растворов возьмите такие же, как в первой пробирке предыдущего опыта.

В стакан с водой комнатной температуры (Т1) поместите исходные растворы в пробирках. Приготовьте водяную баню с температурой на 20 0С выше (Т2) и выдержите в ней исходные растворы 5–7 минут. Проведите реакции и рассчитайте относительную скорость. Результаты внесите в табл. 6.

По правилу Вант-Гоффа рассчитайте экспериментальное значение температурного коэффициента, и сравнив его с теоретическим значением, оцените точность эксперимента.

Выводы

1. На примере опыта 1 укажите, по какому наблюдаемому признаку можно экспериментально определить скорость химической реакции.

11

2. Охарактеризуйте: как изученные факторы влияют на скорость химической реакции.

Контрольные упражнения

1. Запишите кинетические уравнения следующих молекулярных реакций:

2 CO (газ) + O2 (газ) → 2 СО2 (газ);

Fe2O3 (твёрд.) + 3 СО (газ) → 2 Fe (твёрд.) + 3 СО2 (газ).

2. Как изменится скорость реакции, протекающей по уравнению

Са (ОН)2 (раствор) + СО2 (газ) → СаСО3 (твёрд.) + Н2О (жидк.),

если: а) концентрацию Са (ОН)2 увеличить в три раза; б) давление увеличить в два раза?

Ответ подтвердите расчетами с использованием кинетического уравнения реакции (пример 1).

3. Рассчитайте по правилу Вант-Гоффа, как изменится скорость реакции при увеличении температуры на 30 оС, если температурный коэффициент реакции равен двум? Что произойдет со скоростью реакции, если температуру понизить на 30 оС?

Литература [1− §§ 7.1, 7.2; 2− §§ 6.1, 6.2; 3− пункт 3.2]

Работа 3. ХИМИЧЕСКОЕ РАВНОВЕСИЕ

Цель работы

Установитьвлияниевнешнихфакторовнасмещениехимическогоравновесия.

Теоретические сведения

Большинство химических реакций обратимы, т. е. могут протекать как в прямом, так и в обратном направлении:

прямая реакция

а А + b В d D + е Е

обратная реакция

Кинетические уравнения прямого и обратного процесса:

Механизм установления химического равновесия связан с тем, что в ходе прямого процесса концентрации исходных веществ и скорость прямой реакции уменьшаются, а концентрации продуктов реакции и скорость обратной реакции увеличиваются.

Химическое равновесие наступает в тот момент, когда скорость пря-

мой реакции равна скорости обратной реакции. При этом процесс не пре-

12

кращается, т. е. химическое равновесие носит динамический характер. В состоянии равновесия устанавливаются равновесные концентрации всех реагирующих веществ, которые при записи кинетического уравнения реакции вносятся в квадратные скобки:

Отношение константы скорости прямой реакции к константе скорости обратной реакции представляет собой константу химического равновесия К:

и показывает соотношение равновесных концентраций продуктов и исходных веществ, количественно характеризуя состояние химического равновесия. Константа химического равновесия является математическим выражением закона действующих масс.

Если под воздействием внешних факторов (изменения концентрации реагирующих веществ, температуры, давления) скорость прямой и обратной реакции изменяется в разной степени, то химическое равновесие нарушается (смещается):

а) при увеличении концентрации исходных веществ химическое равновесие смещается в сторону продуктов реакции, а при увеличении концентрации продуктов, химическое равновесие смещается к исходным веществам;

б) при увеличении внешней температуры химическое равновесие смещается в сторону эндотермической реакции ( rН > 0), а при уменьшении температуры − в сторону экзотермической реакции ( rН< 0);

в) при увеличении внешнего давления химическое равновесие смещается в сторону меньшего числа моль газов, т. е. в сторону понижения давления, при уменьшении внешнего давления − в сторону большего числа моль газов, т. е. в сторону повышения давления.

Общий принцип, определяющий влияние различных факторов на равновесие системы, называется принципом Ле Шателье: если на систему, находя-

щуюся в равновесии, оказать какое-либо воздействие, то в результате протекающих в ней процессов равновесие сместится в таком направлении, что оказанное воздействие уменьшится.

