Лабораторная работа № 3 Основные закономерности протекания химических процессов

Цель работы

Изучение влияния различных факторов на протекание химических реакций.

Оборудование и реактивы

Водяная баня, пробирки, лучинка, спички, стаканы (100 мл), секундомер, цилиндры (50 мл), термометры, химические стаканы

Мел или мрамор CaCO₃ (кусочки и порошок), оксид марганца (IV) MnO₂ (к), хлорид калия KCl (к); растворы: серная кислота H₂SO₄ (1 М), соляная кислота HCl (2 М), гидроксид калия KOH (2 М), пероксид водорода H₂O₂ (30%-ный), хлорид железа (III) FeCl₃ (0,001 М и 0,1 М), тиоционат калия KNCS (0,001 М и 0,1 М), хромат калия K₂CrO₄ (0,1 М), тиосульфат натрия Na₂S₂O₃ (0,1 М); дистиллированная вода.

Экспериментальная часть

Опыт 1. Зависимость скорости реакции от концентрации реагирующих веществ

В три большие пробирки налейте 0,1 М раствор Na₂S₂O₃ и H₂O, в другие три пробирки – 1 М раствора H₂SO₄ по приведенной ниже схеме:

№ пробирки	Объем, мл			Относительная концентрация С(Na2S2O3)	Время до начала помутнения τ, с	Скорость реакции v = 1 / τ, с–1
	Na2S2O3	H2O	H2SO4
1	3	6	5	1
2	6	3	5	2
3	9	0	5	3

Попарно слейте приготовленные растворы Na2S2O3 и H2SO4, начните отсчет времени по секундомеру до начала помутнения. Запишите результаты в таблицу. Na2S2O3 + H2SO4 = Na2SO4 + S + SO2 + H2O Графически зависимость между скоростью реакции и концентрацией растворов выглядит следующим образом:

Опыт 2. Зависимость скорости реакции от температуры

Налейте в три пробирки по 5 мл 0,1 М раствора Na₂S₂O₃, в другие три по 5 мл 1 М раствора H₂SO₄. Разделить их на три пары, по пробирке с Na₂S₂O₃ и H₂SO₄ в каждой паре. Отметьте темпе­ратуру воздуха в лаборатории.

Слейте вместе растворы первой пары и запишите время протекания реакции (до по­явления мути).

Вторую пару пробирок поместите на водяную баню нагретую до температуры, превышаю­щей комнатную на 10°С и запишите время протекания реакции. Повторить опыт с третьей парой пробирок, нагрев их предварительно на 20°С выше комнатной температуры, и запишите время протекания реакции. Запишите результаты в виде таблицы:

№ пробирки	Температура t, °С	Время до начала помутнения τ, с	Скорость реакции v = 1 / τ, с–1
1 пробирка
2 пробирка
3 пробирка

Графически зависимость между скоростью реакции и температурой выглядит следующим образом:

Опыт 3. Зависимость скорость реакции от площади поверхности реагирующих веществ

Поместите в одну пробирку кусочки, а в другую порошок мрамора (или мела), предварительно взвесив их на технических весах по 0,5 г. Прилейте в обе пробирки по 5 мл разб. HCl. Запишите время полного протекания реакций. Объясните влияние по­верхности реагирующих веществ на скорость реакции в гетерогенной системе. Составьте уравнение реакции и запишите наблюдения.

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

Опыт 4. Зависимость скорость реакции от катализатора

Налейте в химический стакан 10 мл 3%-ного раствора Н₂О₂ и поднесите к поверхности тлеющую лучинку: ______________________________________________________________.

Затем внесите в этот стакан небольшое количество MnO₂ и поднеси­те вторично тлеющую лучину. Составьте уравнения реакций и запишите наблюдения.

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

Опыт 5. Влияние концентрации реагирующих веществ на химическое равновесие

В химическом стакане смешайте по 10 мл очень разбавленных (0,001 М) растворов FeCl₃ и KNCS. Константа равновесия FeCl₃ + 3KNCS Fe(NCS)₃ + 3KCl имеет вид:

________________________________________________________________________________

Полученный раствор разлейте поровну в четыре пробирки, затем добавьте в них вещества по схеме и запишите наблюдения:

№ пробирки	Цвет до опыта	Цвет после опыта
1 пробирка: контроль	кроваво-красный	кроваво-красный
2 пробирка: + 2–3 капли 0,1 М раствора KNCS	кроваво-красный
3 пробирка: + 2–3 капли 0,1 М раствора FeCl3	кроваво-красный
4 пробирка: + несколько кристаллов KCl	кроваво-красный

Опыт 6. Влияние среды на смещение химического равновесия

К 1 мл раствора К₂Cr₂O₇ налейте 1 мл разб. раствора КОН. Затем приливайте по каплям разб. H₂SO₄. Объясните изменение окраски раствора (принцип Ле Шателье):

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

Вывод: _________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

Контрольные задания

1. Реакция горения бензола выражается термохимическим уравнением: C₆H₆ (ж) + 7/2O₂ (г) = 6CO₂ (г) + 3H₂O (г). Вычислите тепловой эффект этой реакции.

