6763

1/2О2(г) → О(адс)

2) СО(адс) + О(адс) → СО2(адс)

3) СО2(адс) →СО2(г)

Одновременно в автомобильных конверторах происходит восстановление ок-

сида азота (II), содержащегося в выхлопных газах, до молекулярного азота:

2NO(г) + 2CO(г) = N2(г) = 2CO2(г)

Таким образом, катализ является важнейшим из изученных способов ускорения химических процессов, широко применяемым в химической инду-

стрии.

Лабораторная работа №1

Влияние концентраций реагирующих веществ на скорость реакции

Цель работы: для реакции между тиосульфатом натрия и серной кисло-

той определить порядок реакции по Na2S2O3.

Уравнение изучаемой реакции, протекающей в водном растворе:

Na2S2O3 + H2SO4 = Na2SO4 + H2SO3 + S↓

Данная реакция – сложная, протекающая в несколько стадий. Согласно закону действующих масс (4) скорость этой реакции пропорциональна произведению концентраций исходных веществ, возведенных в некоторые степени, которые называются порядками реакции по веществам и находятся экспериментально.

В лабораторной работе определяется порядок реакции по Na2S2O3. Ис-

ходные вещества – серная кислота и тиосульфат натрия - представляют собой бесцветные прозрачные растворы. Продукты реакции – сульфат натрия

(Na2SO4) и сернистая кислота (H2SO3) – тоже бесцветные прозрачные рас-

творы. А образующаяся сера выделяется в виде осадка бледно-жёлтого цвета.

Скорость реакции оценивают по промежутку времени, прошедшему с момента

добавления серной кислоты к раствору Na2S2O3 (включаем секундомер) до момента начала образования осадка (выключаем секундомер). Чем этот промежуток времени продолжительнее, тем ниже скорость реакции. Время, требуемое для образования осадка, зависит от концентраций реагирующих веществ. В данной работе меняется концентрация раствора Na2S2O3 путем разбавления его водой. Концентрация серной кислоты остается неизменной во всех опытах.

По результатам опытов строится график зависимости скорости реакции,

рассчитываемой как W = 1000 , где t – время протекания реакции.

Экспериментальная часть

1.В коническую колбу при помощи мерного цилиндра поместите 12 мл раствора Na2S2O3 и добавьте 4 мл раствора H2SO4. В момент прибавления раствора серной кислоты включите секундомер. Смесь быстро перемешайте и держите на уровне глаз, на светлом фоне. При обнаружении легкого помутнения, выключите секундомер и занесите время в таблицу (опыт 1). Вымойте колбу.

2.Во всех последующих опытах концентрация Na2S2O3 будет уменьшаться за счет разбавления водой. В колбу поместите нужное количество раствора Na2S2O3, затем нужный объем воды, то есть концентрация раствора уменьшится. Добавьте нужный объем раствора H2SO4 включите секундомер. Заметьте время образования осадка. Внимательно следите, чтобы мерные цилиндры использовались для измерения объемов одних и тех же веществ.

3.Заполните таблицу. Постройте график зависимости W (ось ординат) от объема Na2S2O3 (ось абсцисс). Убедитесь, что зависимость скорости от объема Na2S2O3 , а, следовательно, и от концентрации Na2S2O3, носит прямолинейный характер. Линейная зависимость скорости реакции от концентрации Na2S2O3 свидетельствует о том, что порядок реакции по тиосульфату натрия равен 1.

Таблица 1 Влияние концентрации Na2S2O3 на скорость его реакции с H2SO4

Вывод: в выводе следует отразить характер влияния изменения концентрации Na2S2O3 на скорость реакции, величину порядка реакции по Na2S2O3 и записать выражение закона действующих масс для изучаемой реакции.

Лабораторная работа №2

Влияние температуры на скорость реакции

Цель работы: изучение влияния температуры на скорость реакции между Na2S2O3 и H2SO4 и определение среднего температурного коэффициента скорости реакции.

Изучаемая реакция описывается уравнением

Na2S2O3 + H2SO4 = Na2SO4 + H2SO3 + S↓ (9)

Она протекает с образованием нерастворимого в воде вещества – серы.

Через некоторое время после смешивания растворов Na2S2O3 и H2SO4 наблю-

дается помутнение смеси. Время от момента сливания растворов до появления помутнения зависит от скорости реакции. Чем меньше это время, тем выше скорость реакции.

где const – некоторая постоянная для этой реакции величина. Для расчета от-

носительных значений скорости можно взять любое число, в данной работе возьмем const = 100.

Экспериментальная часть

1.В четыре пробирки налейте по 5 мл раствора H2SO4 . В другие четыре пробирки налейте по 5мл раствора Na2S2O3 .

2.Поставьте пару пробирок (одна с H2SO4 , другая с Na2S2O3) в стакан с горячей водой (~60-65оС) и поместите в стакан термометр.