Рабочее задание

Опыт1. Влияние изменения концентрации реагирующих веществ на смещение химического равновесия

Реакция между хлоридом железа (III) и роданидом калия идет с образованием окрашенного в интенсивно красный цвет роданида железа (III) и является обратимой:

FeCl3 + 3 KCNS Fe (CNS)3 + 3 KCl.

13

При увеличении скорости прямой реакции увеличивается количество образовавшихся продуктов реакции (Fe (CNS)3 и KCl) и окраска раствора становится более интенсивной. Наоборот, при увеличении скорости обратной реакции окраска раствора становится менее интенсивной, т. к. увеличивается кон-

центрация исходных веществ.

В пробирку, на три четверти заполненную дистиллированной водой, внесите по 3–4 капли растворов хлорида железа и роданида калия. Содержимое перемешайте и разделите на четыре пробирки. Добавьте в первую пробирку 2– 3 капли раствора FeCl3, во вторую столько же раствора KCNS, в третью – на кончике шпателя KCl, четвертая пробирка остается для сравнения. Данные наблюдений внесите в таблицу.

Каким изменением состояния отвечает равновесная система на увеличение концентрации: а) исходных веществ, б) продуктов реакции? Соответствует ли это принципу Ле Шателье?

Скорость какого процесса: прямого или обратного увеличивается при увеличении концентрации: а) исходных веществ; б) продуктов реакции?

Является ли это противодействием на внешнее воздействие?

Опыт 2. Влияние температуры на смещение химического равновесия

Все химические реакции сопровождаются образованием новых веществ, т. е. изменением природы участников реакции, а потому либо выделением теплоты ( rН< 0 – реакция экзотермическая), либо поглощением теплоты ( rН > 0

– реакция эндотермическая). Если прямая реакция идет с выделением теплоты, то обратная – с поглощением.

В пробирку налейте 2–3 мл раствора крахмала и добавьте несколько капель раствора йода. Наблюдайте образование соединения синего цвета. При нагревании пробирки окраска раствора исчезает, а при охлаждении – появляется. Таким образом наблюдается смещение равновесия

охлаждение извне

(С6Н10О5) x + x J2 (С6Н10О5) x · x J2

нагревание извне

14

Используя принцип Ле Шателье, определите, с выделением или поглощением теплоты идет прямая реакция.

Укажите, в сторону какого процесса (экзотермического или эндотермического) смещается химическое равновесие: а) при повышении температуры, б) при понижении температуры.

Выводы

1.Как экспериментально было доказано, что химические процессы обратимы?

2.Объясните смещение химического равновесия при изменении концентрации реагирующих веществ и температуры на основе принципа Ле-Шателье.

Контрольные упражнения

1. Реакция окисления хлороводорода сопровождается установлением химического равновесия:

4 HCl (га) + О2 газ) 2 Н2О (газ) + 2 Сl2 (газ); rН= − 114 кДж.

Как следует изменить внешние условия: давление и температуру, чтобы повысить выход хлора?

2. Напишите выражения для констант равновесия следующих систем:

Будут ли изменяться константы равновесия:

а) при сжатии систем (увеличении внешнего давления); б) при нагревании систем извне?

Литература [1− § 5.5; 2− §§ 6.5, 6.6; 3− пункт 3.2]

Работа 4. РАВНОВЕСИЯ В ВОДНЫХ РАСТВОРАХ ЭЛЕКТРОЛИТОВ

Цель работы

1.Ознакомитьсясхарактернымисвойствамиводныхрастворовэлектролитов.

2.Установить условия, при которых в растворах электролитов происходят химические реакции, и научиться составлять уравнения ионномолекулярных реакций двойного обмена.

3.Овладеть методикой определения рН растворов и расчёта степени диссоциации кислот и оснований.

4.Усвоить сущность гидролиза солей.

Теоретические сведения

Отличительным свойством электролитов является их способность под действием полярных молекул растворителя распадаться (диссоциировать) на ионы ─ заряженные частицы. К электролитам относятся кислоты, основа-

15