Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Химическая кинетика

.doc
Скачиваний:
25
Добавлен:
11.06.2015
Размер:
53.76 Кб
Скачать

Химическая кинетика

Лабораторная работа

Задачей является изучение зависимости скорости химической реакции от концентрации реагирующих веществ, температуры, присутствия катализатора на примере реакции

Na2S2О32S04® S¯+Na2S04+H20+S02

Оборудование и ревы:

Бюретки, 3 шт. Воронки для бюреток, 3 шт. Штатив с пробирками.Химические стаканы емкостью 100 мл - 2 шт. Секундомер. Бумага миллиметровая. Мерный цилиндр. Шаблон с вертикальной цветной полосой. Термометр с точностью измерения не хуже ± 1oС.

Реактивы: 0,2 М Na2S2O3; 0,2 М H2SO4; 0,5 М НС1; 0,5 М CuSO4 (в капельнице с микропипеткой).

Описание изучаемой химической реакции

Уравнение химической реакции является суммарным уравнением сложного взаимодействия, протекающего последовательно по стадиям:

Na2S2Оз24®Н2S2Оз+Nа2SO4 (1)

Н2S2Oз®SO22O+S¯ (2)

Первая реакция идет практически мгновенно, поэтому скорость всего процесса определяется скоростью наиболее медленной (лимитирующей) реакции разложения тиосерной кислоты. Таким образом, изучая скорость протекания реакции, мы, по сути дела, изучаем скорость разложения Н2S2Оз .

Постановка опыта основывается на следующем. Как следует из уравнения (1), количество образующейся тиосерной кислоты эквивалентно количеству взятого для реакции тиосульфата натрия. Поскольку скорость протекания реакции (2) много больше скорости протекания реакции (1), то с достаточно хорошей точностью можно считать начальную концентрацию тиосерной кислоты равной начальной концентрации тиосульфата натрия. В свою очередь, разложение Н2S2Оз сопровождается выделением эквивалентного количества коллоидной серы, вызывающей помутнение раствора. Поэтому по степени помутнения раствора можно судить о количестве разложившейся тиосерной кислоты.

Если проводить опыты в пробирке, к задней стенке которой приложен шаблон с вертикальной цветной полоской, то в начале опыта эта полоска четко просматривается через прозрачный раствор. После добавления Н24 и начала образования коллоидной S раствор становится мутным и при определенной плотности суспензии (всегда одинаковой во всех опытах) цветная полоска бумаги станет почти невидимой. Отмечая время с момента сливания растворов тиосульфата натрия и серной кислоты (начало реакции) до появления первых признаков мути или до начала видимого исчезновения цветной полоски, можно судить о времени, в течение которого в растворе образуется одно и то же количество коллоидной серы, эквивалентное количеству разложившейся Н2S2Оз.

Поскольку реакция разложения тиосерной кислоты является реакцией первого порядка, то, согласно закону действующих масс, скорость реакции пропорциональна концентрации Н2S2Оз. Выражение для средней скорости реакции можно записать как

V = -D[ Н2S2Оз ]/Dt = k × [ Н2S2Оз ], (3)

где D[ Н2S2Оз ] - изменение концентрации тиосерной кислоты за время Dt; k -константа скорости реакции.

Принимая во внимание, что во всех опытах D[Н2S2Оз] одинаково, скорость реакции можно определить как величину, обратно пропорциональную найденному времени:

V’ = 1 / Dt = k*×[Н2S2Оз],

где k*= k / D [ Н2S2Оз]; V = V’× D [ Н2S2Оз].

Опыт 1. (Ознакомительный)

Для предварительного ознакомления с характером изучаемой реакции к 3-5 мл раствора тиосульфата натрия прилить столько же раствора серной кислоты и наблюдать за помутнением раствора. Отметить момент начала появления мути и момент начала видимого исчезновения цветной полоски.

Опыт 2. Влияние концентрации веществ на скорость реакции

1). Наполнить одну мерную бюретку дистиллированной водой, другую - 0.2 М раствором тиосульфата натрия и третью - 0.2 М раствором серной кислоты.

2). С помощью этих бюреток в одной пробирке следует приготовить раствор тиосульфата натрия, соответствующий одному из вариантов, указанных в таблице, т.е. смешайте воду и исходный раствор тиосульфата натрия.

3). В другую пробирку отмерить 6 мл раствора серной кислоты.

4). Слить растворы, быстро перемешать стеклянной палочкой и отметить по секундомеру отрезок времени Dt между началом реакции (момент сливания растворов) и временем начала видимого исчезновения цветной полоски.

5). Рассчитать значение начальной концентрации тиосерной кислоты, приняв ее равной начальной концентрации тиосульфата натрия в реакционном объеме, а значение скорости реакции - как величину V’ = 1/Dt.

Опыт с одной и той же концентрацией раствора Na2S2O3 повторить 3 раза, взяв для расчета скорости среднее из трех измеренных значений Dt. Аналогичным образом получить данные для других концентраций Na2S2O3, приведенных в таблице.

Результаты эксперимента занести в таблицу.

Зависимость между изменением концентрации Н2S2Оз и скоростью реакции изобразить графически.

На основании полученных данных:

1) установить, какой линией выражается найденная зависимость, проходит ли она через начало координат;

  1. показать независимость константы скорости реакции от концентрации;

  2. варианта

    Состав растворaв первой пробирке, мл

    Концентрация Н2S2Оз в реакционном объеме, моль/л

    Dt1

    Dt2

    Dt3

    Dtср

    V’=1/Dtср

    Исходн. раствор Na2S2O3

    Н2О

    1

    2

    3

    4

    6

    4

    3

    2

    0

    2

    3

    4

    сделать вывод о применимости закона действующих масс к реакции разложения тиосерной кислот

Опыт 3. Влияние температуры на скорость химической реакции

1).В 3 пробирки (1,2,3) налить из бюретки по 6 мл исходного раствора тиосульфата натрия, а в 3 другие пробирки (1а,2а,3а) - по 6 мл серной кислоты.

2). Пробирки поместить в стакан с горячей водой (Т»50оС) и через 5 минут, измерив температуру воды, слить содержимое пробирок 1 и 1а и тщательно перемешать. Замерить время от начала сливания до помутнения раствора.

3).Быстро провести опыты с растворами в других пробирках (2 и 2а, 3 и 3а). Рассчитать скорость реакции при измеренной температуре по среднему из трех измерений.

4). Повторить опыт при То » 70оС.

Обработка результатов опыта 3

1). По экспериментальным данным постройте зависимость V’=f(T). Помимо полученных в опыте 3 данных используйте результаты опыта 2 (вариант 1).

2). Используя значения V’ при разных температурах T, вычислите температурный коэффициент g.

3). Сделайте вывод о влиянии температуры на скорость исследованной реакции.

4). Нанесите полученные экспериментальные точки на координатную плоскость y=1nV’, x=1/Т. Постарайтесь начертить прямую так, чтобы она проходила максимально близко ко всем экспериментальным точкам. Из тангенса угла наклона прямой рассчитайте значение энергии активации данной реакции.

Опыт 3. 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)2 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?