3.Через 2 минуты запишите показания термометра в таблицу и перелейте содержимое одной пробирки в другую. Одновременно включите секундомер. Оставьте пробирку со смесью растворов в стакане.

4.Как только заметите начало образования осадка, выключите секундомер и запишите время протекания реакции в таблицу.

5.Доливая холодную воду в стакан, понизьте температуру воды на 8-10оС и поместите в него вторую пару пробирок. Повторите опыт при четырех температурах, отличающихся друг от друга на 10о. Время реакции и температуру заносите в таблицу 2. Температуру нужно отмечать на момент сливания растворов.

Таблица 2

Влияние температуры на скорость реакции

6.Постройте график зависимости W от toC . Кривая должна иметь вид параболы, без перегибов.

7.Выберите две температуры, отличающиеся на 10о, и определите по графику соответствующие им значения скоростей. Поделите значение большей скорости на меньшую, рассчитайте γ1 (температурный коэффициент) для данного интервала температур.

8.Для других температур рассчитайте γ2 и γ3. Выбирайте температуры с разницей 10о.

9.Рассчитайте средний температурный коэффициент для всего интервала температур, в котором проводились измерения.

Установка состоит из реакционного сосуда (1), закрытого резиновой пробкой с газоотводной трубкой (2), бюретки ( 3) для сбора газа, кристаллизатора (4),

крана (5).

Экспериментальная часть

1.10 мл раствора пероксида водорода определенной концентрации, зали-

ваем в длинное колено сосуда, а в короткое колено сосуда заливаем 6 мл

1%-го раствора катализатора K2Cr2O7, не допуская попадания раствора катализатора в колено с Н2О2. Сосуд осторожно закрываем резиновой пробкой, соединенной с газоотводным шлангом.

2.При открытом кране 5 уровеь воды в бюретке 3 до отметки 0 с помощью резиновой груши. После этого кран 4 нужно закрыть.

3.Смешиваем растворы катализатора и пероксида водорода и одновре-

менно включаем секундомер. Выделяющийся в результате реакции кис-

лород будет вытеснять жидкость в бюретке, понижая её уровень. Не пре-

кращая перемешивание реакционной смеси, через 1 минуту определяем объем выделившегося кислорода по уровню расположения воды в бю-

ретке. Результаты заносим в таблицу. Измерения прекращаем после того как выделится не менее 20 мл кислорода и скорость его выделения сильно замедлится.

4.После окончания первого опыта проводим еще два, уменьшая концен-

трацию катализатора. Для этого во втором опыте в короткое колено со-

суда заливаем 3 мл раствора катализатора и 3 мл воды. В третьем опыте берем 2 мл катализатора и 4 мл воды. Таким образом концентрации ка-

тализатора K2Cr2O7 в опытах будут соответственно 1%, 05% и 0,33%.

5.Результаты опытов представить в виде графиков в координатах V, мл

(ось y) от t, мин. (ось х).

6.По уравнению реакции вычислите объем кислорода, который должен выделиться при полном разложении всего взятого количества пероксида водорода (ρ(Н2О2)= 1г/см3).

Вывод: в выводе отразите влияние изменения концентрации катализатора на скорость разложения пероксида водорода.

Вопросы и задания

1.Кинетическое уравнение элементарной реакции А(г) + 2В2(г) = 2 АВ(г) имеет вид

1.w= kCACB2 ; 2. w= kC2ACB2 ; 3. w= kCAC2B2 ; 4. w= kC2AВ.

2.Кинетическое уравнение элементарной реакции А2(тв)+2В(г) → 2АВ(г) имеет вид

1) w= kCA2CB2; 2) w= kC2B ; 3) w= kC2A C2B ; 4) w= kCAВ.

3. Среди приведенных уравнений элементарных реакций уравнением бимолекулярной реакции является

1. А+В→АВ; 2. АВ→А+В; 3. А+В+С→АВС; 4. А2+В→А2В.

4. При понижении давления в системе 2А(г)+В2(г) =2АВ(г) в 2 раза скорость прямой реакции

1) уменьшится в 2 раза; 2) уменьшится в 4 раза; 3) уменьшится в 8 раз; 4) уменьшится в 16 раз; 5) увеличится в 2 раза; 6) увеличится в 8 раз.

5. Скорость обратной реакции 2SO2(г) + O2(г) = 2SO3(г) при увеличении давления в системе в три раза

1) уменьшится в 3 раза; 2) увеличится в 9 раз; 3) увеличится в 27 раз; 4) уменьшится в 9 раз; 5) уменьшится в 8 раз; 6) увеличится в 8 раз.

6. Скорость элементарной реакции А2(тв)+2В(г) → 2АВ(г) при понижении

давления в системе в 4 раза

1) увеличится в 8 раз; 2) уменьшится в 16 раз; 3) уменьшится в 64 раза; 4) уменьшится в 4 раза; 5) увеличится в 16 раз; 6) увеличится в 64 раза.