2. Напишите термохимическое уравнение реакции взаимодействия оксида углерода (II) и водорода, в результате которой образуются газообразные метан и вода. Сколько теплоты выделится при этой реакции, если был получен метан объемом 67,2 дм³ (н.у.)?

3. При сгорании газообразного аммиака образуются пары воды и оксид азота (II). Сколько теплоты выделится при этой реакции, если был получен оксид азота (II) объемом 44,8 дм³ (н.у.)?

4. При взаимодействии газообразных сероводорода и диоксида углерода образуются пары воды и газообразный сероуглерод (CS₂). Напишите термохимическое уравнение этой реакции и вычислите ее тепловой эффект.

5. При взаимодействии 1 моля водорода и 1 моля селена поглотилось 77,4 кДж тепла. Вычислите энтальпию образования селеноводорода.

6. Во сколько раз увеличится скорость реакции взаимодействия водорода и брома H₂ (г) + Br₂ (г) 2HBr (г), если концентрации исходных веществ увеличить в 2 раза?

7. Чему равна скорость обратной реакции: CO (г) + H₂O (г) CO₂ (г) + H₂ (г), если концентрации [CO₂] = 0,30 моль/дм³; [H₂] = 0,02 моль/дм³; k = 1?

8. Начальная концентрация исходных веществ в системе: CO(г) + Cl₂ (г) CОCl₂ (г) была равна (моль/дм3): [CO] = 0,3; [Cl₂] = 0,2. Во сколько раз увеличится скорость реакции, если повысить концентрации: CO до 0,6 моль/дм³, а Cl₂ до 1,2 моль/дм³?

9. Концентрации NO и O₂, образующих NO₂, были соответственно равны 0,03 и 0,05 моль/дм³. Чему равна скорость реакции?

10. Как изменится скорость прямой реакции: 4NH₃ (г) + 5O₂ (г) 4NO (г) + 6H₂O (г), если увеличить давление системы в 2 раза?

11. Как изменится скорость прямой реакции: 2CO (г) + O₂ (г) 2CO₂ (г), если увеличить давление системы в 3 раза?

12. Как изменится скорость реакции горения серы: S (к) + O₂ (г) SO₂ (г), если уменьшить объем системы в 5 раз?

13. Как изменится скорость химической реакции: 2Al (к) + 3Cl₂ (г) = 2AlCl₃ (к), если давление системы увеличится в 2 раза?

14. Во сколько раз увеличится скорость реакции, если температура повысилась на 30°, а температурный коэффициент равен 3?

15. Вычислите температурный коэффициент скорости некоторых реакций, если при повышении температуры: а) от 283 до 323 К скорость реакции увеличилась в 16 раз; б) от 323 до 373 К скорость реакции увеличилась в 1200 раз.

16. Реакция идет по уравнению: А + 2B C; константа ее скорости при определенной температуре равна 0,4, а начальные концентрации составляли (моль/дм³): [А] = 0,3 и [B] = 0,5. Вычислите скорость этой реакции при той же температуре в начальный момент и после того, как прореагирует 0,1 моль/дм³ вещества А.

17. В начальный момент протекания реакции: CO (г) + H₂O (г) CO₂ (г) + H₂ (г) концентрации были равны (моль/дм³): [CO] = 0,30; [H₂O] = 0,40; [CO₂] = 0,40; [H₂] = 0,05. Вычислите концентрации всех веществ в момент, когда прореагирует 50% воды.

18. Рассчитайте константу равновесия реакции при 500 К: PCl₅ (г) PCl₃ (г) + Cl₂ (г), если к моменту равновесия продиссоциировало 54% PCl5, а исходная концентрация PCl5 была равна 1 моль/дм³.

19. При некоторой температуре состав равновесной смеси в объеме 10 дм³ был следующий: 11,2 г CO, 14,2 г Cl₂, 19,8 г COCl₂. Вычислите константу равновесия реакции: CO + Cl₂ COCl₂ при данных условиях.

20. Константа равновесия реакции: FeO (к) + CO (г) Fe (к) + CO₂ (г) при некоторой температуре равна 0,5. Найдите равновесные концентрации CO и СО₂, если начальные концентрации этих веществ составляли (моль/дм³): [CO] = 0,05; [CO₂] = 0,01.

Пример. В системе: А (г) + 2B (г) С (г) равновесные концентрации равны (моль/дм³): [A] = 0,6; [B] = 1,2; [C] = 2,16. Определите константу равновесия реакции и исходные концентрации веществ A и B.

Решение

Дано: [A] = 0,6 [B] = 1,2 [C] = 2,16 К – ? [Aисх] – ? [Bисх] – ?

Решение: K = [C] / [A] • [B]2, K = 2,16 / 0,6 • 1,22 = 2,5 Из 1 моля вещества А и 2 молей вещества В образуется 1 моль вещества С. В каждом дм3 образовалось 2,16 моля вещества С, то при этом было израсходовано 2,16 моля вещества А и 2,16 • 2 = 4,32 моля вещества В. Таким образом: [Аисх] = 0,6 + 2,16 = 2,76 моль/дм3; [Bисх] = 1,2 + 4,32 = 5,52 моль/дм3. Ответ: К = 2,5; [Аисх] = 2,76 моль/дм3; [Bисх] = 5,52 моль/дм3.

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________