Тема : скорость химических реакций и химическое равновесие

Зависимость скорости реакции от температуры

( проверка правила Вант-Гоффа)

Закономерность изучается на примере взаимодействия тиосульфата натрия с серной кислотой

Реакция протекает в две стадии:

Первая стадия - ионный обмен - происходит мгновенно, так что фактически наблюдение ведётся за скоростью второй мономолекулярной стадии, признаком протекания которой является появления мути как результат образования элементарной серы. Поэтому концентрации серной кислоты фактически не сказывается на скорости реакции, лишь бы она была взята в количестве, достаточном для полного взаимодействия тиосульфата, и во всех опытах одинакова.

Следовательно, уравнение скорости может быть записано так:

Опыт 1. Приготовить простейший термостат: стакан на 200 мл с крышкой, в которой имеются 3 отверстия. В первое отверстие опустить закрепленный на нитке термометр, во второе - коническую пробирку с —2н раствором Н₂SO₄ с опущенной в неё пипеткой, в третье - коническую пробирку, в которую чистой пипеткой внести 10 капель 0,1-н раствора тиосульфата натрия. Стакан заполнить выдержанной при комнатной температуре водой настолько, чтобы шарик термометра и раствора были в неё погружены. Ртутный шарик термометра и растворы реагирующих веществ должны находиться на одном уровне в средней части воды, заполняющей стакан - термостат.

Выждав 5 минут – время, необходимое для выравнивания температуры воды в термостате и растворов в пробирках, записать показания термометра. Не вынимая пробирки из термостата, к раствору тиосульфата натрия добавить пипеткой 1 каплю раствора серной кислоты. В этот момент включить секундомер ( замерить время по часам с секундной стрелкой ), не вынимая пробирку из термостата, наблюдать за ходом опыта до появления в пробирке заметного на глаз помутнения и при обнаружении его выключить секундомер. Записать длительность опыта в секундах.

Опыт 2. Проводится при температуре, повышенной на 10°. Для этого пробирку в термостате, в которой проводился опыт, заменить чистой и вновь внести в неё 10 капель 0,1н раствора тиосульфата натрия. Добавляя в стакан горячую воду, поднять её температуру на 14 - 15° выше температуры первого опыта и по термометру наблюдать её охлаждение. Когда температура будет на 10° выше, провести опыт точно так же, как первый.

Опыт 3. Проведение опыта при температуре, повышенной на 20°. Опыт проводиться так же, как в предыдущем случае, но температура воды в термостате первоначально повышается на 24 - 25°выше комнатной, а добавление серной кислоты к гипосульфиту производится в тот момент, когда она будет выше температуры первого опыта ровно на 20°. Все опытные данные и результаты расчетов записываются в виде таблицы. Вместо индексов указать фактические температуры.

Вычислить:

А) относительную скорость реакции.

Примем скорость реакции при комнатной температуре

в первом опыте. Поскольку скорость и величина, обратная времени,

из этой пропорции находим

Аналогично составляем пропорцию и вычисляем

Б) термический коэффициент скорости по Вант - Гоффу. Его вычисляют по результатам двух опытов, независимо один от другого.

Выполнение работы является удовлетворительным в том случае, если результаты этих двух вычислений расходятся незначительно. Тогда можно взять их средние значения. При резком расхождении работу нужно повторить.

Скорость химических реакций в гомогенных и

ГЕТЕРОГЕННЫХ СИСТЕМАХ

Опыт 1. Влияние величины поверхности раздела реагирующих веществ на скорость реакции в гетерогенной системе

Растворение карбоната кальция в хлороводородной кислоте

Выполнение работы. Взять два небольших, по возможности оди­наковых, кусочка мела. Один из них положить на кусочек филь­тровальной бумаги и стеклянной палочкой измельчить его в по­рошок. Полученный порошок поместить в коническую пробирку. Второй кусочек мела целиком опустить в другую коническую пробирку. В обе пробирки одновременно добавить одинаковое количество (10—20 капель) хлороводородной кислоты плотностью - 1,19 г/см³. (Для соблюдения одновременности добавления кислоты опыт могут проводить два студента совместно). Отметить время полного растворения мела в каждом случае.

Запись данных опыта. Написать уравнение соответствующейреакции. Почему скорость растворения мела в этих двух случаяхразлична?

Опыт 2. Влияние катализатора на скорость реакции

Каталитическое восстановление железа (III)

Выполнение работы. В две пробирки внести по 10 капель 0,5 н. раствора роданида калия и по 1 капле 0,5 н. раствора хлорида железа (III). Что наблюдается? В одну из пробирок добавить 1 каплю 1 н. раствора сульфата меди. В обе пробирки внести по 10 капель тиосульфата натрия. Наблюдать различную скорость обесцвечивания растворов, которое происходит вследствие вос­становления железа (III) до железа (II) тиосульфатом натрия.

Запись данных опыта. Отметить все наблюдаемое. Написать уравнения реакций:

а) взаимодействия хлорида железа (III) с роданидом калия, в результате которого образуется Fe(SCN)₃ красного цвета; б) вос­становления железа (III) в железо (II) тиосульфатом, натрия, протекающую по уравнению:

2Fe(SCN)₃ + 2Nа₂S₂О₃ = Na₂S₄O₆ + 2Fe(SCN)₂ + 2NaSCN

Какую окраску имеет Fe(SCN)₂? Что являлось катализатором в данном опыте? Сделать соответствующие выводы.

Опыт 3. Смещение химического равновесия обратимых реакций

Влияние концентрации реагирующих веществ на смещение равновесия

Выполнение работы. В четыре конические пробирки внести по 5—7 капель 0,0025 н. растворов хлорида железа (III) и роданида калия. Растворы размешать стеклянной палочкой и поставить в штатив. Одну пробирку с полученным раствором сохранить для сравнения результатов опыта. В остальные пробирки добавить следующие реактивы: в первую — 1 каплю насыщенного раствора хлорида железа (Ш), во вторую — 1 каплю насыщенного раствора роданида калия, в третью — несколько кристалликов хлорида калия. Сравнить интенсивность окраски полученных растворов с интенсивностью окраски эталона.

Запись данных опыта. Записать свои наблюдения. Составить уравнение соответствующей обратимой реакции и написать выра­жение константы равновесия.

1. Какие вещества находятся в исследуемом растворе при равновесии?

2. Какое вещество придает раствору красную окраску?

3. Как изменяется интенсивность окраски раствора, и в какомнаправлении смещается равновесие данной равновесной системыпри добавлении: а) хлорида железа (III); б) роданида калия; в) хлорида калия?

4. Как изменяются при этом в каждом случае концентрации

компонентов равновесной системы:

а) роданида железа, б) хлорида калия; в) хлорида железа (III);г) роданида калия по сравнению с их концентрациями при установлении первоначального равновесия? Сделать соответствующие выводы.