7. При повышении температуры от 500С до 800С скорость реакции возросла в 27 раз. Температурный коэффициент скорости реакции равен

1) 1,5; 2) 2; 3) 3; 4) 3,5; 5) 4; 6) 4,5.

8.Температурный коэффициент скорости реакции равен 2. Скорость реакции уменьшится в 8 раз при изменении температуры

1) от 300С до 500С; 2) от800С до 500С; 3) от 500С до 580С; 4) от 500С до

800С; 5) от 600С до 1000С; 6) от 780С до 700С.

9.Скорость реакции при возрастании температуры от 400С до 600С увеличилась в 4 раза.

При 400С реакция завершалась за 60 с, при 600С она завершится за

1) 15 с; 2) 40 с; 3) 60 с; 4) 160 с; 5) 240 с; 6) 300с.

10.Вещество, уменьшающее значение константы скорости реакции, называется

1) катализатор; 2) ингибитор; 3) стабилизатор; 4) инициатор.

11.Элементарная реакция – это реакция

1) между простыми веществами; 2) гомогенная; 3) идущая в одну стадию; 4) в которой участвует одно исходное вещество.

12. Какие параметры реакции меняются в присутствии катализатора

1) константа скорости; 2) константа равновесия; 3) тепловой эффект; 4) энергия активации.

13.С ростом температуры возрастает скорость реакций

1) экзотермических; 2) эндотермических; 3) гомогенных; 4) любых.

14. Закон действующих масс отражает зависимость

1) масс веществ до и после реакции; 2) скорости реакции от температуры; 3)

скорости реакции от концентраций реагирующих веществ; 4) скорости реакции от массы катализатора.

15. Какие внешние воздействия будут способствовать увеличению скорости реакции CaO(тв) + 3С(тв) = СаС2(тв) + СО(г)?

1) повышение концентрации СО; 2) понижение температуры; 3) повышение давления; 4) повышение температуры; 5) измельчение угля.

16. Какие из внешних воздействий приводят к уменьшению скорости реакции H2SO4(р-р) + CaCO3(тв) = CaSO4(тв) + CO2(г) + H2O(ж)?

1) нагревание; 2) разбавление кислоты; 3) измельчение карбоната кальция; 4) повышение давления; 5) понижение температуры

17.Какие из внешних воздействий приведут к увеличению скорости реакции между раствором серной кислоты и цинком?

1) повышение температуры; 2) разбавление кислоты; 3) увеличение концентрации кислоты; 4) измельчение цинка; 5) повышение давления.

18.От каких факторов не зависит скорость реакции

СаСО3(тв) + 2Н+(р-р)= Са2+(р-р) + СО2(г) + Н2О(ж)?

1) Изменение температуры; 2) площадь поверхности СаСО3(тв); 3) концентрация ионов Са2+(р-р); 4) концентрация ионов Са2+(р-р); 5) концентрация углекислого газа.

19. Укажите факторы, способствующие увеличению скорости реакции

Fe(тв) + S(тв) = FeS(тв)

1) измельчени железа; 2) увеличение температуры; 3) уменьшение давления; 4) охлаждение смеси; 5) увеличение давления.

20. Укажите факторы, способствующие возрастанию скорости реакции

3Н2(г) + N2(г) = 2NH3(г)

1) увеличение концентрации аммиака; 2) увеличение давления; 3) повышение температуры; 4) уменьшение концентрации водорода; 5) добавление катализатора.

21.Как следует изменить концентрации реагирующих веществ для того, чтобы скорость элементарной реакции 2А (г)+ В(г) → А2В(г) возросла в 16 раз ?

22.Рассчитайте, как изменится скорость прямой элементарной реакции 2СО(г) + О2(г) = 2СО2(г), если концентрация вещества СО увеличится в 2

раза, а концентрация О2 увеличится в 3 раза.

23.Концентрация вещества А в элементарной реакции 2А(г)+В2(г) =2АВ(г) возросла в 3 раза. Рассчитайте, как следует изменить концентрацию вещества В2, чтобы скорость реакции осталась прежней.

24.Температурный коэффициент скорости реакции равен 2. Рассчитайте, как изменится скорость реакции при ПОНИЖЕНИИ температуры от 80оС до 50оС. Сколько времени будет протекать реакция при 50оС , если при 80оС реакция протекала 5 минут.

ЛИТЕРАТУРА

1.Яблоков В.А. Химия. Теоретические основы курса: учебное пособие/

В.А.Яблоков. - Нижегород. гос. архитектур.-строит. ун-т. –

Н.Новгород: ННГАСУ, 2010. -192 с.

2.Глинка Н.Л. Общая химия: учебное пособие для вузов / Н.Л.Глинка. –

М.: Дрофа, 2008. – 728 с.

3.Стромберг А. Г., Семченко Д. П. Физическая химия / А.Г. Стромберг.

–М.: Высшая школа, 2001. – 480 с.