Изучение равновесия гомогенной реакции в растворе

Цель работы: расчет константы равновесия химической реакции, протекающей в гомогенной системе, на основании экспериментальных данных.

Приборы и реактивы: 0.03М раствор хлорида железа (III), FeCl₃, 0.03М раствор иодида калия KI, титрованный раствор тиосульфата натрия Na₂S₂O₃, раствор крахмала, охлажденная дистиллированная вода или лёд, четыре сухие колбы емкостью 100 мл с пробками, три бюретки на 25 или 50 мл, пипетка Мора на 15 мл, резиновая груша (или дозатор УДП–1), две конические колбы для титрования, термостат.

Теоретическое обоснование

Выше приведенные теоретические предпосылки полностью характеризуют гомогенную обратимую реакцию

, (12)

являющуюся объектом исследования, для которого необходимо определить константу равновесия. В результате взаимодействия в системе накапливается йод, содержание которого можно аналитически определить титрованием тиосульфатом натрия. В этом случае протекает реакция:

. (13)

Константа равновесия Кс рассчитывается из соотношения

. (14)

Методика эксперимента

Прежде чем заполнить бюретки растворами FeCl₃, KI и Na₂S₂O₃ необходимо проследить за тем, чтобы бюретки были тщательно вымыты и на их стенках не оставалось капель, поскольку при сливании определенного объёма могут получиться неверные значения. По той же причине необходимо удалить пузырьки воздуха из кончика бюретки и сразу же вынуть воронку из бюретки после наполнения ее раствором.

В четыре сухие колбочки, соответственно пронумерованные, отмеряют с помощью бюреток растворы 0,03 М хлорида железа (III) и 0,03 М иодида калия в объёмах, указанных в табл. 1

Таблица 1

Объемы растворов, используемых в работе

Раствор	колба 1	колба 2	колба 3	колба 4
FeCl3 мл	50		55
KI, мл		50		45

После этого все колбы помещают на 20 мин в термостат с температурой 25С. По истечении указанного времени сливают вместе содержимое колб 1 и 2 (например, в колбу 1) и содержимое колб 3 и 4 (например, в колбу 3), засекая время в момент сливания для каждой пары колб.

Затем готовят 8 конических колб емкостью по 100 мл для титрования растворов, полученных после сливания. В каждую колбу заливают по 35…50 мл дистиллированной воды и устанавливают колбы в холодильник¹.

Через 25 мин от момента смешения исходных растворов из каждой колбы отбирают пипеткой 15 мл раствора и наливают в колбы для титрования. Реакционные колбы вновь возвращаются в термостат, а выделившийся йод титруют раствором тиосульфата натрия с известной концентрацией до бледно желтой окраски раствора. Затем добавляют в каждую колбу по 2 капли крахмала и титруют до исчезновения синей окраски. Объем тиосульфата, пошедший на титрование, записывают в табл. 1. Повторяют отбор проб и титрование через каждые 20мин, до тех пор пока результаты двух последовательных титрований не окажутся близкими или одинаковыми, что свидетельствует о достижении равновесия в системе.

Таблица 2

Объем титранта, пошедшего на титрование

температура, ...С					температура, …С
№	колба 1		колба 2		№	колба 1		колба 2
	t, мин	, мл	t, мин	, мл		t, мин	, мл	t, мин	, мл
1	25				1	25
2	45				2	45
3	65				3	65
4	85				4	85
5	105				5	105

Необходимые концентрации для расчета константы равновесия определяются следующим образом:

1) Как следует из уравнения химической реакции (13) молярная концентрация йода

, (15)

где ,– объем взятой пробы (15мл) и израсходованного титранта (табл. 2), соответственно.

2) Молярная концентрация ионов двухвалентного железа , в соответствии с уравнением окислительно-восстановительной реакции (12) в два раза больше таковой йода.

3) Расчет концентраций иопределяется по разности исходной и равновесной:

. (16)

Концентрация FeCl₃ определяется по молярности и степени разбавления его при смешении растворов:

, (17)

где - исходная молярность раствораFeCl₃, а и b – количества растворов (мл) FeCl₃ и KI, взятых для проведения реакции.

4) Концентрация вычисляется аналогично расчету (16):

(18)

и , (19)

где – исходная молярность раствораKI, а и b – количества растворов FeCl₃ и KI (мл), взятых для проведения реакции. Все рассчитанные результаты оформляют в виде табл. 3.

Таблица 3

Начальная и равновесная концентрация соответствующих реагентов

реагент	Концентрация при Tо, моль/л				Концентрация при Tо, моль/л
	начальная		равновесная		начальная		равновесная
	колба 1	колба 2	колба 1	колба 2	колба 1	колба 2	колба 1	колба 2
I2
Fe2+
Fe3+
I-
Константы равновесия			Kc	Kc	Константы равновесия		Kc	Kc
Среднее значение			Kc		Среднее значение		Kc

В такой же последовательности проводят опыт при другой температуре (40-50⁰С).

Для каждой температуры (T₁ и T₂) расчет величины K_c производят отдельно для двух взятых реакционных смесей (табл. 3).